基于航测数据的河北中南部雾霾天气气溶胶及云凝结核研究

2009年秋季利用夏延飞机观测平台对河北中南部雾霾天气条件下的气溶胶及云凝结核CCN进行观测,得到气溶胶、CCN数浓度及尺度的垂直廓线及粒子谱等特征,研究雾霾天大气气溶胶的分布、来源特征以及气溶胶与云凝结核的转化关系。研究发现:霾天气条件下边界层附近的气溶胶垂直分布特征有很大不同。边界层以上气溶胶浓度随高度递减,数浓度量级约101~102个·cm~(-3);边界层附近和近地面气溶胶浓度有峰值出现,近地面数浓度量级达103个·cm~(-3)。气溶胶粒子平均直径范围为0.16~0.18μm。600 m、1 000~2 000 m之间的气溶胶平均粒子谱大体呈单峰分布;3 000~4 000 m、6 000~6 900 m之间的粒子谱呈双峰分布。受气溶胶来源及特性差异的影响,在0.3%过饱和度下,3 000 m以下的气溶胶活化为CCN的比例不到20%,3 000 m以上活化比例高达50%。Hysplit后向轨迹模拟的气团移动轨迹显示,6 000 m以上的大气高层受我国西北地区远距离输送作用影响,沙尘粒子吸湿活化为CCN。低层气溶胶主要受下垫面及近地面污染排放影响,气溶胶尺度相对较小,气溶胶转化为CCN的比例低于高层。CCN浓度随过饱和度的增加呈增大趋势。利用多项式对气溶胶浓度和CCN浓度进行拟合,拟合结果与实测谱吻合较好。     

气溶胶垂直分布及活化特性的飞机观测个例研究

为了解气溶胶以及云凝结核(cloud condensation nuclei,CCN)活化谱的垂直分布特征,利用2014年7月30日在山西开展的机载和地面观测获得的气溶胶和CCN数据,分析研究了CCN活化谱函数(N=C·S~k)参数C和k的垂直分布规律和气溶胶的活化特征。结果表明:本次过程气溶胶的垂直分层明显,不同区域气溶胶的垂直分布存在差异,按照位温变化特征自下而上可分为四层,气溶胶数浓度、有效直径和粒子谱等垂直分布特征和层结特性关系密切,CCN活化谱参数k受气溶胶的化学组分及粒子谱共同影响,四层的k值差异较大,其中第一层k值随着高度增大,最大值为1,第二层的k先减小后增大,在1700～2000 m处最低,为0.3,第三层的k变化不大,在0.8左右,第四层稳定到0.6。观测区域气团后向轨迹模拟结果显示:不同高度层气溶胶来源差异较大,1000和2000 m高度的气团分别来源于山西东南方向的华北平原和西侧的黄土高原,3 000 m以上的高空气团来源于西北方的蒙古国。各层C、k结果与相应来源地的地面CCN活化谱的观测结果有较好的对应关系,气溶胶的性质与相应来源地的地面气溶胶性质较为一致。不同高度气溶胶来源差异是导致气溶胶分布以及CCN活化谱存在明显分层的原因。     

青海格尔木地区大气气溶胶分布的飞机观测

利用2011年和2013年青海格尔木地区机载DMT仪器观测的气溶胶资料,对气溶胶粒子数浓度及气溶胶数谱分布特征进行分析。结果表明,格尔木低层主要为局地气溶胶,高层为输入型气溶胶;气溶胶数浓度随高度升高呈减小趋势,且各高度层气溶胶数浓度均小于500 cm~(-3);气溶胶粒子有效粒径随高度升高先增大后减小,3500～5000 m气溶胶有效粒径最大;气溶胶数谱呈多峰分布。对格尔木第1模态(0.1～0.2μm)、第2模态(0.2～1μm)和第3模态(1～3μm)的气溶胶数谱进行对数正态拟合,发现气溶胶数谱谱宽第2模态第1模态第3模态,其与北京、天津拟合的谱宽分布特征存在差异;对比格尔木与北京和天津地区相同模态的气溶胶数谱发现,气溶胶第1模态数谱谱宽天津最宽、北京最窄,第2模态格尔木最宽、北京最窄,气溶胶粒子平均粒径在第1模态和第2模态北京均最大,格尔木均最小。     

一次霾条件下石家庄上空气溶胶的观测研究

利用2010年9月1日石家庄市区一次飞机探测的气溶胶资料,分析了石家庄市区上空大气气溶胶的数浓度与直径的垂直、水平分布特征及粒子谱分布。结果表明:600—3000 m高度范围内,气溶胶粒子平均数浓度为1443.1个/cm~3,粒子平均直径为0.194μm。3000—6900 m高度范围,气溶胶粒子平均数浓度为95.3个/cm3,粒子平均直径为0.192μm。气溶胶数浓度随着高度增加而迅速减少,受逆温层与云区分布的影响,数浓度曲线呈现一定程度的波动。由于探测当天高空风的影响,粒子数浓度明显比其他霾天气条件下的研究结果要低。云中,气溶胶数浓度与粒子平均直径数呈负相关性。云层对气溶胶的垂直分布影响较大。气溶胶粒子谱覆盖了0.10~1.05μm的尺度范围,粒子主要集中在0.1~0.3μm的范围内。600 m、1200 m、1800 m和3000 m的气溶胶粒子谱呈双峰分布,粒子谱谱型较为相似,4500 m和6900 m粒子谱呈单峰分布。气溶胶粒子尺度谱峰值随高度增加而减少,谱变窄。气溶胶粒子浓度水平变化幅度远小于垂直方向上的变化幅度,受天气条件及下垫面、云区等局地影响因子的影响较大。     

2009年石家庄地区不同天气条件下大气气溶胶分布特征

利用2009年石家庄地区的4次机载PMS探测资料,对不同天气条件下大气气溶胶的数浓度、平均直径垂直分布和谱分布及一次晴天条件下的水平分布进行分析。结果表明：PCASP 探头探测的0.1-3.0 μm气溶胶粒子最大数浓度的量级为102-104 cm-3之间,平均值量级为102-103 cm-3之间,平均直径最大值介于0.225-0.717 μm,平均值介于0.148-0.167 μm。晴天条件下,气溶胶的数浓度随高度递减,直径随高度变化不大;逆温层底气溶胶明显积累,气溶胶浓度在大气边界层内明显高于其他层次;阴天轻雾情况下边界层内的气溶胶数浓度大于雨天和晴天,雨天气溶胶浓度最低;晴天气溶胶数浓度的水平分布不均匀;在云中气溶胶浓度明显下降,在云外气溶胶浓度较高。不同天气条件和晴天不同高度情况下,石家庄地区气溶胶谱型呈单峰分布,小于0.3 μm的细粒子对气溶胶的数浓度贡献最大,且随着高度的增加谱宽变窄。     

2009年石家庄地区大气气溶胶的飞机探测研究

利用2009年石家庄地区不同季节的3次机载粒子探测系统PMS(Particle Measurement System)的探测资料,结合地面天气形势、风场和探空资料对石家庄地区,晴空背景下大气气溶胶的统计特征、数浓度、平均粒径的垂直分布特征以及谱分布特征进行了分析。结果表明:晴天条件下气溶胶的数浓度随高度递减,粒径随高度变化不大;在数值上,4月16日气溶胶数浓度和粒径最大,其次是10月15日,最小的是6月10日,3次粒径变化幅度都不大;逆温层底层气溶胶明显积累,气溶胶浓度在1.5 km以下大气边界层内明显高于其他层次,逆温层的高度和厚度影响气溶胶的分布;3次不同季节晴天背景下石家庄地区气溶胶谱型基本一致呈单峰分布,小于0.3μm的细粒子对气溶胶的数浓度贡献最大。     

河南春季一次气溶胶分布特征的飞机探测研究

利用飞机微物理探测资料,对2018年3月26日河南中北部地区一次气溶胶分布特征进行综合分析,得出以下结论:郑州市区与郊区积聚模态气溶胶粒子浓度值均在近地面达到最大值,且市区近地面污染排放比郊区严重,污染粒子被大气上升运动输送到高层,两地区浓度均随高度升高而减小。市区浓度值在4500 m附近产生2个量级骤减,郊区在3200 m附近产生2个量级骤减。市区与郊区积聚模态气溶胶粒子有效直径均随高度升高而增大;市区气溶胶粒子有效直径大于郊区的,且尺度范围更广;本地近地面排放粒子有效直径主要集中在0.4μm附近。对比过饱和度值在0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%情况下CCN粒子浓度随高度变化,发现5种情况下粒子浓度均与气溶胶垂直分布一致,说明近地面的颗粒物排放导致近地面CCN浓度值偏高。整个探测过程中积聚模态气溶胶粒子对转化凝结核贡献较多,二者数浓度相关系数R~2为0.61,CCN活化率集中在0.4～0.6。     

华北中部夏季气溶胶垂直分布及其与云凝结核和云滴转化关系的飞机观测研究

气溶胶的时空分布及其核化成云的转化过程是云降水物理研究的重点,也是气候变化中气溶胶间接效应关注的热点问题。利用2013～2014年期间在华北中部山西地区开展的9架次夏季晴天和积云天气情况下的气溶胶、云凝结核（CCN）及云滴数浓度观测资料,分析研究了气溶胶的垂直分布、谱分布、来源特征及其与云凝结核、云滴数浓度的转化关系。研究结果表明,大气边界层逆温层结对气溶胶、CCN垂直分布有重要影响,不同天气条件下气溶胶谱型在低层差异较大而高层基本一致;垂直方向上CCN数浓度与气溶胶数浓度有较好的相关性,过饱和度0.3%条件下CCN比率（云凝结核/凝结核）与气溶胶有效直径呈线性关系;积云云下气溶胶与云滴的线性拟合方程为y=1.3x?616.3,拟合相关系数为0.96,气溶胶转化为云滴的比率可达到47%。在过饱和度0.3%条件下,云下CCN与云滴的线性拟合方程为y=1.6x?473.8,拟合相关系数也为0.96,CCN转化为云滴的比率可达到69%。     

北京地区沙尘天气气溶胶飞机观测特征

利用3次沙尘天气期间的气溶胶飞机观测资料,分析了北京地区在3种沙尘天气下气溶胶垂直分布特征。结果显示:逆温层的存在对扬沙个例的垂直分布有影响。数密度谱的分布基本呈单调递减,但边界层内扬沙、浮尘和沙尘暴个例都在0.13~0.3μm间存在峰值,而扬沙个例在0.8μm,浮尘个例在6.5μm以及沙尘暴个例在2.8和6.5μm处出现次峰值。沙尘中细粒子的有效直径是人为源气溶胶粒子的4到10倍。浮尘天气整个粒子谱宽从近地面层开始随高度先增大后减小,到3000m达到最大,这与高空输送有关;扬沙个例沙尘粒子谱分布显示近地面层大于50μm段粒子谱无论数浓度还是谱宽都明显高于浮尘和沙尘暴个例,这与扬沙是局地大风扬尘引起有关;沙尘暴个例谱宽在接近云底达到最大,说明大粒子已经被携带到一定高度,与蒙古气旋云系的上升运动有关。     

基于航测的云底气溶胶活化率与过饱和度估算

2016年11月13日在北京地区上空存在持续稳定的层状云天气背景下,利用飞机开展气溶胶粒径谱、化学组成、云滴谱等参量的垂直观测,研究该个例云底气溶胶的活化能力。结果表明:探测期间北京地区为轻度污染天气,地面气溶胶浓度(0.11~3 μm)达到4600 cm-3。云层高度为800~1200 m,云底气溶胶数浓度相对于近地面大幅度降低,有效粒径显著增大(0.3~0.6 μm)。同时,近地面气溶胶中疏水性的一次有机气溶胶贡献显著,而云底气溶胶中一次有机气溶胶的贡献大幅降低,无机组分和二次有机气溶胶的贡献明显增大,造成吸湿性参数κ由0.25(地面)增大至0.32(云底)。云中气溶胶和云滴的谱分布衔接较好,且两者的数浓度之和与云底气溶胶浓度一致,可分别代表未活化和已活化的粒子。基于云底气溶胶粒径谱和吸湿性参数计算得到不同过饱和比下云凝结核的活化率,通过与云中观测结果对比,反推得到云底过饱和度约为0.048%。     

高原东侧川渝盆地东西部夏季降水及其大尺度环流特征

采用我国台站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料,分析比较了高原东侧川渝盆地东、西部夏季降水及其大尺度环流特征。主要结论为：（1）1951-2004年来,盆西夏季降水总体呈减少趋势,盆东则呈增加趋势;盆地东西部夏季降水主要呈反位相变化,20世纪90年代以来最常见的两种雨型是西少东多、东西部一致偏少。（2）位于北半球中高纬度的乌拉尔山高脊、巴尔喀什湖至贝加尔湖之间的低压槽以及亚洲东部高脊的两脊一槽环流型发展、西太平洋副热带高压偏北,是盆西多雨年的环流背景。（3）乌拉尔山、巴尔喀什湖、西伯利亚地区的高脊偏强,贝加尔湖一线以南直到盆东附近地区上空为槽区,东亚中高纬地区以经向型环流为主,西太平洋副热带高压偏南,是盆东多雨年的环流背景。（4）亚欧大陆中高纬环流形势的显著不同,是盆地东西部夏季降水发生年代际变化的主要原因之一。     

不同硼水平与光照条件的交互作用对春小麦生长发育和结实的影响

用溶液培养法对硼和光照与小麦生长发育及结实率的关系进行了试验研究。结果表明：缺硼小麦株高和干物重下降；光照减弱，小麦干物质和株高明显降低。相反较高硼的供给可以增强小麦的抗逆性。缺硼严重影响小麦结实率，甚至导致小麦不结实；在相同供硼水平下，小麦硼积累量随光照减弱而降低。     

气象水文灾害的防灾减灾教育培训新进展

简要综述了第十届世界气象组织教育与培训大会的主题报告内容.本次大会主要讨论防灾减灾的气象水文教育与培训等问题,集中讨论了"备灾-预防和早期预警"、"减灾-应急、救援和重建"和"跨学科培训"等3个主题,强调集合数值预报系统对于估计出现极端天气事件的风险非常重要,同时必须培训气象、水文工作者使用集合预报中的概率预报信息.中国气象灾害监测、预测和预警已经从单纯提供一般意义上的气象灾害信息提升到有利于社会经济发展的气象灾害服务,既考虑自然因子也考虑经济发展的影响.在跨学科培训方面,将管理知识和气象知识结合起来,可以取得非常好的效果.大会建议提高世界气象组织区域培训中心以及各国气象水文部门培训单位的培训能力,主要通过提供防灾减灾的专门培训单元,对自然灾害风险管理短期课程进行指导,重视各国气象水文部门对于管理和传播领域培训的需求.     

气温降水序列时空分布及其相关性分析

本文利用统计模型、线性拟合和相关分析方法,对气温、降水资料的时空分布和相互间的相关性进行了计算,分析了黑龙江省气候特点。结果表明,黑龙江省气温持续显著升高,主要是最低气温和冬季气温显著升高影响;气温、降水在空间上存在正、负相关区域。     

Structure and variability of the Yucatan and loop currents along the slope and shelf break of the Yucatan channel and Campeche bank

Three years (2008–2011) of direct current measurements from a mooring array deployed at the western Yucatan Channel (defined west of 85.6°W) and along the eastern Campeche Bank captured the main characteristics of the Yucatan and Loop Currents and the eddies associated with them. The array was deployed to provide upstream conditions in support of the Loop Current Dynamics Experiment. A substantial portion (60–80%) of the variance at the mooring sections is related to horizontal shifts of the currents due to meanders and eddies. Time-frequency analysis indicates that the velocity time-series are “event dominated”, with higher variability at low-frequencies (40–100 days or longer periods) but with a substantial contribution at higher frequencies (5–25 days periods) particularly strong from October to March. The vertical structure and time evolution of the eddy kinetic energy in a developing Campeche Bank cyclone suggest baroclinic instability dynamics are relevant for its development. Four Loop Current eddies (Cameron, Darwin, Ekman and Franklin) separated during 2008–2011. Ekman and Franklin were particularly dominated by a cyclone associated with a meander trough of the southward flowing branch of the Loop Current (Donohue et al., 2016a, Donohue et al., 2016b) and weaker Campeche Bank cyclones. For Cameron and Darwin, Campeche Bank cyclonic anomalies appear to be nearly as strong as the ones coming from the eastern side of the Loop Current. Eastward shifts of the Yucatan and Loop Currents observed over the sections appear to be linked to vorticity perturbations propagating from the Caribbean and precede several eddy detachments; their significance for the generation of Campeche Bank cyclones and eddy shedding remains to be determined.Time-series of Yucatan Current transport, vorticity fluctuations and Loop Current northward extension during the 3 deployment periods only depict positive correlation in two of them. Given the wide spectrum of variability, much more data are required to determine if a statistically robust relation exists among these variables. Our results clearly illustrate the complexity of the flow in this region and that it is difficult to single out a dominant mechanism that can explain all Loop Current eddy detachments.     

3T测风图的原理及应用

介绍了3T测风图的制作原理及其在2000年7月3－7日河南省连续性大暴雨过程中的应用结果。     

天山北麓植被指数变化特征及其与气温和降水的关系

利用1982-2005年的归一化植被指数(NDVI)和气象资料,研究了天山北麓各地区不同植被类型ND-VI的年际变化特征及其对气候因子的响应.结果表明:1)近24 a来天山北麓各地区植被指数在波动中有所增长.2)不同植被类型对气候因子的响应不同,但各类型植被NDVI都与气温和降水存在着明显的正相关关系.3)平原区植被指数增幅大于山区植被指数增幅,说明植被生长不仅受自然因素影响,也受人为因素影响.     

青藏高原四季开始日期随海拔高度和纬度变化

利用中国气象局国家气象信息中心提供的青藏高原60个测站1961~2007年逐日气温资料, 分析了青藏高原近47年来四季开始日期随海拔高度和纬度的变化趋势。结果表明, 春季和夏季开始日期是整体提前, 而秋季和冬季开始日期是整体延迟的, 春季和冬季开始日期的变化相对夏季和秋季更为明显;四季开始日期随海拔高度变化分布明显不同, 海拔越高, 春夏季开始日期来临越晚, 秋冬季开始日期来临越早, 海拔越低, 春夏季开始日期来临越早, 秋冬季开始日期来临越晚;海拔越高, 春夏开始日期提前的天数越多, 秋冬开始日期推迟天数越多, 反之低海拔地区相对更小, 由此得知高海拔地区的季节开始日期对当地气温的增温更为敏感;春季开始日期在36°N以南基本随纬度递增而开始日期推后, 36°N以北地区春季相对偏早, 夏季、秋季、冬季开始日期随纬度的变化和春季变化基本相似;四季开始日期来临的早晚受到多种因素包括气温、海拔和纬度共同影响, 季节延迟率也受到气温和海拔的影响, 但是纬度对季节延迟率影响不大;四季开始日期的提前和延迟变化和当地气温的变化几乎一致, 秋冬季节的开始日期对气温变化更为敏感, 高海拔地区的季节开始日期对气温变化更为敏感。      

降水与副热带高压位置和强度变化的数值模拟

利用国家气象中心的T63业务数值模式,通过不同的对流潜热加热的敏感性试验,研宄降水对西太平洋反气旋中、短期运动的影响.结果表明,非绝热加热在垂直方向的不均匀将引起加热区附近风场的变化,从而影响到副热带高压位置和强度的改变.而副热带高压的变化又会反过来影响降水区位置的变化.由此证明,在中短期过程中,降水与副高之间存在着相互作用.