大气辐射在臭氧反演中的应用

阐述了大气臭氧含量的量度方法,然后在综合分析国内外大量相关文献的基础上,总结归纳了利用太阳透射辐射、太阳紫外散射、红外辐射及微波辐射等大气辐射进行大气臭氧反演的方法、特点及应用,最后总结了利用大气辐射进行臭氧反演的现状及在臭氧探测中应该注意的问题。     

基于UWYO大气探空廓线的中国区域大气模式构建

【目的】 常规大气辐射传输模型的标准大气模式仅适合表征大尺度区域的大气特征,难以精确刻画局地大气特性的动态变化,这会对局地地表温度、土壤湿度等参数的反演和验证精度造成影响,从而限制了这些参数在农业生产、农业气象灾害监测等方面的应用。【方法】 文章利用1973—2019年的UWYO大气探空廓线构建了中国五大气候区的局地大气模式,对大气压强、温度和湿度廓线进行了特征分析,并对比了利用局地大气模式与MODTRAN5.2内置大气模式计算的大气水汽总量和平均大气透过率。【结果】 大气温度和水汽质量混合比廓线具有明显的区域和季节特征,在1 km高程处,相同季节不同气候区的大气温度及水汽质量混合比最大差异分别约为26 K和9.7 g/kg,相同气候区不同季节的大气温度及水汽质量混合比最大差异分别约为21 K和11.3 g/kg。局地大气模式计算的大气水汽总量和平均大气透过率也呈现区域和季节特征,且波段越大特征越明显。其中,大气水汽总量的最高值和最低值分别约为6 g/cm²和0.6 g/cm²,平均大气透过率的最高值和最低值分别约为0.82和0.32。与MODTRAN5.2内置大气模式相比,局地大气模式计算的大气水汽总量及平均大气透过率更贴合中国五大气候区的实际情况。【结论】 局地大气模式可以有效地提高中国区域的大气辐射传输模拟精度、可以真实地反映具体地区的大气特征动态变化,从而可以在局地地区反演得到更加精确的地表温度、土壤湿度等环境参数,这对区域尺度的农业生产、农业气象灾害监测等方面的农业研究具有重要意义。     

塔里木河下游柽柳防风固沙功能野外观测研究

采用梯度风自动采集系统对柽柳灌丛附近风速进行观测,并对英苏附近23株柽柳及沙包形态指标进行测量和统计分析,结果表明:柽柳灌丛可以降低迎风侧及背风侧风速,使沙粒在植被底部沉积,积沙体积与柽柳各形态指标相关性大小顺序为:冠幅>叶干重>地上生物量>株高>基径>枝数.柽柳灌丛对植株高度以上风速的影响较小,低于植株高度(0.5,1.0 m和1.5 m)处风速在迎风面1H( H:植株平均高度 )处开始迅速降低,在背风面1H降到最低,之后慢慢恢复到旷野对照点水平.对不同覆盖度柽柳近地表不同高度处风速的观测结果表明:相同高度处风速随植被覆盖度增加而减小,植被覆盖度越大,风速廓线的斜率越小,对风速的削弱效果越好.     

多边形草沙障防风效果研究

为了解正三角形、正方形和正六边形格状草沙障的防风固沙能力,通过测定沙障样地内不同高度风速,针对单个网格面积为1 m2的3种沙障,对沙障的防风效能、风速廓线特征和地表粗糙度进行研究。结果表明,正三角形和正六边形沙障的防风效能显著大于正方形沙障。高度为0.2 m时,正方形沙障的防风效能比三角形和六边形沙障分别低12%和8%,高度为0.3 m时,分别低11%和10%。0.2~0.3 m高度范围内,三角形沙障和六边形沙障的防风效能差异不显著。风速小于6 m/s时,地表粗糙度随风速变化接近线性变化规律。裸露地表 1 m高处,风速为4 m/s时,裸露地表粗糙度为0.166 cm,三角形沙障、正方形沙障和六边形沙障的地表粗糙度分别为11.5、9.3和10.4 cm,分别为裸露地表粗糙度的69.3、56和62.7倍。三角形沙障的地表粗糙度比正方形沙障和六边形沙障的地表粗糙度分别高23.7%和10.5%。铺设三角形沙障的地表粗糙度最大。      

近地表气温遥感反演方法综述

【目的】在农业研究中,近地表气温是影响作物发育速度的关键因子。尤其是在全球气温变暖趋势下,对区域尺度气温进行实时监测具有十分重要的科学意义和实用价值。文章对目前常用近地表气温遥感反演方法进行回顾和总结,对未来近地表气温遥感反演方向进行展望。【方法】随着遥感技术的不断发展,遥感近地表气温反演已成为目前获取高时间/空间分辨率区域气温的最有效方法。该文采用文献综述的方法,回顾和总结了近年来国内外近地表气温遥感反演研究进展,将其归纳为4类:大气廓线外推方法、地表温度—植被指数方法、基于数据统计的方法以及基于地表能量平衡的方法。最后对这些方法的优缺点进行评述和展望。【结果】近地表气温主要受辐射、湍流及平流等多种因素影响。因此,准确获取近地表气温十分困难。尽管目前已有多个行之有效的遥感反演方法,但这些方法大多依赖地面辅助数据,尤其是在有云情况下,由于无法有效获取诸如地表温度和地表反照率等气温反演的重要参量,目前的方法很难有效得到应用。【结论】国内外学者针对近地表气温遥感反演开展了大量研究,但是目前仍然缺乏独立于地面辅助数据的普适性方法。建议未来在有云条件和不同地形条件下大气辐射传输过程以及大气流动对气温影响的量化建模等方面加强研究,以提升近地表气温遥感反演精度和适用性。     

库布齐沙漠200 MWp光伏阵列的截流阻沙效应研究

为探究沙区光伏阵列防风阻沙效应，以库布齐沙漠200 MWp光伏电站为研究对象，分别在阵列内上风向边缘（观测点A）、下风向边缘（观测点B）和阵列外的上风向流动沙地（CK）设置观测点，通过HOBO小型移动气象站和阶梯式集沙仪测定风速变化和输沙情况。结果表明：①观测点A和观测点B的粗糙度较流动沙地增大，各观测高度平均风速降低，0.2 m高度处风速降低值最大（27.76%、29.83%），随高度增加风速降低值减小，且相应高度处风速降低值均表现为观测点A＜观测点B。②观测点A和观测点B输沙率为流动沙地（2.72 g·min^-1·cm^-1）的65.07%和47.79%。因此，光伏阵列的存在对风速和输沙有显著的拦截作用，削弱了近地表风沙活动。研究结果可为评估沙漠地区建设规模化光伏电站对风沙环境的影响提供数据支撑。     

风廓线雷达在一次弱降水的强对流天气中的特征分析

该研究利用风廓线雷达对2015年7月28日发生在沈阳一次弱降水的强对流天气过程进行分析,结果表明:(1)此次过程是受低涡底部影响,配合强的不稳定能量和水汽造成的强对流过程。(2)在雷电实况发生前20~30min各产品均表现出显著特征,具有指示意义:水平风场出现20m/s以上的大风,并存在能量下传;垂直速度场在整个高度上出现大于8m/s的正速度;大气折射率结构常数C2n出现120d B以上的值,且与垂直速度变化趋势相似。(3)风廓线雷达对雷达站附近的风场变化十分敏感,可以反映环境风场的细微结构,判断环境大气中是否有对流系统进入以及大气湍流情况。     

内蒙古典型沙尘天气过程中风速廓线及PM_（10）的变化特征

利用2005年1月至2006年4月朱日和地区20m气象塔的风速及PM10沙尘质量浓度资料,分析典型沙尘天气过程（沙尘暴、扬沙、浮尘）中近地层风速廓线及PM10的演变特征。结果表明,沙尘暴、扬沙发生发展过程中风速较大,梯度变化明显;浮尘天气风速相对较小,整个过程随时间均呈现出递增态势。沙尘天气结束后比开始前的风速均有所减小。沙尘暴期间PM10平均浓度在5436.38～10000μg/m3,扬沙天气发生过程中平均PM10质量浓度为1799.49～4006.06μg/m3,浮尘过程中PM10的平均质量浓度为1765.53μg/m3。     

GPS/MET与气象卫星反演大气可降水量的比较

介绍了GPS/MET与卫星红外遥感大气可降水量的基本原理以及COSMIC和AIRS的工作方式及反演原理,并对COSMIC与AIRS反演的大气可降水量进行比较。结果表明,COSMIC具有覆盖范围广、垂直分辨率高、全天候的观测特点,COSMIC反演的大气可降水量比AIRS与无线电探空值更接近,但受掩星事件发生时所能探测最低高度的限制,不能得到该高度以下的大气信息。AIRS在晴空时大气可降水量反演精度较高,但受云天的限制,在云层以下,反演精度就大大降低。     

柞水地区冬季低空风场分析

根据2005年1月20日至2月4日在柞水地区进行的大气边界层探测试验得到的资料,分析了该地区的低空风场随高度的垂直分布特征以及随时间的演变特征。结果表明:柞水地区冬季低空盛行风向随高度的变化明显,从地面到150 m高度内,盛行风从偏西北风逐渐转为偏东南风。而在150 m高度以上的大气层均为盛行偏东风或偏东南风。冬季低空平均风速随高度变化,在地面到100 m高度层风速随高度的增加变化较快,而在100 m以上的风速随高度的变化较小。风速随时间的分布,在11:00至14:00左右整层大气存在一个风速相对较小的区域,随后风速开始增大。在17:00至20:00左右整层大气存在一个风速相对较大的区域,在17:00 600 m高度左右风速达到最大,为2.3 m/s。     

福州大气污染日与气象条件关系

利用2008-2012年福州市大气污染逐日监测资料确定福州市大气污染日,并分析了其天气形势、地面气象资料及高空探测资料。结果表明,易产生大气污染日的气象特征包括:500 hPa高度场关键区被弱暖平流控制或冷空气势力较弱;850 hPa高度场关键区等高线稀疏,没有明显的天气系统;850 hPa以下大气一般存在逆温层、湿层与风向突变层,大气水平、垂直交流不畅,属静稳大气,易造成大气污染物堆积。大气污染日出现频率较高的海平面气压场类型有:大陆高压脊型、变性冷高压前部型、变性冷高压底部型或后部型、锋前暖区型、均压场型、地面倒槽暖区型。     

1980～2011年南宁市大气稳定度和混合层厚度特征

利用南宁市1980～2011年逐日4个时次的气象资料,运用修正的Pasquill稳定度分类方法和国家标准GB/T13201-91规定的混合层厚度计算方法,计算逐日4个时次的稳定度等级和混合层厚度,分析各类稳定度频率和混合层厚度的逐年、逐月和不同时次的变化规律。结果表明,南宁市大气稳定度以中性、稳定类、较稳定类为主,而不稳定类中以B类居多,且不稳定类主要出现在汛期和午后;南宁市大气混合层厚度春夏高,秋冬低。     

不同灌木覆盖状态下防风机理研究

.通过野外观测,定量研究毛乌素沙地西南缘不同灌木覆盖状态下的防风机理。以沙蒿灌木林地和沙柳灌木 林地为研究对象,裸沙地作为对照,用多剖面自计式遥测风速仪连续观测、记录距离地面0.1、0.5、1.0、2.0、3.0、 4.0、5.0 和6.0 m 8 个不同垂直高度位置的风速变化。通过对风速测定结果的统计分析,绘制3 种状态下的风速廓 线图,并计算风速廓线方程、边界层位移厚度、边界层动量损失厚度和空气动力学粗糙度。结果表明:沙蒿灌木林 和沙柳灌木林在近地层较裸露沙地有明显的降低风速作用,随着风速增大这种作用逐渐减弱。不同地表覆盖的空 气动力学粗糙度随着风速的增大而呈对数减小。当风速较大时,边界层位移厚度比空气动力学粗糙度能更实际地 反映整体观测高度范围内风速降低的状况。从空气动量的角度分析,有植被覆盖的地表空气动量损失比较稳定, 裸沙地的空气动量损失则随风速增大而减小。      

土地利用类型变化对兰州市大气边界层特征影响的数值模拟

利用3个不同时期土地利用资料,对2012年6月份兰州强迫大气背景下陆面特征的USGS、MODIS以及卫星反演资料分别进行数值模拟,并与土地利用类型变化对兰州边界层的影响进行了对比分析.结果表明,WRF模式在高分辨率（1 km）下,模拟积分稳定,数据改变前后能较好地模拟兰州市区大气边界层特征;土地利用类型的改变对中尺度的环流形势没有影响;温度场上山谷温度明显高于山区温度,表现为热岛效应,且高度越低强度越大;不断改变土地利用类型,代表城市化进程,影响城市边界层高度且其不断增加,改变地表能量特征且其不断增加,土壤湿度不断减少.     

乐都地区冬季低空风场分析

根据2007年1月6～11日在青海乐都高店焦化厂地区的大气边界层探测试验得到的资料,分析了该地区的低空风场随高度的垂直分布特征以及随时间的演变特征。结果表明:青海乐都地区冬季风向频率随高度的变化基本保持稳定,主导风向为偏西风,在地面主导风向频率为SW,在10～50 m最多风向频率和次多风向频率相同,分别为NW和WSW,50 m的最多风向频率为NW,100 m的主导风向频率是WNW,NW,150 m往上除了200 m的主导风向为W以外其他的都为WNW。从试验期间平均结果看,低空风速随高度和时间的变化规律比较复杂,平均而言,从地面到100 m风速随高度增加比较快,而100 m后随高度变化较小。     

江苏暴雨事件中大气环流类型初步分析

选取江苏省近49年（1960—2008年）来64个台站暴雨资料,结合NCEP/NCAR再分析资料,选取111个典型暴雨天气过程,通过对500 hPa高度距平场进行EOF分型。结果表明近49年有影响的江苏省暴雨过程可以分为3种类型,即:两脊一槽型、纬向型和双阻型。并进一步分析各类型暴雨过程出现前一日和当日的500 hPa和700 hPa高度场、850 hPa风场和海平面气压场。分析结果表明：（1）两脊一槽型暴雨。500 hPa高度场是深厚的贝加尔湖大槽,700 hPa高度场两脊一槽的形势明显且有阶梯槽存在,高度场上等高线密集,850 hPa高度场水汽充沛,地面图上四川有低压且有东移发展成倒槽之势。此类型暴雨持续时间以一天居多。（2）纬向型暴雨。500 hPa高度场上环流较平直,多小槽活动,西南气流强盛,等高线稀疏。850 hPa高度场在苏北有风速和风向辐合区,此类型暴雨天气形势易产生持续性大范围暴雨。（3）双阻型暴雨。500 hPa高度场上中高纬度存在2个阻塞高压,贝加尔湖低槽深厚,且槽线分成南北二段,700 hPa高度场上中纬度多小槽活动,850 hPa高度场水汽输送通畅,此类型暴雨天气形势易出现持续性暴雨。     

“7．18”山东暴雨过程分析III：WRF模式边界层参数化方案对物理量场的影响

[目的]分析不同边界层参数化方案对此次暴雨过程中物理量场的影响。[方法]利用WRF模式3.4版本,选取不同边界层参数化方案对"7.18"山东暴雨过程进行敏感性试验,分析不同边界层参数化方案对此次暴雨过程中垂直速度场、水汽通量散度场、相对湿度、对流有效位能和边界层高度等物理量场的影响。[结果]不同的边界层参数化方案对于暴雨过程中垂直速度场的空间分布及其中心强度具有显著的影响,从而使得降水中心的分布和强度发生变化。尽管不同边界层参数化方案模拟得到的水汽通量散度在水平分布与实际结果具有较好的一致性,但其在垂直分布、中心位置及其强度上存在明显的差异。不同边界层参数化方案引起的边界层高度和对流有效位能的差异与其引起的降水分布差异直接相关。[结论]WRF模式中不同边界层参数化方案对暴雨过程中不同物理量场模拟效果的影响较大,选择合适的边界层参数化方案能显著提高对物理量场的模拟效果。     

大辽河河口地区污染边界层特征试验研究

利用2007年1～2月份大辽河河口地区沿海和陆地2个地面观测点观测得到的污染边界层的气象资料,探讨了该地区冬季污染边界层日变化特征。结果表明,大辽河河口地区污染边界层受到海陆的影响,在一定的天气条件下,海岸区域200m以下的低空可能出现海陆风。海岸区域不同高度的稳定度变化较陆地区域稳定;该地区风场变化主要在300m左右低空。夜间地区常出现逆温,逆温层厚度稳定在200～300m。热内边界层深入陆地10km,且高度可达800m。海岸区域大气扩散能力较弱,陆地区域较强。     

大雾天气分析——以2015年11月11日满洲里天气为例

2015 年11 月11 日,满洲里出现大雾天气,雾最强时段能见度只有100 米,且持续较长时 间,本文对此次大雾出现的高低空环流形势,地面气象要素特征,空气湿度,大气层结等方面进 行分析,表明大气的层结稳定,低层逆温层的出现及近地面较强的湿度是造成此次大雾天气的 主要原因,之前本地草原计划烧除也为此次大雾天气提供充分的凝结核,也是造成此次大雾天 气的原因之一。