珠穆朗玛峰北坡特殊地形下太阳辐射特征的初步研究

2006年5月27日～6月30日,对珠穆朗玛峰北坡的太阳辐射和气象参数进行了综合测量,主要包括总辐射、反射辐射、大气辐射、地面长波辐射、净辐射、温湿度和风速等。珠峰北坡的各个辐射量和气象参数都表现出明显的、非对称的日变化规律。珠峰北坡的太阳辐射远高于我国的平原地区,总辐射大于太阳常数的现象经常被观测到。研究发现,各个辐射量在9时都表现了一日最大的增长率,并因此导致了此时段及以后时段气温的增加和风速的快速增长,因而珠峰北坡特殊的地形对于地面接收到的辐射特征以及通过辐射过程对气温、大气运动等都产生了非常显著的作用。研究特殊地形条件下的辐射特征、辐射-地表-大气之间的相互作用以及地表和大气对于辐射作用的响应是非常重要的,它将有助于对局地物质与能量交换过程深入、全面的了解。     

塔克拉玛干沙漠腹地的长波辐射变化特征

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站(塔中站)实测的长波辐射资料,分析了流动沙漠区的长波辐射特征.结果表明:地表长波辐射能具体地反映地表失去热能的状况.在沙漠区,由于地表层的湍流运动较强以及下垫面温度与空气温度的差值较大,使得地表向大气传输的热通量较大,所以地面长波辐射值较大,有时接近于总辐射,最小值出现在日出前,最大值出现在15:00左右;由于大气中的水汽含量及云量较少,而沙尘气溶胶含量较高,所以大气长波辐射较大,沙漠区有效辐射也较大,为我国有效辐射年总量最高的地区之一.地表放射的净长波辐射在太阳总辐射中所占的比例小于地表反射辐射,只有在春、夏季两者较接近,且以反射辐射大些.区域气候变化过程中,沙漠加热场的强度是沙漠局地天气气候变化的主要影响因素之一.     

西藏羊八井辐射观测初步分析

利用西藏羊八井2009年5月至2010年4月的辐射观测数据,统计了总辐射、紫外辐射、长波辐射、净辐射的日变化、月变化和季节变化,并分析了地表辐射超过太阳常数的发生频率及原因。结果表明,羊八井地区总辐射、紫外辐射、长波辐射、净辐射均表现出明显的日变化、月变化和季节变化特征;总辐射与地表短波反射辐射、总辐射与紫外辐射均表现出明显的正相关关系;大气逆辐射和地表长波辐射之间呈现出一定的的正相关关系。     

珠峰北坡地区地表辐射和能量季节变化的初步分析

对青藏高原地区地表能量的研究是一个十分重要的问题.利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站2006年5月至2007年4月一年的观测资料,分析了青藏高原珠峰地区的地表能量,即净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量,得到了一些有关珠峰地区地表能量的结果,即太阳总辐射、大气长波辐射、地面长波辐射和净辐射呈现出明显的年变化特征,净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量得到的日变化是很明显的.并且讨论了计算地表能量通量的方法及其优缺点.     

东莞市辐射强度特征及影响因子

东莞观测站采用地面辐射基准站网(BSRN)通用的荷兰Kipp & Zonen设备,进行太阳短波辐射和地面、大气长波辐射观测。利用2010年8月—2011年7月的观测数据,用统计分析的方法,得到地面太阳短波辐射和地面、大气长波辐射强度的变化特征,并初步分析了影响辐射强度变化的因子。结果表明,东莞市各月的太阳总辐射平均值呈现单峰值变化,且夏季＞秋季＞春季＞冬季,短波辐射各分量的日变化也呈明显单峰型变化特征;长波辐射的日、月变化趋势较平缓;东莞市全年各月净辐射通量平均值均为正值。云是影响太阳辐射强度变化的显著因子,对直接辐射的衰减更明显,多云天气的总辐射、直接辐射全年平均衰减率分别为11%、34%,阴天总辐射、直接辐射全年平均衰减率分别达到47%、83%。大气透明度对短波辐射和长波辐射强度变化均产生影响,无霾日总辐射、直接辐射、反射辐射强度均比灰霾日强,而散射辐射则较弱,灰霾日的天空长波辐射及地面长波辐射强度稍强于无霾日。还探讨了总辐射观测值与理论值的差异,推测水汽对短波辐射的衰减是造成太阳短波辐射平衡存在差异的原因之一。      

塔中人工绿地与自然沙面辐射平衡对比研究

使用2014年5—9月塔克拉玛干沙漠腹地塔中大气环境观测实验站地表辐射观测资料,分析了塔中人工绿地与自然沙面在各种典型天气条件下的辐射分量特征差异。结果表明:人工绿地与自然沙面辐射平衡各分量最小值均出现在夜间,最大值出现在中午前后,总辐射和反射辐射日最大值出现在12:00;大气长波辐射日变化振幅较小,地面长波辐射日变化呈现不对称分布。晴天,人工绿地与自然沙面总辐射和净辐射变化幅度较小,自然沙面总辐射高于人工绿地;阴天,地面长波辐射略有减小,绿地大气长波辐射略有增加,总辐射和反射辐射减少,净辐射的变化受总辐射的影响,但减弱幅度小于总辐射;沙尘暴天气下,沙尘对辐射各分量影响明显,辐射各分量日变化不规则,人工绿地与自然沙面总辐射被明显削弱,日变化波动大。     

青藏高原太阳辐射能量的支出状况

到达地面的太阳辐射量,并不是全为地面所获得。地面吸收一部份,同时反射一部份。被地面吸收的部份称为吸收辐射,被地面反射的部份称为反射辐射。另外,地面在吸收太阳短波辐射后,本身要放出长波辐射;同样,大气和云层接受了辐射能量后也要放出长波辐射,大气长波辐射回到地面的部份,称为大气逆辐射。地面长波辐射与大气逆辐射之差,表示地面散失的长波辐射,称为有效辐射。反射辐射和有效辐射都是地面辐射的支出部份。 某地获得太阳辐射能量的多少,不单要看它收入多少太阳辐射能量,还必须了解它支出的太阳辐射能量有多少。现在,我们就着重分析一下青藏高原地区太阳辐射能量的支出状况。     

东莞市典型天气的辐射特征及影响因子分析

通过对东莞观测站进行太阳辐射观测,得到2011年1—12月数据,来统计分析地面太阳短波辐射和地面、大气长波辐射的变化特征。分析典型天气的辐射特征及影响这些辐射变化的因子。结果表明:晴天向下短波辐射、反射辐射、地面长波辐射日总量最大,阴天次之,雨天最小。阴天和雨天的大气长波辐射均大于晴天。有云、雨的天气,净辐射的量值及其日变化特征都受到不同程度的影响。     

青藏高原不同地区辐射特征对比分析

利用"全球协调加强观测计划(CEOP)之亚澳季风青藏高原试验"(CAMP/Tibet)在藏北高原的BJ站、NPAM站及中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站、纳木错多圈层相互作用综合观测研究站和藏东南高山环境综合观测研究站2007年的辐射观测资料,分析了这些地区不同下垫面地表辐射各分量及地表反照率的日变化和月际变化特征。结果表明,向下短波辐射受太阳高度角的影响存在明显的日变化和月际变化;向上短波辐射的月际变化基本与总辐射一致,在个别月份由于高原积雪造成地表反照率较高,从而使晴天向上短波辐射全年较高;向下长波辐射存在基本的季节变化,最大值出现在天空总云量较多的夏季(6～8月),最小值出现在冬季(12月和1月);向上长波辐射基本上都是夏季为全年最大,冬季为全年最小。这与地表温度的年变化情况相一致。高原不同地区各季节晴天地表净辐射存在差异,NPAM站和藏东南站由于下垫面植被覆盖较好,净辐射值各季节均高于其它各站;NPAM站、纳木错站和珠峰站地表反照率日变化曲线呈"U"型,BJ站和藏东南站日变化相对复杂,藏东南站全年月平均地表反照率较小且变化不大,其他各站存在基本的年变化趋势。     

黑河地区绿州和沙漠地面辐射收支的若干特征

利用HEIFE中在绿州和沙漠两个测站所取得的资料。分析了两种不同下垫面辐射收支及其季节变化特征。结果表明：绿州区地表反射率明显小于沙漠区,季节变化明显;地面向上长波辐射绿州小于沙漠,地面有效辐射绿州小于沙漠。且季节变化明显;地表净辐射绿州大于沙漠,其能量以潜热为主输入大气;干旱地区的绿州光合有效辐射年总量大于河北、山声等地。光合有效辐射资源极为丰富。     

我国的大气透明状况

根据全国65个甲种日射站自建站起至1978年9:30,12:30,15:30各时次直接辐射的观测资料,计算了大气透明系数。为了便于各地间的比较和绘制全国分布图,所有各时次的资料都统一订正到M=2的情况下,计算中太阳常数取值S_0=1.98卡厘米~(-2)分~(-1)。 就我国的具体情况而论,地势对大气透明度的影响最为显著,直接的结果是:高原为透明度高值区,盆地为低值区。 分析了影响大气透明度的两个重要因子——水汽和气溶胶的分布特点,以及它们之间的比例关系。水汽对辐射的吸收系根据探空资料求得的整层大气的含水量按Mugge和Muller的公式计算的。     

Development of GWNU (Gangneung-Wonju National University) one-layer transfer model for calculation of solar radiation distribution of the Korean peninsula

Gangneung-Wonju National University (GWNU) one-layer solar radiation model is developed in order to resolve the lack of the vertical structure of atmospheric components and fast calculation with high horizontal spatial resolution. GWNU model is based on IQBAL and NREL methods and corrected by precise multi-layer Line-By-Line (LBL) model. Further, the amount of solar radiation reaching the surface by using 42 types of vertical atmospheric data as input data was compared with detailed models and one-layer models. One-layer solar radiation models were corrected depending on sensitivity of each input data (i.e., total precipitable water, ozone, mixed gas, and solar zenith angle). Global solar radiation was calculated by corrected GWNU solar model with satellites (MODIS, OMI and MTSAT-2), KLAPS model prediction data in Korea peninsula in 2010, and the results were compared to surface solar radiation observed by 22 KMA solar radiation sites. Calculated solar radiation annually accumulated showed highest solar radiation distribution in Andong, Daegu, and Jinju regions, meanwhile the observation data showed lower solar radiation in Daegu region compared to model result values.     

地球大气纬向风系、副热带高压和太阳较差自转的形成机制

利用N S(Navier Stokes)方程和一个基本假设推导出星体大气平均纬向风和平均气压公式,根据公式讨论了地球大气纬向风系和平均气压以及副热带高压的成因并进行了数值模拟。结果发现,地球大气纬向风是大气微团密度与基准大气密度存在差异而形成的,大气微团的密度大于（小于）基准密度,则为西风（东风）;密度的差距越大,风速越强。在中高纬度地区大气微团吸收的太阳辐射少而向空间辐射多,导致其密度变大,因此在中高纬度盛行西风;而在低纬度地区,因为吸收的太阳辐射多使大气微团密度变小而盛行东风。夏季（冬季）太阳辐射增强（减弱）使得大气微团密度变小（增大）,进而导致中高纬度地区西风减弱（增强）和低纬度地区的东风加强（减弱）。风速的大小还与纬度的余弦成正比,这就使得最大西风带位于中纬度地区而不是大气微团密度最大的极地附近;也使得最大的东风不是发生在太阳直射点附近而是靠近赤道一侧。根据气压公式和大气密度的经向差异可以得出中高纬度区域气压随纬度的升高而减小的分布特征,而太阳辐射所造成低纬地区密度的减小是该区域气压大于中高纬度的主要原因;在赤道上纬度的正弦为零,使得气压在赤道上存在极小值,导致了赤道槽和副热带高压的形成,且太阳辐射越强、副热带高压越强。因为纬度正弦因子的存在,使得副高脊线总是位于太阳直射点的向极一侧。在假定太阳大气为理想气体的情况下,由N S方程推导出太阳大气自转角速度随纬度的变化公式,由此解释了太阳较差自转的成因在于低纬地区的大气微团密度大于高纬度,并且在赤道上大气微团的密度最大。该公式与观测得到的经验公式在略去高阶小项后一致。由此认为,太阳大气的运动在形成机制上与地球大气没有区别,不同的是在太阳表面没有象地球表面那样受太阳辐射的影响,N S方程是所有星体（包括恒星、行星）大气共同遵守的动力方程。     

Impacts of Multi-Scale Solar Activity on Climate. Part I: Atmospheric Circulation Patterns and Climate Extremes

The impacts of solar activity on climate are explored in this two-part study.Based on the principles of atmospheric dynamics,Part I propose an amplifying mechanism of solar impacts on winter climate extremes through changing the atmospheric circulation patterns.This mechanism is supported by data analysis of the sunspot number up to the predicted Solar Cycle 24,the historical surface temperature data,and atmospheric variables of NCEP/NCAR Reanalysis up to the February 2011 for the Northern Hemisphere winters.For low solar activity,the thermal contrast between the low-and high-latitudes is enhanced,so as the mid-latitude baroclinic ultra-long wave activity.The land-ocean thermal contrast is also enhanced,which amplifies the topographic waves.The enhanced mid-latitude waves in turn enhance the meridional heat transport from the low to high latitudes,making the atmospheric "heat engine" more efficient than normal.The jets shift southward and the polar vortex is weakened.The Northern Annular Mode(NAM) index tends to be negative.The mid-latitude surface exhibits large-scale convergence and updrafts,which favor extreme weather/climate events to occur.The thermally driven Siberian high is enhanced,which enhances the East Asian winter monsoon(EAWM).For high solar activity,the mid-latitude circulation patterns are less wavy with less meridional transport.The NAM tends to be positive,and the Siberian high and the EAWM tend to be weaker than normal.Thus the extreme weather/climate events for high solar activity occur in different regions with different severity from those for low solar activity.The solar influence on the midto high-latitude surface temperature and circulations can stand out after removing the influence from the El Nin o-Southern Oscillation.The atmospheric amplifying mechanism indicates that the solar impacts on climate should not be simply estimated by the magnitude of the change in the solar radiation over solar cycles when it is compared with other external radiative forcings that do not influence the climate in the same way as the sun does.     

青藏高原东南缘近地层微气象学特征对比分析

本文利用位于青藏高原东南缘的温江和大理大气边界层野外观测资料,对比分析了两站包括风温湿、辐射、湍流通量等在内的近地层微气象学特征,主要结果如下：（1）两站风速值均随着高度的增加而增大,但温江站冬季4～10 m风速在白天出现随高度减小的现象.温江站冬季以东北风为主,夏季以西北风和南风为主;大理站冬季以东南风为主,其次为西南风,夏季则以东风和东南风为主.两站近地层逆温和逆湿现象都非常显著.（2）同一季节温江站大气逆辐射和地表长波辐射大于大理站,向下短波辐射小于大理站.温江站地表长波辐射总是大于大气逆辐射,而大理站白天地表长波辐射大于大气逆辐射,晚上则相反.（3）温江站感热通量冬季大于大理站,夏季小于大理站,而潜热通量无论冬夏都要小于大理站.两站潜热通量均大于感热通量,并且大理站潜热通量月平均日变化值全天始终大于零.无论冬夏,温江站土壤热通量都要小于大理站,随着深度的增加两站土壤热通量均有位相上的延迟.     

Seasonal Characteristics of Surface Radiation Fluxes on the East Rongbuk Glacier in the Mt. Everest Region

Ground-based measurements are essential for understanding alpine glacier dynamics, especially in remote regions where in-situ measurements are extremely limited. From 1 May to 22 July 2005 (the spring-summer period), and from 2 October 2007 to 20 January 2008 (the autumn-winter period), surface radiation as well as meteorological variables were measured over the accumulation zone on the East Rongbuk Glacier of Mt. Qomolangma/Everest at an elevation of 6560 m a.s.l. by using an automatic weather station (AWS). The results show that surface meteorological and radiative characteristics were controlled by two major synoptic circulation regimes: the southwesterly Indian monsoon regime in summer and the westerlies in winter. At the AWS site on the East Rongbuk Glacier, north or northwest winds prevailed with high wind speed (up to 35 m s-1 in January) in winter while south or southeast winds predominated after the onset of the southwesterly Indian monsoon with relatively low wind speed in summer. Intensity of incoming shortwave radiation was extremely high due to the high elevation, multiple reflections between the snow/ice surface and clouds, and the high reflective surrounding surface. These factors also caused the observed 10-min mean solar radiation fluxes around local noon to be frequently higher than the solar constant from May to July 2005. The mean surface albedo ranged from 0.72 during the spring-summer period to 0.69 during the autumn-winter period. The atmospheric incoming longwave radiation was greatly affected by the cloud condition and atmospheric moisture content. The overall impact of clouds on the net all-wave radiation balance was negative in the Mt. Qomolangma region. The daily mean net all-wave radiation was positive during the entire spring-summer period and mostly positive during the autumn-winter period except for a few overcast days. On monthly basis, the net all-wave radiation was always positive.     

北京城市紫外辐射变化特征及经验估算方程

利用2004年4月—2005年6月在中国科学院大气物理研究所铁塔分部的紫外辐射观测数据,分析了北京城市紫外辐射的变化特征,结果表明,紫外辐射的变化规律与太阳总辐射一致,紫外辐射与总辐射的比值变化范围在0.02~0.04之间,晴天恒定在0.03,阴天在0.04左右,在沙尘暴过程中比值最小,为0.02。通过分析紫外辐射与大气质量数和平均晴空指数之间的关系,建立了适合于北京的全天候紫外辐射的估算方程。利用建立的估算方程及观测的总辐射值进行了紫外辐射的估算,紫外辐射的计算相对误差在10%以内。     

太阳直接辐射的分光测量

利用热电式相对日射表和八种有色玻璃滤光片,于1975—1978年先后在我国七个地区(共十个测点)进行了太阳分光辐射的测量,获得了2698组资料。根据这些资料,分析了太阳高度、季节、地理纬度和海拔高度以及气溶胶和水汽等大气成份对各波段的太阳分光辐射的影响。最后,用大气质量、浑浊度系数和地面绝对湿度三个物理量作参数,以表格的形式列出了各波段分光辐射的相对通量值。     

中国近30年太阳辐射状况研究

该文统计了中国地区1961～1990年近30年地面总辐射、直接辐射和散射辐射的变化。结果表明,中国大部地区近年来太阳总辐射和直接辐射呈减少趋势。在排除了大部分云的影响后,对太阳辐射的统计也给出了类似结果。对云量和地面能见度近30年变化规律的统计分析发现,中国大部分地区的能见度呈下降趋势,但云量的变化并不明显。初步认为,近年来大气混浊度和大气中悬浮粒子浓度的增加是引起中国某些地区直接辐射量下降的可能原因之一。