利用COSMIC掩星资料分析南极地区对流层顶变化

利用2011年全年的南极地区的COSMIC掩星资料,反演了大气温度剖面,进而提取对流层顶参数(温度和高度),定量分析了南极地区对流层顶的时空变化特征。在南极地区,温度递减率对流层顶比最冷点对流层顶更准确,且掩星反演法与臭氧、无线电探空仪等结果基本一致。南极对流层顶整体表现为位相相反的一波结构,温度变化范围为200~230K,高度变化范围为9~11km。南极地区对流层顶在冬季和春季"消失",在夏季和秋季出现逆温层。南极地区对流层顶温度在冬季和春季表现出明显的梯度特征,纬度方向上,极点附近低,四周较高;经度方向上,西南极地区较低。     

利用COSMIC掩星折射指数分析全球大气边界层顶结构变化

基于小波协方差变换法,由折射指数廓线确定大气边界层顶高度,利用2007至2012年气候星座观测系统（Constellation Observing System for Meteorology Ionosphere and Climate,COSMIC）掩星折射指数廓线分析全球大气边界层顶参数随地理位置、季节和日变化的特征,结果表明全球大气边界层顶结构受热力因素和大气动力因素的影响,具有明显随经纬度变化的特征。在大气动力因素主要影响下,30°S~30°N范围内陆域比海域的季节变化幅度更强。对全球大气边界层顶高度月均值和去季节性变化距平值的分析表明2008年和2011年大气边界层顶高度出现季节性异常。大气边界层顶气压与高度在全球呈负相关,而温度与高度在南北纬40°~90°呈正相关,30°S~30°N呈负相关。2012年全球大气边界层顶高度日变化幅度均值为0.37 km,同纬度海洋与陆地区域年平均边界层顶高度的日变化有一定相关性。     

利用COSMIC/GPS掩星干温及干压资料探测对流层顶的高度

从COSMIC/GPS无线掩星的折射率产品中分离出大气干温度和干压强。通过计算干温度随干压强变化的递减率(DTLR)来探测对流层顶的高度。选取2013年第346 d中58次掩星事件进行试算,并将DTLR试验结果同CPT(Cold Point Temperature)法和WMO(World Meteorological Organization)法确定的对流层顶以及无线探空产品和Era-Interim产品估算的对流层顶进行了比较和统计。验证结果表明,利用COSMIC(Constellation Observation System of Meteorology,Ionosphere and Climate)掩星干温度产品递减率变化探测对流层顶是可行的。     

遥感反演和站点观测的地气温度分布特征差异

地表温度和近地表大气温度是地球系统、大气系统以及地—气相互作用物理过程的重要参量。在陆地—大气的相互作用过程中,水汽含量、NDVI指数、下垫面变化等因素会对地—气热量传输造成一定的影响。本文首先利用地表温度产品（MYD11A1）以及气温站点数据（GSOD）获得全国尺度下地表温度年最大值、近地面气温年最大值。在此基础上,使用趋势分析法分析2003年—2018年地、气温度年最大值时空分布特征及变化趋势,以及地—气温差气候倾向率变化趋势。最后,结合大气总水汽含量产品（MYD05）、NDVI指数（MYD13A3）、二氧化碳平均浓度增长率分析导致地表温度年最大值与近地面气温年最大值趋势发生变化的原因。研究结果表明：（1）在全国尺度下,2003年—2018年地表温度年最大值呈现北高南低的空间分布特征。近地面气温年最大值的空间分布与地表温度年最大值相反。大气总水汽含量年最大值在热带、亚热带季风气候区内总体较高。水汽含量既影响近地面气温的大小,同时也受到近地面气温的影响,因此,水汽含量年最大值与近地面气温年最大值表现出一定的空间分布一致性特征。（2）在2003年—2018年期间,地表温度年最大值的气候倾向率在空间上表现出北高南低的分布特征。近地面气温年最大值的气候倾向率在空间上也表现为北高南低,与地表温度年最大值的气候倾向率变化基本一致。但地表温度年最大值的变化幅度要大于近地面气温年最大值,并且在个别区域表现不一致。主要分布在天山地区、三江平原以及秦岭南侧地区,地—气年最大值变化趋势相反即地—气差减小。（3）大气总水汽含量年最大值的增加可造成近地面气温年最大值的增加,而植被覆盖度的上升可造成地表温度年最大值下降。但在天山地区大气总水汽含量与地—气差的响应不明显,但天山地区的近地面气温年最大值与CO₂平均浓度增长率的关系较为明显。（4）遥感数据反演的地表温度年最大值和站点观测的近地面气温年最大值空间分布表现出差异,但时间变化趋势基本一致。     

对流层顶的变化趋势对加权平均温度的影响

对流层顶与加权平均温度和可降水量（precipitable water vapor,PWV）之间存在很强的相关性,然而目前几乎没有学者讨论它对加权平均温度和PWV的影响。针对对流层顶对GNSS（global navigation satellite system）气象模型影响研究所存在的空白,基于已有学者提出的联系对流层顶和加权平均温度的公式,首次讨论中国区域对流层顶变化对加权平均温度的影响。在不损失公式精度的前提下,将该公式整理后得到对流层顶与加权平均温度的二次函数关系,分析了中国不同纬度区域的对流层顶对加权平均温度的影响,利用探空站观测数据得到了影响分布图。该图可以预测对流层顶对加权平均温度和PWV的影响。     

中国区域掩星观测与IRI-2016电离层峰值参数的比较

对2008—2014年由气象、电离层和气候卫星联合观测系统(Constellation Observing System for Meteorology Ionosphere and Climate, COSMIC)掩星观测与最新版国际电离层参考模型IRI-2016输出得到的电离层峰值参数(峰值密度NmF2与峰值高度hmF2)在中国区域进行了比较。IRI-2016模型输出值与COSMIC掩星反演值的相关性在太阳活动高年(2011—2014年)整体上高于太阳活动低年(2008—2010年)。在低年春秋季的当地时间(local time,LT)12:00—14:00,IRI-2016相对于COSMIC掩星在30°N～55°N区域内对NmF2和hmF2分别存在低估和高估现象,在15°N～30°N区域内则恰恰相反。对于NmF2,采用IRI_CCIR和IRI_URSI两种选项的模型输出值在中午时分均存在高估,在低年高估更为显著。对于hmF2,采用IRI_CCIR和IRI_AMTB两种选项的模型输出值在低年各季节均存在高估,且IRI_AMTB选项高估更显著,冬季最突出。结果表明,在中国区域由IRI-2016模型计算NmF2和hmF2时,分别推荐使用IRI_CCIR和IRI_Shubin选项。     

全球海平面高度异常的时空变化分析

利用法国AVISO数据分发中心提供的2014多卫星融合数据中海面高度异常数据,研究了1992年12月~2013年12月,空间范围为82°S~82°N,0°E~360°E全球海平面的变化趋势及分布,分析了全球海面高度异常的季节性变化,再使用经验正交函数分析方法(EOF)进行分析。结果表明,南北半球海平面高度存在年周期的反向相关特性,太平洋存在东西反向相关特性,极值区域在东太平洋暖池区域。     

利用稳健协方差转换法构建对流层顶经验模型

对流层顶与纬度具有极强的相关性,同时随季节呈周期性变化。文中利用2008年至2010年的COSMIC掩星数据采用稳健协方差估计求得每天全球范围内掩星事件处的对流层顶高度,以时间和纬度为自变量,建立对流层顶的全球经验模型。利用全球分布的28个探空站观测数据,基于与对流层顶相关的Hopfield湿延迟模型,讨论了对流层顶对湿延迟的影响。结果表明,建立的对流层顶经验模型有助于提高湿延迟的计算精度,约0～15 mm.      

高精度GNSS服务中对流层映射函数的影响性分析

针对GNSS服务中如何获取高精度的大地高以及GNSS气象中对流层湿延迟项,文中采用3种试验方案,利用对流层变化复杂的香港区域CORS,分析不同映射函数存不同高度角时对精密服务的影响。结果表明：存高度角为15°时VMFl、GMF、NMF映射函数获取基线重复性相当,天顶延迟变化规律一致;在低高度角为10°时,基于VMFl映射函数的基线重复率更好,对大气变化的敏感性更强,GMF映射函数获取的天顶延迟精度较好,NMF映射函数获取的精度较弱。     

GPT2w模型在南极地区精度分析

GPT2w（global pressure and temperature 2 wet）是目前应用较为广泛的对流层延迟经验模型之一,可提供气压、温度、水汽压等气象参数。为验证和分析GPT2w模型在南极地区的精度,本文利用分布在南极区域的探空站数据和中国第33次南极科考期间的实测探空气球数据对模型气压、温度、水汽压参数进行分层精度检验。与探空站数据比较发现,在南极地区地面高度上,GPT2w模型精度较高,与全球其他区域精度较为一致;进一步通过对比1月和7月统计结果,发现Bias和RMS呈现出季节特性;同时发现模型在垂直方向存在较大误差,表现为随着高度的增加,精度随之下降并逐步趋于稳定。实测数据对比方面,首先利用ECMWF（European Centre for Medium-range Weather Forecasts）气压分层数据对实测数据的可靠性进行验证,结果显示,实测数据与ECMWF分层数据符合得较好;同时通过比对发现,GPT2w天内精度在地面高度上仍与月平均精度相当,但垂直方向随着高度的增加精度相比于暖季精度会有所下滑,说明未考虑日周期项变化对模型精度存在一定影响。用探空数据计算的对流层延迟（zenith tropospheric delay,ZTD）来分析GPT2w的计算精度,结果表明GPT2w在南极区域ZTD计算精度在厘米级,与全球其他位置计算精度相当。     

利用COSMIC-1/2 IonPrf产品分析中国区域近15年电离层时空变化特征

利用2006—2020年中国区域的COSMIC-1/2(constellationobservingsystemformeteorologyionosphereand climate-1/2) IonPrf产品数据,分析了中国区域电离层时空变化特征。首先介绍新一代COSMIC-2在中国以及全球区域的数据质量状况;然后对IonPrf产品的数据质量控制和电离层特征参数提取方法进行说明;最后,以不同时间尺度统计分析了中国区域近15年电离层特征参数在一个完整太阳活动周期不同活动水平下的时空变化特征。统计结果表明,中国区域电离层变化具有与太阳活动相关的周年变化、季节变化和日变化特征;周年变化中具有明显空间分布特征,以30°N左右为界,中国南方地区峰值密度NmF2、峰值高度HmF2和电子总含量（total electron content,TEC）年均值普遍高于北方地区;在月份季节变化中,NmF2和TEC最大值一般出现在3月、10月,最小值出现在6月、7月,仅中国南方部分地区存在冬季异常现象,且春、夏季的HmF2均值大于秋、冬季;在日变化中,NmF2和TEC的最大值主要出现在地方时（local t...     

利用时变重力数据反演地下水储量变化

为了反映中国陆地区域地下水储量的变化情况,该文利用2003—2019年间GRACE、GRACE-FO重力卫星数据,对8个典型区域地下水储量变化情况进行了研究,并结合气象资料从相关性上分析各区域地下水储量显著变化的原因。结果表明,中国东南大部分地区地下水储量逐年增加,地下水主要靠降水补给;华北平原等人口稠密区地下水亏损严重,研究时段内持续呈下降趋势,降水仅能缓解地下水储量的亏损速度;天山山脉、念青唐古拉山脉等冰川区质量变化和温度异常的相关性较好,这些地区的质量亏损可能是冰川消融引起的。     

一种新的区域对流层天顶延迟模型——GHop

针对传统的对流层天顶延迟模型在估算天顶延迟中存在精度不高和稳定性差的问题,提出了一种在Hopfield模型基础上增加年周期和半年周期项的方法。该方法利用中国区域45个站2012—2014年的全球大地测量观测系统大气数据,分析了天顶对流层延迟以及Hopfield模型残差的时间序列和频谱分布规律,由此引入年周期和半年周期项,建立了适应中国区域的GHop模型,并对两种模型在中国区域的精度和适应情况进行了评估。结果表明:Hopfield模型的偏差和均方根在时间上呈现明显的季节变化特征,而GHop模型的偏差和均方根变化较小且稳定;在空间分布上,Hopfield模型随着高程和纬度增加,偏差和均方根变化幅度大,而GHop模型能够适应不同纬度和高程的变化范围;GHop模型的内符合精度较Hopfield模型提高28%,使用中国区域76个无线电探空数据进行外符合检验,统计结果同样优于Hopfield模型。所提方法计算的天顶对流层延迟结果更加可靠,具备较高的实用价值。     

利用掩星资料分析东亚地区云厚的分布特征

利用2007年1月至2009年1月COSMIC掩星湿空气数据,基于相对湿度廓线出入云层时发生突变反演云边界高度的思想,统计分析了东亚地区云厚的分布特征。结果表明,掩星最低探测高度集中在3km以下,主要影响部分中云和低云云厚的反演。云发生概率沿纬度和经度方向呈现不同的分布特征,各类云概率随高度也有不同的变化规律。东亚地区所有云的平均厚度为1.78km,其中单层云和顶层云分布相似,双层云与其他云层的地理差异不大,单层云在春秋季分布相对均匀,而在夏冬季差异较大。夏季和冬季顶层云云顶高与云厚的二维频率分布各异,主要在于夏季有更多云体较厚且位于对流层上部的高云存在。     

利用GPS掩星弯曲角确定对流层顶高度

利用COSMIC提供的GPS无线电掩星观测数据,从掩星弯曲角廓线出发确定对流层顶高度,并分别与对应的掩星温度廓线确定的温度最低点对流层顶(cold point tropopause,CPT)和温度递减率对流层顶(lapse rate tropopause,LRT)、无线电探空(距离掩星事件300km以内、观测时间差异3h以内)温度廓线确定的CPT和LRT进行了对比。     

福建省植被NPP时空格局及其驱动力分析

以福建省为研究区,以中等分辨率MODIS NDVI遥感数据、气象数据及其他辅助数据为数据源,基于植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)光能利用率估算模型——CASA,定量研究了该区域历史序列(2001—2012年)NPP时空变化格局,探索其主要影响因素。结果表明:2001—2012年该区域NPP总体呈现下降趋势,2003年和2005年为历年变化下降率最大的两年;该区域NPP时空分布特征明显,在空间上表现为由南向北递减的空间分布格局,且沿海经济发达区域NPP普遍较低;时间上表现为春秋两季具有相同的空间分布,夏季具有最高的NPP,占全年NPP的56%,冬季平均NPP在120gC·m~(-2)·a~(-1)以下;降水和温度与NPP的线性相关性较小,且线性相关性随空间位置的不同而有所差异;福建省NPP对气候因子的响应随空间位置的变化而变化,在不同的区域,其主要的胁迫因子不同,NPP总体受到辐射量的驱动因素要比其他胁迫因子强。     

浙江近海夏季上升流的遥感观测与分析

利用2004年5-10月NOAA/AVHRR的SST资料和MODIS(SeaWiFS)的叶绿素浓度资料研究浙江沿岸上升流的短周期变化,并结合同期的QuikSCAT风场资料,分析西南季风对上升流的影响.遥感观测结果表明,夏季研究海域内分布有两处上升流,浙江沿岸上升流位于29°-31°N,121.5°-123°E,核心区位于30°N附近,长江口上升流位于31°-32°N,122.5°-124°E,核心区大约在31.5°N附近,两者经常连在一起并呈长舌状分布在浙江沿岸,其沿西南一东北走向两侧具有明显的海洋锋现象.研究海域内低温海水约24-27℃,平均温度约25℃,低温区面积约10000一16000km2,平均面积约13690km2.2004年上升流季节变化明显,6月份出现在海面,7-8月份达到强盛期,9月份上升流开始衰退直至消失.叶绿素浓度结果表明,浙江近海分布有高叶绿素浓度,SST低温区与高Chl-a区在时间、位置和形状上保持较好的一致性.同期海面风场表明,上升流强盛期,海面多盛行偏南风,相反,则盛行偏北风.沿岸风的变化是研究海域内上升流发生短期变化的一个重要因子.     

GRACE时变重力场与GPS速度场地表沉降研究

针对地表沉降与地下水储量变化相关性这一问题。该文选取华北地区这一地表沉降典型区域,①利用2003—2009年GRACE月重力场模型和全球陆地数据同化系统GLDAS-Noah模型求得华北地区地下水储量平均变化速率为-16±2 mm/a;②利用1999-2009年275个GPS站点垂直方向速度求得华北地区地表沉降平均速率为-30 mm/a;③结合2003—2009年中国地面2 472台站降水资料和WGHM全球水文模型进行分析。结果表明,华北地区地下水储量变化与年降水量的关系并不明显,地面沉降与降水量的相关性也不明显,但与地下水储量有着显著的关联,地表沉降严重地区的地下水储量下降趋势较大,华北地区地下水储量变化与地表沉降变化整体呈现下降趋势。     

2015—2019年冬季黄河流域中游大气污染物空间分布特征

本文基于2015—2019年冬季黄河流域中游地区（山西段和陕西段）6种大气污染物的浓度数据,研究了黄河流域中游冬季大气污染物的变化特征。研究结果表明,2015—2019年黄河流域中游地区,PM₁₀和CO浓度持续降低,O₃浓度持续升高,PM_2.5、SO₂及NO₂平均浓度呈先上升后下降的规律。2019年主要污染物NO₂、CO、PM_2.5、PM₁₀及SO₂浓度均最低;2019年冬季O₃平均浓度达到最高（54μg/m³）。研究地区下游的PM_2.5浓度高于上游,且沿黄河由北向南其浓度逐渐增加,黄河东侧山西段的PM_2.5浓度高于西侧陕西段。研究区域PM₁₀污染浓度由2015—2016年的黄河东侧高西侧低转变为2017—2019年上游低下游高的分布特征。SO₂浓度呈黄河东岸比西岸高的分布。NO₂高值区域从2015—2017年黄河西侧下游地区变为2018—2019年中上游地区;CO平均浓度高值区域位于黄河东侧下游地区;O₃浓度空间分布特征不明显,但近5年浓度大幅增加,需要加强对臭氧的防控。     

中国二氧化氮浓度分布特征及其驱动因素分析

基于OMI卫星遥感数据,采用趋势分析和相关分析法研究了我国对流层二氧化氮柱浓度2005—2019年时空分布特征及其驱动因素分析,发现在空间上我国二氧化氮浓度多年来呈现出"东高西低"的分布特征,且浓度高值区范围先扩张后缩小,东部地区15年来的浓度空间变化比西部地区的变化大;时间上二氧化氮浓度除了2008年外总体呈先升高后下降的变化趋势,2005—2010年间天津、辽宁、山东、湖北等省份二氧化氮浓度增加了70％以上,15年来具有秋冬多、春夏少的季节变化规律.此外,我国二氧化氮浓度分布特征的驱动因素,主要有人口密度、煤炭消费量、汽车保有量以及相关政策等.