夏季北极太平洋扇区和白令海对流层结构分析

利用我国第六次—第九次北极科学考察雪龙船走航探空数据,计算北极太平洋扇区和白令海的夏季对流层高度,分析对流层内的风速、温度、水汽廓线,从而确定对流层结构,并分析各要素的垂直分布和经向分布特征。结果表明:夏季北极太平洋扇区和白令海的递减率对流层顶、冷点对流层顶平均值分别为10 003 m、10 116 m,对流层高度随纬度增加而降低。夏季北极大气对流层低层和对流层顶存在逆温,对流层顶的逆温高度和厚度随纬度增加而降低。大气可降水量与纬度呈负相关,且集中于对流层中低层。近地面的风速受地表摩擦力的影响较明显,对流层内的风速随高度增加而增大,高空急流的强度和高度随纬度增加而减小,风廓线和急流易受天气尺度过程的影响。研究结果揭示了夏季北极太平洋扇区和白令海的对流层结构,并可用于检验数值预报模式对北极大气垂直结构的预报效果、评估再分析资料描述北极大气垂直结构的能力。     

北极夏季大气垂直结构与空间分布特征

低层大气垂直物理剖面是研究大气边界层过程、模拟大气环流过程和进行天气预报的关键参数,海洋特别是北冰洋地区是气象实测资料的稀疏区甚至是空白区。因此,中国第6次北极科学考察期间(2014年7月21日至9月11日),我们使用GPS低空探空系统,对北极地区的大气垂直结构和边界层特征进行了观测实验。实地观测结果表明:(1)递减率对流层顶(LRT)和冷点对流层顶(CPT)均能准确的判断该地区对流层顶的高度和温度,NCEP再分析资料在较低纬度能够很好的反应对流层顶变化特征,但是在海冰密集的北极地区(海冰密集度达9成以上)则相对较差,所以很有必要在该区域开展探空观测研究。(2)在高空存在一个明显的低温区和高空急流,低温区和高空急流中心区的海拔高度与对流层顶高度一致;在晴天和少云天气,对流层顶高度变化不大;在多云和阴雨天气,随着纬度的升高对流层顶高度逐渐降低。在晴天和少云天气相比多云和阴雨天气,高空急流区的强度较弱,垂直和水平均范围较小。(3)CPT和高空急流的高度随着纬度有降低的趋势,75°N以北的区域降低显著;对流层垂直温度递减率随着纬度呈现出逐渐增大的趋势。(4)观测期间,在海拔3km以下均存在多个逆温层。其中风速切变在逆温层的消失或者减弱过程中起着重要作用,而在80°N以北区域,对流层顶逆温(TIL)明显小于其他区域。表明极点附近对流层与平流层之间的物质和能量交换相比其他区域更加强盛。     

北冰洋80°～85°N浮冰区对流层大气的垂直结构

利用2008年夏季中国第3次北冰洋考察所获取的GPS探空资料对北冰洋(79°～85.5°N,144°～170°W)浮冰区对流层大气的垂直结构进行了研究.结果表明:北冰洋浮冰区对流层中部大气的平均温度递减率为6.47℃/km;对流层顶高度为8.0～10.7 km,平均为9.3 km,对流层顶温度为-59.4～-43.5℃...     

基于NCEP数据进行高度计湿对流层校正的探讨

为达到高度计几厘米测高精度,湿对流层校正范围为3~45 cm,精确计算湿对流层校正是至关重要的。本文利用美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)数据,采用模型法计算高度计湿对流层校正。计算结果与无线电探空仪计算结果比较,偏差为0.01 cm,均方根为2 cm;与Jason-1模型法湿对流层校正产品比较,偏差为0.2 cm,均方根为1.4 cm。因此,利用NCEP数据计算高度计湿对流层校正精度较高,能够满足高度计大气湿对流层校正精度要求。为高度计大气湿对流层校正的计算提供1种新方法。     

HY-2B卫星雷达高度计对流层路径延迟精度分析

干对流层路径延迟与湿对流层路径延迟是影响HY-2B测高精度的重要因素。本文采用星星交叉分析法和对流层独立模型检验法对HY-2B干对流层与湿对流层路径延迟产品进行对比分析。本文基于大气压强数据和辐射计测量的水汽数据,利用干对流层和湿对流层独立检验模型对HY-2B沿轨数据进行重处理,与HY-2B业务化运行产品差异的标准差分别为1.8和2.6 mm。此外,HY-2B与Jason-3交叉点处干对流层与湿对流层路径延迟差异的标准差分别为1.5和6.1 mm,两年内产品的漂移较少。实验结果表明：HY-2B干对流层与湿对流层路径延迟的精度均达到国际水平。该文对于验证国产海洋卫星HY-2B数据精度,扩展HY-2B卫星数据的应用范围具有重要意义。     

台湾海峡及周边海区MODIS气溶胶光学厚度有效性验证

大气气溶胶通常是指悬浮在大气中直径小于10μm的液态或固态的微小粒子.对流层气溶胶是陆地-大气-海洋系统的重要组成部分.它通过直接或间接辐射强迫强烈地影响着地-气系统的辐射收支平衡,进而影响全球环境和气候,是气候变化研究的一个重要因子.气溶胶光学厚度是气溶胶最重要的参数之一,是表征大气浑浊度的重要物理量,也是确定气溶胶气候效应的一个关键因子和大气模型的一个重要参量[1].探测气溶胶光学厚度可以采用陆基探测方法,如太阳辐射计、天空辐射计、日射强度计等,也可以采用卫星遥感观测的方法.     

江淮流域伏后延伸期降水异常的环流特征

本文利用1990—2021年高分辨率的CPC和ERA5再分析资料,分析伏后(8—9月)11～25 d和29～59 d江淮流域的大气低频特征,用奇异值分解(SVD)研究影响江淮伏后降水的大气低频信号,并选取2017和2021年两次降水个例进行机理解释。研究结果表明：11～25 d低频位势高度占原始场的方差贡献百分比大于29～59 d尺度,对流层中高层的方差贡献大于对流层低层。SVD结果指出,环球遥相关模(CGT)导致江淮流域的局地辐合上升,有利于11～25 d的低频降水;11～25 d的低频降水与日降水的峰值匹配,意味着该时间尺度的系统对江淮伏后降水具有重要贡献。欧洲至中国的大气Rossby波列使江淮流域的对流层高层辐散,产生垂直上升运动,伏后西北太平洋对流层低层反气旋环流将暖湿水汽传输至江淮流域,动力和水汽条件均有利于降水。本文的研究结果有助于理解江淮流域伏后降水的延伸期预报机制,可为延伸期预报业务提供有价值的分析路线。     

热带西太平洋低层大气的多逆温层特征

本文主要利用1986年1—2月,“中美热带西太平洋海-气合作研究”第一航次联合考察期间所获得的水文、气象资料,分析了调查海区对流层大气的温度、湿度的垂直结构,揭示了热带西太平洋对流层低层大气的多逆温层现象,并指出这些薄而弱的逆温层主要是靠大尺度的下沉增温效应形成与维持的。     

太平洋西部赤道槽区大气层结状况

本文应用首次全球大气试验热带风观测资料,分析了太平洋西部亦道槽区大气层结状况。指出该海域大气层结状况的某些特征,如对流层中、下部温、湿较高,有深厚的西风层等。并根据分析结果,将太平洋西部赤道槽区对流层分为超绝热层、均匀层、云层及云上层四个副层。图7,表4,照片2,参考文献10。     

基于非差精密单点定位技术反演大气综合水汽含量

比较了Saastamoinen模型、UNB3模型和改进的Hopfield模型受纬度、高程和时间影响的不同特性。采用SuomiNet提供的数据进行计算验证,给出适合水汽反演的对流层延迟模型。依据估计的对流层天顶湿延迟反演大气综合水汽含量,通过与网解值对比,验证非差精密单点定位技术反演的大气综合水汽含量,能够达到双差网解方式的精度。     

等熵位涡揭示的一次强寒潮过程中高层扰动特征

采用欧洲中心提供的ERA-Interim每日4次再分析资料,对2016年1月下旬的一次强寒潮事件进行等熵位涡分析。结果表明,此次强寒潮的爆发以动力对流层顶下降、高位涡下传为特征,位涡扰动的强度和时间曲线的转折点对寒潮的酝酿和爆发有指示意义。此次强寒潮过程的冷空气可追溯到欧亚北部的新地岛附近和亚洲东北部的对流层顶,两股具有高位涡的冷空气在贝加尔湖附近合并堆积,在转竖横槽的引导下向南爆发,形成强寒潮。伴随寒潮过程的酝酿和爆发,高位涡强冷空气向下、向南传播,并伴随急流向下伸展。高位涡柱对应强烈发展并下伸的正涡度柱,表明高位涡引起的垂直拉伸导致显著的旋转增强,对应涡后横槽的强烈加深。对流层顶呈现大振幅波动,来自高层的信号较低层出现得更早、更强,在动力对流层顶上的信号比500 h Pa表现得更为清楚。     

中国海洋大气沉降监测与评价工作回顾与展望

海洋大气污染物沉降是海洋环境监测评价体系的重要内容之一,对于研究污染物迁移和制定相关的控制对策具有重要意义。文章回顾了我国海洋大气监测与评价领域10多年的发展情况,结合国际上的先进经验,对存在的问题进行较深入的分析,在此基础上提出了构建现场监测与模型结合的海洋大气监测与评价工作体系建议,包括几个需要重点解决的关键性问题和未来发展方向。     

山东省夏季降水与北太平洋海温场的相关分析

一、前言海洋(平均深度3795米,占地球表面积的71％),热容量为大气的1200倍。它经常以感热、潜热的形式为大气提供能量。特别是热带海洋,无疑对大气环流和长期天气过程是一个十分重要的影响因素。目前,许多研究单位和气象台(站)进行了海温与夏季降水的相关普查,并投入了预报使用。陈烈庭指出:整个北太平洋付热带高压(以下简称付高)对赤道表层海水温度(以下简称海温或写作SST)的响应最敏感的区域是北太平洋中部地区——即对流层中层付高位置。这可能反映了赤道海温与付高反馈振荡过程的背景条件。海洋的热容量大,海温的持续性强,对大气的热力作用也往往能长时间的维持。纳米阿斯指出:海温具有1—8个季度的滞后相关,且冬季——夏季较夏季——冬季持续性强。海洋供给、维持     

基于我国沿海GPS站点数据提取天顶水汽含量的方法对比研究

基于我国沿海地基GPS数据与海洋站气象数据,利用相关干对流层模型、湿对流层模型等,提取了东海沿海北茭、崇武2个GPS站天顶水汽含量,并与MODIS水汽产品数据做比对分析。结果表明:Elgered干对流层模型与Beivs湿对流层模型组合而成的提取方法较好,其平均偏差小于0.50 mm、均方根误差小于5.10 mm,其结果检验了沿海GPS提取水汽含量的可行性与有效性。     

山东半岛夏季降水异常的环流型及影响因子分析

利用1961——2016年华东地区106个气象观测站的日降水数据和再分析资料,分析引起山东半岛夏季降水异常的大气环流型及其与前期下垫面因子(海温和土壤湿度)的关系,结果发现:1)当孟加拉湾出现西南风异常,日本列岛以南和贝加尔湖西南侧地区分别呈反气旋和气旋式环流异常时,加强了向山东半岛的水汽输送,配合区域大气上升运动异常最终导致山东半岛夏季降水偏多;反之,当孟加拉湾出现西北风异常,日本列岛以南和贝加尔湖西南地区分别呈气旋和反气旋式环流异常时山东半岛降水偏少。2)孟加拉湾和北太平洋中部关键区的对流层整层位势高度与下垫面海温自春季持续至夏季存在显著正相关,当两个地区的整层位势高度均呈正异常时,分别对应夏季孟加拉湾的强西风气流和日本列岛以南的反气旋环流异常。3)区域土壤湿度异常引起的感热和潜热通量异常,可能是引起贝加尔湖关键区位势高度和山东半岛局地对流异常的原因:贝加尔湖西南地区土壤湿度偏大时,其上空对流层位势高度为负异常;山东半岛地区土壤湿度偏大时,其上空对流层大气出现异常上升运动。4)利用关键区春季下垫面因子(海温和土壤湿度)建立山东半岛夏季降水的统计预测模型,留一交叉检验的距平同号率达到75%。这些结果可为山东半岛夏季降水预测提供重要参考。     

利用Landsat数据反演近岸海水表层温度的大气校正算法

介绍了一种将大气效应考虑在内、利用Landsat TM、ETM+热红外数据进行近海岸海表水温反演的单窗算法.在该算法中,将地表气温、相对湿度等常规气象资料作为初始参数,根据对流层中大气温度随高度呈线性降低、水汽随高度呈指数衰减的规律,建立了估算平均大气温度及水汽含量的通用模式.通过与实测数据及MODIS Terra海表水温产品比较发现,该算法能够提高运用TM/ETM+TIR单波段数据进行近岸海表水温(SST)反演的精度:一方面,反演所得结果更接近于海表实际水温;另一方面,它在一定程度上剔除大气中的水汽对SST反演的影响,进而提高海表水温的温度对比度.该提出的大气校正算法只需地表大气温度及相对湿度资料,该算法也无需进行大气模式的界定.     

赤道东太平洋海面温度异常对夏半年亚洲太平洋地区大气环流的影响

本文计算和分析了赤道东太平洋水温与北半球海平面气压场的关系。结果表明,赤道东太平洋水温对夏半年印度低压和北太平洋副热带高压有重要影响。El Ni(?)o年,印度低压和北太平洋副热带高压都趋于减弱,范围缩小;反El Ni(?)o年,两者均趋于加强,范围扩大。讨论指出,这种夏半年赤道海温对亚太地区大气环流的影响主要集中在对流层低层,随着高度的增加,这种影响迅速减弱,在对流层中层消失。本文最后还给出了上述相互作用的可能物理过程。     

影响东海气候的太阳活动信息分析

采用逐次滤波法逐次提取东海气温资料序列中蕴涵的太阳活动影响信息并加以分析,发现东海气候年代际变化特征十分清楚,主要表现为:(1)突变性,东海夏季7月海平面层及对流层大气温度场在过去半个多世纪中发生过一次急剧变化,突变点是1978年7月.从1978年7月由历时30多年的温度偏低时期跃变为持续高温时期,高温期持续至20世纪末,升温幅度超过0.4℃.资料分析表明,整个对流层东海夏季大气温度都具有这种年代际变化特征;(2)高空气候持续增温型,东海夏季7月平流层中部10 hPa大气温度表现为一种波动式的持续升温过程,50多年来温度升高4℃,年升温率超过0.075℃/a.东海平流层底部100 hPa温度也具有持续升温的特点,从1948年至今呈缓慢升高的趋势,53 a升高了1.9℃,升温率为0.036℃/a;(3)周期性,东海不同高度大气温度都具有显著程度不同的22 a周期性年代际变化特征,22 a周期分量的振幅由高空到低空迅速减小,表明22 a周期高空清楚,低空不太明显.东海对流层中部和平流层底部还具有显著的11 a周期性年代际变化.据分析认为22 a周期是太阳黑子磁场磁性变化周期所激发,11 a周期与太阳黑子相对数11 a周期相吻合,二者均为太阳活动在大气气候中的反映.     

东亚地区春季一氧化碳的输送特征研究

以ECMWF ERA-40再分析资料构建的气象场为驱动场,利用全球三维大气化学模式MOZART-2,模拟了2001年3月大气污染物浓度的全球时空分布,并以一氧化碳(CO)作为示踪剂分析了春季东亚污染物向西太平洋地区输送的路线和机制.为了检验模拟结果的合理性,对TRACE-P 期间典型天气过程下的模拟结果与观测结果进行了比较.比较结果显示,模拟结果可以较好地再现2001年春季冷锋过境期间与东南亚深对流运动加强的天气形势下,东亚污染物向西太平洋地区输送的2大主要路径及其特征:(1) 污染物被冷锋系统提升后,在对流层中层向西太平洋快速传输;(2) 强烈的大气对流运动可以导致东南亚生物质燃烧产生的污染物在对流层上层向西太平洋输送.     

西太平洋暖池海温异常年夏季东亚大气环流特征

利用NCEP/NCAR逐月再分析资料对西太平洋暖池区海表水温冷、暖异常年夏季东亚大气环流作了合成分析,与气候平均比较后发现:夏季暖池区暖异常时,在西太平洋上空的对流层低层产生一个强的反气旋偏差环流,因而不利于南海南部和赤道太平洋地区的西风发展,使热带夏季风强度减弱;在南海西部和中南半岛东部有偏差气流转向大陆,因而增强了偏南风,使副热带夏季风强度增强;在对流层中、下层副高脊线位置偏南,大约以400hPa为分界线,低层副高强度增强,高层副高强度减弱。西太平洋暖池冷异常年夏季东亚大气环流特征大致与上述情况相反,且强度或变化幅度小于暖异常年夏季。另外,与气候平均比较,暖异常年纬向Walker环流上升支大幅西移,而冷异常年该环流上升支则东移。