浑善达克沙地沙尘气溶胶的辐射强迫

利用2001年春季浑善达克沙地外场观测的辐射资料及大气辐射模式,对沙尘气溶胶的局地辐射强迫进行了分析和模拟估算。计算结果表明,浑善达克沙地大气透过率日变化显著,晴天可达0.80以上,沙尘天气最低在0.01以下;白天沙尘的辐射强迫对地表有冷却作用,夜间起保温作用。观测期间,平均大气透过率为0.6,白天沙尘对地面向下长波辐射的平均强迫增加量为16.76 W.m-2,对地面净辐射能收支的平均强迫减少量为62.76 W.m-2;夜间地表长波辐射净损失量因沙尘作用减少,平均为67.84 W.m-2。     

沙尘暴天气对兰州市环境影响的个例分析

利用实时气象观测资料、空气质量监测资料及兰州市太阳辐射资料 ,从沙尘天气实况、天气气候成因和对兰州市空气质量、太阳辐射强度影响等多方面 ,对 2 0 0 1年 4月 6～ 1 0日兰州上游发生的一次强度较大、范围较广、持续时间较长的沙尘天气过程做了初步探讨。结果表明 :( 1 )西西伯利亚南下强冷空气与南疆、蒙古地面热低压的相互作用为沙尘天气的发展提供了有利的动力和热力条件 ;前期持续增暖少雨 ,导致表层土质干燥疏松 ,沙尘源丰富 ,是此次沙尘天气发生的物质基础 ;( 2 )此次沙尘天气导致兰州市出现严重的大气污染事件 ,使兰州市空气质量恶化 2～ 5倍 ;( 3)沙尘天气对兰州市太阳总辐射有着正、负两方面的作用 ;沙尘天气白天减小地面净辐射能收入 ,抑制地面增温 ;夜间减小地面净辐射能支出 ,抑制地面冷却。     

南疆沙漠腹地夏季晴天与沙尘日小气候观测对比分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站2006年8月13-31日近地层微气象资料以及常规地面观测资料,选取晴天与沙尘日个例,采用波文比能量平衡方法,对比分析了晴天与沙尘日沙漠腹地的小气候和地表能量平衡特征.结果表明,晴天气温、地温日变化幅度均大于沙尘日,各深度地温极值出现时间滞后于沙尘日;晴天夜间近地层存在逆温,沙尘日具有等温性;晴天夜间比湿较大,白天较小,沙尘日夜间比湿变化平缓,在沙尘暴发生时,比湿急剧增大,并有弱的逆湿现象存在;沙尘日总辐射、反射辐射、净辐射和感热通量比晴天明显偏小,向下长波辐射却大于晴天,但潜热变化差异不太明显.     

一次沙尘天气过程中沙尘气溶胶对辐射的影响

沙尘气溶胶对辐射有显著影响,利用耦合了Shao2004起沙参数化方案的WRF/Chem(大气/化学全耦合模式),模拟分析了沙尘天气过程中沙尘气溶胶对辐射的影响。结果发现沙尘气溶胶可以导致地面向下的短波辐射通量减小42.51%,平均减小-3.30~-49.46 W·m~(-2),最大可达-162.67 W·m~(-2);沙尘气溶胶可以通过自身向外发射长波辐射,导致地面向下的长波辐射通量增大,地面向下的长波辐射通量平均增加为17.49~50.49 W·m~(-2),最大可达99.17 W·m~(-2)。当PM10浓度为10~20 mg·m-3,沙尘气溶胶能够减小地面向下的长波辐射通量,即沙尘气溶胶在该地区对大气具有"保温"作用;白天沙尘气溶胶主要增加大气层顶向上的长波辐射通量,夜间则减少大气层顶向上的长波辐射通量,大气层顶向外的长波辐射通量平均变化为-25.29~28.83 W·m~(-2),最大可达87.22 W·m~(-2)。     

秋季珠峰复杂地形下地表能量通量卫星遥感研究

依据目前较为成熟的地表能量通量遥感参数化方案,利用2006年9～10月珠峰地区秋季近地面大气梯度实测资料,结合中分辨率成像光谱仪MODIS卫星资料,遥感估算了包括珠峰地区在内的青藏高原南部地区地表能量通量的空间分布情况.结果表明:地表净辐射峰值约为420.0 W·m-2,介于200.0～620.0 W·m-2之间;地热通量峰值约为110.0 W·m-2,介于50.0～180.0 W·m-2之间;感热通量峰值约为270.0 W·m-2,介于120.0～280.0 W·m-2之间;潜热通量峰值约为90.0 W·m-2,介于0.0～250.0 W·m-2之间.由此可见,在高原季风期后的秋季,该地区白天地面加热场主要通过感热传输加热大气,地气之间水汽传输耗热是地表净辐射平衡中的小量.     

我国西北大气沙尘气溶胶的辐射效应

利用HEIFE地面辐射平衡观测资料和同期NOAA-11/AVHRR卫星遥感资料定量估算春季我国西北大气沙尘的辐射效应。大气沙尘减小地面净辐射冷却地面,对地-气系统和大气的辐射效应均与地表反照率有关,严重浑浊的沙尘大气在沙漠为短波加热和长波冷却,在绿洲则相反,但净效应都是加热。文中给出了4月大气浑浊度系数约由0.1增大到0.6,在沙漠和绿洲上空沙尘层（850～600 hPa）内大气的附加短波、长波和净加热/冷却率。     

白洋淀地区非均匀大气边界层的综合观测研究——实验介绍及近地层微气象特征分析

介绍了国家自然科学基金重点项目 "地表通量参数化与大气边界层过程的基础研究" 在河北省白洋淀地区进行的两次综合观测实验(时间分别是2004年11月16～22日和2005年9月8～27日),这两次实验获得了大量宝贵的资料,全面深入的资料分析正在进行中.此文主要限于白洋淀地区水陆不均匀地表近地面层微气象特征的分析.结果表明: 陆地上近地面层的气温日变化比水域上的大,而风速比水域上的小,其中9月份陆地上白天的气温比水域上的高,夜间比水域上的低,11月份两地白天气温接近,但夜间陆地上的气温明显偏低; 无论是9月还是11月,水域上近地面层都是以下沉气流为主,而陆地则在中午前后存在弱的上升运动; 9月份,两地的近地面层短波射入辐射比较接近,但水域上的短波射出辐射比陆地上的大; 长波射入辐射则是陆地比水域的大,而长波射出辐射则是水域的比陆地的大; 两地的净辐射白天接近,夜间水域地区负的净辐射值明显比陆地的大; 9月份,水陆两地的感热通量相差不大,为150～200 W/m2,而潜热通量比感热通量大,天气晴朗时可达到300 W/m2; 11月份,陆地的感热通量比潜热通量大,为100～120 W/m2,而水域地区的感热通量则与潜热通量相当; 两地的潜热通量相差不大,一般不超过50 W/m2.无论是9月还是11月,水域地区夜间都存在水汽向下输送的逆湿现象,而陆地只在9月份存在逆湿现象.2005年9月份的水温观测结果表明,白洋淀水体平均温度比水表平均温度明显偏高,而且日变化幅度很小,水表平均温度则日变化较大.     

黑河下游鼎新戈壁近地层能量输送及微气象特征

利用在甘肃酒泉金塔地区进行的"绿洲系统能量与水分循环过程观测与数值研究"野外试验2005年5月16~21日的加强期观测资料,计算并分析了鼎新戈壁下垫面地表辐射平衡、地表能量平衡、地表空气动力学粗糙度、地表反射率以及动量、热量总体输送系数等物理量的变化特征,得到了鼎新戈壁下垫面近地层能量输送及微气象特征:(1)在5月份晴天天气下,太阳辐射各分量表现出了标准的地表辐射平衡的日循环形态,总辐射峰值可达1000 W.m-2以上;净辐射峰值达到526 W.m-2。(2)能量平衡各项都具有明显的日变化规律;白天感热通量最大值可达到400 W.m-2,潜热通量比感热通量小两个量级,地热流量峰值可达100 W.m-2以上;在下午和夜间存在负的水汽输送现象。(3)在中性条件下:z0=1.44×10-3m,CDN=2.1×10-3,CHN=1.8×10-3。(4)5月份地表反射率为0.217,反射率日分布大致呈"U"型。     

青藏高原冬小麦田辐射能量收支的初步研究

通过对青藏高原冬小麦田净全辐射各分量的观测资料分析，论述了净全辐射及其各分量的日变化特征；计算得出冬小麦抽穗—乳熟期麦田平均反射率为13.3%，净全辐射占总辐射百分率:白天75%，包括夜间67.4%；指出了净全辐射和总辐射间存在良好的线性关系，给出了由总辐射计算净全辐射的经验公式。     

2006年春季西北地区黑碳气溶胶的观测研究

利用西北地区兰州、敦煌和塔中3个观测站2006年3-5月黑碳气溶胶（black carbon aerosol;BC）的观测资料及相关台站PM10和气溶胶光学厚度（aerosol optical depth;AOD）的观测数据,分析该地区2006年春季BC分布特征。结果表明：兰州地区BC质量浓度均值最高,达2．22μg／m^3,敦煌地区为1．89μg／m^3,塔中地区为2．07μg／m^3,低于北京、上海和珠三角等地区,高于瓦里关本底站观测值。BC的日变化具有明显的峰值峰谷特征,一般在12：00—14：00质量浓度低,08：00前后和20：00前后质量浓度较高,这主要取决于其源的日变化及其在近地层中的湍流交换以及大气稳定度的日变化等。表明西北地区BC与PM10的相关性非常小,相关性最好的塔中地区总体小时观测值的相关性仅为0．24,BC主要来自当地的人类活动,PM10的主要成份是沙尘气溶胶;由于沙尘气溶胶对辐射也具有一定的吸收特性,当出现沙尘天气时,BC的测量值受其影响将增加50％以上：大量的沙尘中也携带了少量BC．但其所占比例有限。     

浑善达克沙地沙尘气溶胶的粒谱特征

浑善达克沙地是我国主要沙尘气溶胶源地之一,但对其沙尘气溶胶特征一直缺乏研究.2001年4月末到5月初,在内蒙古浑善达克沙地利用PMS Fssp-100型激光粒谱仪进行了大气气溶胶的外场观测,取得了晴天、扬沙和沙尘暴天气条件下沙尘粒子的数浓度采样资料,通过统计分析研究,总结出浑善达克沙地在不同天气条件下近地面沙尘气溶胶的粒谱分布规律.所得统计结果表明了与其他源地沙尘气溶胶的共同点、差异之处及其原因.这一结果也为沙尘气溶胶辐射气候效应的数值模拟提供了新的实测依据.     

Ground‐based lidar measurements of aerosols during ACE‐2: instrument description, results, and comparisons with other ground‐based and airborne measurements

A micro‐pulse lidar system (MPL) was used to measure the vertical and horizontal distribution of aerosols during the Aerosol Characterization Experiment 2 (ACE‐2) in June and July of 1997. The MPL measurements were made at the Izaña observatory (IZO), a weather station located on a mountain ridge (28°18' N, 16°30' W, 2367 m asl) near the center of the island of Tenerife, Canary Islands. The MPL was used to acquire aerosol backscatter, extinction, and optical depth profiles for normal background periods and periods influenced by Saharan dust from North Africa. System tests and calibration procedures are discussed, and an analysis of aerosol optical profiles acquired during ACE‐2 is presented. MPL data taken during normal IZO conditions (no dust) showed that upslope aerosols appeared during the day and dissipated at night and that the layers were mostly confined to altitudes a few hundred meters above IZO. MPL data taken during a Saharan dust episode on 17 July showed that peak aerosol extinction values were an order of magnitude greater than molecular scattering over IZO, and that the dust layers extended to 5 km asl. The value of the dust backscatter–extinction ratio was determined to be 0.027±0.007 sr⁻¹. Comparisons of the MPL data with data from other co‐located instruments showed good agreement during the dust episode.     

热红外通道沙尘识别及敏感性分析

沙尘识别是沙尘灾害监测和沙尘气溶胶特性研究的首要工作。利用辐射传输方程进行了沙尘气溶胶的辐射计算，对不同沙尘气溶胶光学厚度下的热红外通道温差ΔT（T_11μm-T_12μm）的变化进行了分析，并针对水汽和陆地表面温度进行了敏感性分析。发现随着沙尘气溶胶光学厚度的增加，ΔT逐渐减小。理论分析表明，利用热红外通道的温度差ΔT进行陆地沙尘识别是可行的。进一步，利用NOAA-AVHRR热红外通道的温度差ΔT < 0进行了3次陆地沙尘识别，经与地面气象站观测的沙尘天气现象相比较，结果基本一致。     

利用激光雷达观测兰州沙尘气溶胶辐射特性

利用微脉冲激光雷达CE370-2与太阳光度计CE-318, 在兰州观测分析了2007年3月27~29日扬沙过程沙尘气溶胶辐射特性, 并利用HYSPLIT-4模式分析了沙尘过程气溶胶粒子的后向轨迹。分析表明, 此沙尘过程气溶胶粒子的传输路径主要有两条： 一条起源于青海西北经西宁抵兰州, 另一条起源于塔克拉玛干沙漠经河西走廊抵兰州; 沙尘气溶胶主要集中于离地1.5 km高度层内; 沙尘气溶胶消光系数随高度先增加, 到0.2 km左右高度达到最大, 然后急剧减小。沙尘气溶胶光学厚度的时间演变呈双峰型, 最高峰出现在28日12:00, 次高峰在27日22:00。验证表明由CE370-2得到的气溶胶光学厚度与CE-318得到的很接近; 雷达观测资料的处理方法可以较好地反演气溶胶消光系数和光学厚度。     

沙尘气溶胶对半干旱区微气象学特征影响的初步研究

沙尘气溶胶通过改变地表—大气间的短波及长波辐射从而对地气间热量传输产生影响,进而影响到地表能量收支平衡以及近地面层气象要素的分布。半干旱区是我国干旱化表现最为剧烈的地区,也是沙尘暴频发地区和主要源区之一。本文利用吉林通榆半干旱区国际协调强化观测计划基准站2006年4～6月近地层微气象、地表辐射通量和沙尘气溶胶浓度观测资料,对比分析了该地区在典型沙尘暴天气、扬沙天气和晴朗天气等不同天气状况下近地层各气象要素、地表能量平衡及辐射收支的变化特征。结果表明,沙尘气溶胶对半干旱地区地面微气象学特征及辐射收支具有明显的影响,且表现出不同于干旱区的若干特性:半干旱区沙尘天气下的平均风速比晴天高约2m.s-1,而相对湿度则降低了约35%。相对而言,气温和浅层地温的变化对沙尘的影响响应较弱。半干旱区在沙尘天气时地表净辐射小于晴天,感热/潜热通量分别约占净辐射的55%和30%,分别远大于/远小于晴天时的情形。该地区气溶胶质量浓度与日均感热、相对湿度、潜热等要素具有明显的相关,相关系数分别高达0.70、-0.75和-0.62。相比之下,干旱区沙尘天气时的感热通量要小于晴天时的值,而且气象要素的响应更加剧烈。     

北京2004年一次强沙尘暴过程的辐射特征研究

利用2004年3月27～29 日北京沙尘暴期间观测的辐射、气象以及气溶胶质量浓度的资料,分析了该过程的地面辐射、气象要素以及气溶胶与辐射相互作用的变化特征.结果表明,沙尘暴期间紫外辐射的衰减与可见光辐射强度衰减规律不一致.紫外衰减主要受到细粒子浓度影响,同时紫外辐射占总辐射的比重与气溶胶中细粒子含量成负相关;而可见光辐射强度衰减与总辐射衰减同步.辐射变化和气溶胶质量浓度观测结果均表明,此次沙尘暴过程分为3个阶段,即,细粒子累积期、外地沙尘输入期和清除期.在沙尘暴期间地面一直维持一个低压、干冷的状态;当过程结束后,气压急剧增高,并在一段时间内处于高压控制之下.     

A Case Study of the Impacts of Dust Aerosols on Surface Atmospheric Variables and Energy Budgets in a Semi-Arid Region of China

The authors present a case study investigating the impacts of dust aerosols on surface atmospheric variables and energy budgets in a semi-arid region of China. Enhanced observational meteorological data, radiative fluxes, near-surface heat fluxes, and concentrations of dust aerosols were collected from Tongyu station, one of the reference sites of the International Coordinated Energy and Water Cycle Observations Project (CEOP), during a typical dust storm event in June 2006. A comprehensive analysis of these data show that in this semi-arid area, higher wind velocities and a continuously reduced air pressure were identified during the dust storm period. Dust storm events are usually associated with low relative humidity weather conditions, which result in low latent heat flux values. Dust aerosols suspended in the air decrease the net radiation, mainly by reducing the direct solar radiation reaching the land surface. This reduction in net radiation results in a decrease in soil temperatures at a depth of 2 cm. The combination of increased air temperature and decreased soil temperature strengthens the energy exchange of the atmosphere-earth system, increasing the surface sensible heat flux. After the dust storm event, the atmosphere was dominated by higher pressures and was relatively wet and cold. Net radiation and latent heat flux show an evident increase, while the surface sensible heat flux shows a clear decrease.     

内蒙古科尔沁沙地起沙近地层动力学阈值的试验研究

利用内蒙古科尔沁沙地沙尘暴探测与监测试验站2008年和2009年春季沙尘和近地层观测资料,研究了不同沙尘天气条件下沙尘浓度随摩擦速度的变化规律,对比分析了不同天气(晴天、扬沙、沙尘暴和强沙尘暴)入射短波辐射和净辐射的演变,并利用两层高度沙尘浓度差,区分局地起沙和非局地起沙,有效地避免了沙尘水平输送引起的起沙阈值的低估。结果表明,起沙前,摩擦速度和沙尘浓度数值都较低;临近起沙阶段,摩擦速度迅速增大而沙尘浓度基本保持不变;起沙时,摩擦速度数值较高,沙尘浓度迅速增大;沙尘天气减弱阶段,沙尘浓度随摩擦速度近似呈线性减小。科尔沁沙地春季临界起沙摩擦速度u*t和临界起沙风速ut分别为0.62m.s-1和9.5m.s-1,扬沙、沙尘暴和强沙尘暴天气的起沙阈值依次略有增加。与晴天天气相比,沙尘天气到达地面的短波辐射和净辐射明显减少。     

沙漠地区沙尘天气近地层湍流输送特征分析

利用1996－04－20－50－10在内蒙古自治区吉兰泰气象站以及1997－04－05－27在内蒙古自治区阿拉善右旗气象站观测到的风，温，湿廓线资料，应用空气动力学方法，计算了每天各观测时次的流动量通量，湍流感热通量和湍流潜热通量，并且比较分析了荒漠下垫面不同沙尘天气状况下的湍流动量通量，感热通量和潜热通量的日变化。结果表明，在沙漠地区春季无降水天气状况下，晴空条件下，白天热力湍流基于动力湍流，在近地层最重要的物质交换是湍流感热交换，浮尘天气条件下，近地层湍流输送较晴空天气条件下弱；扬沙天气条件下，近地层湍流感热交换和湍流动力量流感热通量的峰值大于交换，并且湍流动量通量的峰值较晴空峰值大将近一个量级，湍流感热通量的峰值大于浮尘天气峰值，但小于晴空条件下峰值，沙尘暴天气条件下，湍流动量通量和感热通量一样都是最重要的湍流交换，湍流交换强于扬沙天气，强的感热对沙漠地局地性沙尘暴的产生和加强起着重要作用。     

塔克拉玛干沙漠腹地晴天与沙尘暴天气大气边界层对比分析

根据2017、2019年7月塔克拉玛干沙漠腹地GPS探空和地面观测数据,利用位温廓线法等方法,对比分析了沙漠腹地夏季晴天和沙尘暴天气大气边界层结构变化特征。结果表明：晴天和沙尘暴天气大气边界层结构特征显著不同。晴天大气边界层各气象要素垂直分布较为均一,白天对流边界层深厚,高度接近5 km,夜间稳定边界层一般在500 m左右。沙尘暴天气边界层内位温和比湿垂直变化较小,风速较大,可达24.0 m/s,其白天对流边界层在1.5 km左右,夜间稳定边界层在1 km左右。晴天辐射强烈,地表升温迅速,湍流旺盛,是形成晴天深厚对流边界层的主要因素。大尺度天气系统冷平流的动力条件,以及云和沙尘减弱了到达地表的辐射强度是形成沙尘暴天气独特的大气边界层结构的主要因素。