基于卫星遥感的新疆地表太阳总辐射估算

为了实现地表太阳总辐射合理的精细化模拟,本文尝试将天文辐射分布式理论模型和总辐射气候学经验模型相结合,引入重采样后的FY-2G卫星遥感总云量资料,建立了基于卫星遥感数据的地表太阳总辐射估算模型,并以气象站点稀疏的新疆为例,完成年、季地表太阳总辐射的精细化空间模拟,同时对模拟结果进行分析和检验。结果表明:(1)新疆区域年天文辐射量由南向北递减,大致以天山为界,天山以南区域的年天文辐射量高于10 000 MJ·m^-2,天山以北低于9750 MJ·m^-2,三大山脉对天文辐射的影响非常明显;(2)基于条带状重采样后的FY-2G总云量建立的日照百分率模型,其模拟的新疆区域平均绝对误差14.4%,且空间分布更加客观;(3)新疆"单站单月式"地表太阳总辐射气候学估算模型中,相关系数在夏半年较高,冬半年略有下降,且a、b系数的互补关系较为稳定;(4)从地表太阳总辐射检验结果来看,全区地表太阳总辐射的均方根误差年平均3.08 MJ·m^-2,模拟结果夏半年好于冬半年,南疆好于北疆,其中乌鲁木齐误差最大;(5)新疆年地表太阳总辐射整体表现为由西北向东南逐渐增加的空间分布,南疆盆地的总辐射量高于北疆盆地,天山山区西部为低值中心,而春、夏季总辐射由西向东呈经向分布,秋、冬季则呈纬向分布。     

1961-2010年河北省太阳直接辐射时空分布特征研究

利用1961-2010年河北省周边7个太阳辐射观测站的资料,拟合得出相对精确的河北省太阳直接辐射经验公式,分析了河北省太阳直接辐射时空变化特征。结果表明：河北省近50 a来太阳直接辐射年总量总体呈明显的下降趋势。其中,下降幅度相对较大的石家庄为25%,下降幅度相对较小的唐山为11%。河北省水平面太阳直接辐射年总量近50 a平均值空间差异较大,<2540MJ·m^-2 主要分布在邢台南部,>3510MJ·m^-2 主要分布在张家口西北部,大部分地区介于2540-3300MJ·m^-2 。河北省太阳能资源开发利用潜力比较大的区域主要在张家口的坝上地区。     

2015年华北地区上甸子大气本底站PM2.5化学组分特征及来源分析

根据2015年上甸子区域大气本底站PM_2.5样品采集数据,分析PM_2.5质量浓度及其化学组分变化特征,应用质量闭合、后向轨迹、潜在源等方法分析其来源。结果表明：2015年上甸子站PM_2.5质量浓度年平均值为44.9μg·m^-3,春季、夏季、秋季、冬季均值分别为58.1、30.9、39.7、51.3μg·m^-3,与2009—2010年相比分别降低了33%、56%、46%、9%。SO₄^2-、NO^-₃和NH⁺₄质量浓度年平均值分别为8.5±9.2、6.4±8.3、3.9±4.7μg·m^-3,有机碳、元素碳浓度年平均值分别为8.9±6.3μg·m^-3、1.6±1.2μg·m^-3。NO^-₃与SO₄^2-浓度日...     

中国地球系统模式对全球地表入射短波辐射和大气逆辐射的模拟效果评估

以云和地球辐射能量系统(CERES)数据集为准,量化了中国地球系统模式对地表入射短波辐射和大气逆辐射时空变化的模拟性能,明确了多模式间模拟结果存在不确定性的区域。结果表明：中国模式均能模拟出北半球地表入射短波辐射和大气逆辐射“夏高冬低”的季节变化特征。陆地上,中国模式对两个辐射分量月均值的模拟结果与CERES相当,在海洋上低于CERES结果。中国模式能模拟出地表入射短波辐射下降、大气逆辐射上升的年际变化趋势。对于2001—2014年均值,中国模式模拟的地表入射短波辐射在海洋和陆地上较CERES分别偏低3.3和3.0 W·m^-2,模拟的大气逆辐射在海洋上与CERES结果相当,在陆地上较CERES低1.3 W·m^-2。除南北纬30°附近之外,中国模式在其他纬度均低估地表入射短波辐射,以热带和北极最为明显。模式对大气逆辐射的模拟偏差呈纬向波动特征,模拟误差大值出现在高大山脉处。中国模式模拟地表入射短波辐射不确定性极大的区域分布在热带雨林和南极洲沿海,模拟大气逆辐射不确定性极大的区域分布在格林兰岛、青藏高原、安第斯山脉和南极洲沿海。     

玉米农田生态系统CO2通量的动态变化

利用2008年辽宁锦州农田生态系统野外观测站涡动相关系统通量观测资料,分析了玉米农田生态系统生长季(5-10月)及非生长季CO₂通量动态变化。结果表明：玉米农田生态系统的非生长季日动态趋势不明显;生长季日动态明显,呈明显的U型曲线,CO₂通量最大值出现在12:00时,为-1.19 mg·m^-2·s^-1;不同物候期的日动态也呈现U型曲线,各发育期CO₂通量日最大值范围为0.07～-0.23 mg·m^-2·s^-1;玉米农田生长季生态系统净CO₂交换日累积（NEE）为-652.8 g·m^-2,非生长季NEE499.8 g·m^-2,2008年碳收支-153.0 g·m^-2,表现为碳汇。     

青藏高原东部多、少雪年地表能量和水分特征对比研究

青藏高原积雪对地表能量和水分交换有重要影响。本文通过选取青藏高原东部玛多、玛曲和垭口3个站点多雪年和少雪年的气象资料,对比分析了多雪年和少雪年的地表能量和土壤水热特征。结果表明：在地表辐射平衡方面,多雪年或积雪较多的时期可以反射掉较多的向上短波辐射。玛多站多雪年反射掉的向上短波辐射是少雪年的2.3倍,玛曲站主要积雪期（3-5月）中多雪时期比少雪时期多反射掉10.07 W·m^-2的向上短波辐射,垭口站多雪年的年平均向上短波辐射分别比两个少雪年高出37.49 W·m^-2和31.92 W·m^-2。多雪年或积雪较多的时期还可以减少向上长波辐射的发射。玛多站多雪年与少雪年向上长波辐射的差值在整个研究时段中基本为负,垭口站两个少雪年在当年12月初到次年1月和次年2月末到4月初这两个时段,积雪越深,向上长波辐射值越小。向上短波和向上长波辐射的差异使得多雪年的地表净辐射少于少雪年。不论多雪年还是少雪年,土壤热通量的值都很小,地表能量分配主要以感热通量和潜热通量为主。玛多站少雪年以感热通量为主且感热通量为正,但多雪年感热通量为负;玛曲站的...     

黄淮地区辐射模型适用性评价及参数优化

利用1961—2015年黄淮地区8个辐射站太阳辐射和日照时数等常规气象资料,分别评价6种常用的太阳总辐射和有效辐射估算模型在黄淮地区的适用性,同时采用多元回归分析和迭代等方法,对辐射参数进行优化调整,建立了适合本地区的辐射最优化估算模型。结果表明:童宏良公式和邓根云公式分别在估算太阳总辐射和地面有效辐射时的误差最小,相比其余的辐射估算模型,两者在黄淮地区适用性最好。另外太阳总辐射本地化修正模型的相对误差绝对值(value of Absolute Relative Error, ARE)和均方根误差(Root Mean Squared Error, RMSE)分别为16.28%和1.730 MJ·m~(-2)·d~(-1),优于童宏良公式等常用太阳辐射估算模型;有效辐射本地化修正模型的ARE和RMSE分别为23.19%和1.404 MJ·m~(-2)·d~(-1),优于邓根云公式等常用有效辐射估算模型;因此黄淮地区本地化辐射修正模型适用于当地地表净辐射估算,且具有较好的估算精度。     

藏东南大气中多环芳烃的污染特征及来源分析

为探究青藏高原东南部大气中多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,简称PAHs)的污染、源及输送特征,利用鲁朗地区(29.77°N,94.73°E)总悬浮颗粒物(Total Suspended Particles,简称TSP)和大气中的14种PAHs含量,结合同期气象环境数据进行了综合分析。结果表明,该地区TSP中PAHs和气相的PAHs质量浓度变化范围分别为0.22～5.05 ng m^-3和0.83～63.75 ng m^-3,平均值分别为2.13 ng m^-3和11.33 ng m^-3。薪柴和柴油的燃烧是污染的主要方式,汽油燃烧等其他排放为次要方式。PAHs来自本地污染和远距离传输(Long Range Transmission,简称LRT)共同的影响。本地污染在四季各个源地均不相同。冬春季本地污染大,源在东南及正南方,夏秋季受本地和外来输送共同作用,本地源在东南方且占比小,LRT占比大。LRT受西北气流、西风气流和西南气流三支气流影响,污染严重时西南气流占主导...     

固城生态气象综合观测试验站建设

中国气象科学研究院固城生态与农业气象试验站位于华北平原东北部的河北省定兴县固城镇东(39°08′N,115°40′E,海拔高度15.2 m),占地15 hm2,是中国气象科学研究院直属唯一的国家级农业气象试验站,也是中国气象局农业气象试验站网的龙头站,在全国农业气象试验站中科研观测设施最为齐全.2004年固城站被选为中国气象局7个率先在全国气象部门开展生态气象观测试验的野外台站之一,并明确要求固城站承担起7个生态气象观测站的示范和技术指导的责任.同时,固城站还承担着气象系统生态气象观测试验站网数据观测、收集、处理和分析的任务.2005年在基础设施的改造建设、科研野外试验、常规监测和业务服务方面,都圆满地完成了任务.     

气候变化对中国东北地区典型城市办公建筑能耗的影响

利用中国东北地区三个典型城市（哈尔滨、长春和沈阳）1961—2019年的气温、相对湿度等气象资料和TRNSYS软件模拟的能耗资料,分析了气候变化对东北地区办公建筑设计气象参数的影响,研究了气候变化对办公建筑能耗的影响及其影响因子。结果表明：与1961—1990年相比,近30 a（1991—2019年）东北地区三个城市的办公建筑室外设计计算参数,即供暖室外计算温度、冬季空调室外计算温度和夏季空调室外计算温度均有所升高,且夏季空调室外计算温度升幅低于其他两个设计参数,三个城市供暖室外计算温度分别升高了2.1℃、1.7℃和0.2℃;1961—2017年三个城市办公建筑冬季供暖能耗均呈减少趋势,夏季制冷能耗均呈增加趋势,年总能耗呈减少趋势;哈尔滨和长春的变化速率大于沈阳,三个城市的办公建筑年总能耗减少速率分别为5.02 MJ·m^-2/10 a、6.15 MJ·m^-2/10 a和1.99 MJ·m^-2/10 a。气温是影响东北地区城市办公建筑能耗的主要气象因子,分别可以解释三个城市冬季供暖能耗95%、96%和93%的变化和夏季制冷能耗72%、71%和72%的变化;气温每升高1℃,三个城市的冬季采暖能耗将分别减少20.6 MJ·m^-2、21 MJ·m^-2和18.9 MJ·m^-2,夏季制冷能耗将分别增加15.1 MJ·m^-2、16.1 MJ·m^-2和18.8 MJ·m^-2,年总能耗将分别减少5.5 MJ·m^-2、4.9 MJ·m^-2和0.1 MJ·m^-2。     

起伏地形下四川省太阳直接辐射时空分布特征

利用四川省159个地面常规气象观测站及周边9个太阳辐射站观测资料,基于数字高程模型(DEM)数据,考虑坡度、坡向和地形遮蔽作用的影响,研制起伏地形下太阳直接辐射分布式模型。结合四川省90 m×90 m分辨率的DEM数据,分析起伏地形下四川省太阳直接辐射空间分布特征和时间变化趋势。结果表明:(1)四川省太阳直接辐射纬向分布不明显,受海拔高度、日照百分率、局地地形影响较大;(2)四川省太阳直接辐射年总量东部盆地较低,1 300.0 MJ·m-2,川西高原及攀西地区较大,在1 900.0~3 486.9 MJ·m-2之间;(3)四川省太阳直接辐射时间变化明显,川东盆地太阳直接辐射1 000.0 MJ·m-2的地区有增加趋势,川西地区2 800.0 MJ·m-2的区域在减小,四川省宜宾、都江堰、南充、马尔康太阳直接辐射年总量、1月、7月气候倾向率均0。     

敦煌莫高窟大气颗粒物中水溶性离子变化及来源解析

为探明莫高窟大气颗粒物污染特征,采集了2014年4-12月第16窟及72窟外环境中大气颗粒物PM2.5和PM10~2.5样品,对比分析了样品中水溶性离子变化及影响因素,通过主成分分析法解析了其主要来源。结果表明:(1)窟区主风向为南风,起沙风频率仅为0.01%,不利于污染物的扩散;(2)窟外PM2.5和PM10~2.5、窟内PM2.5和PM10~2.5中水溶性离子总浓度分别为6.1±4.0μg·m^-3、12.2±9.1μg·m^-3、3.7±0.8μg·m^-3和7.5±1.6μg·m^-3,SO₄^2-、Ca²⁺、NO3^-、Na⁺及Cl^-是主要组成,SO42-、NO3-和Ca2+之和在窟外和窟内PM2.5和PM10~2.5中占总离子比例分别为79.24%,76.81%,80.61%及77.74%,二次离子主要来自固定污染源;(3)PM2.5与PM10~2.5中各离子浓度的比值在窟外、内分别为0.33~0.88、0.25~0.94,9种水溶性离子在不同粒径粒子中富集程度有所差异,3-5月的沙尘、7-9月的降雨、11月农村农作物秸秆燃烧及冬季取暖燃煤等对水溶性离子都有一定影响,窟内PM2.5中游客数量与NH4+和NO^3-有一定的相关性(R2=0.27、0.35)、PM10~2.5中游客数量与NH4+有一定的相关性(R2=0.31);(4)沙尘天气下窟外和窟内的PM2.5与PM10-2.5中Cl-、SO₄^2-、Na⁺、K+和Ca²⁺的浓度增加,窟区微环境主要受区域环境气象因素影响,建议极端沙尘天气关闭洞窟;(5)莫高窟大气环境呈碱性;(6)PM2.5和PM10~2.5主要来源于当地秸秆燃烧、二次污染源、土壤沙尘及干涸的大泉河。     

淮河流域稻麦轮作农田甲烷通量变化特征

利用寿县国家气候观象台开路式甲烷气体分析仪的观测数据,分析了淮河流域稻麦轮作农田不同生育期甲烷通量变化特征及其影响因素。结果表明：淮河流域甲烷通量一年中呈单峰型分布,峰值出现在夏季。甲烷通量日变化呈单峰型分布,峰值出现在午后,白天高于夜间。水稻生育期甲烷通量明显高于小麦生育期;小麦出苗期甲烷通量最小,成熟期最大,达到0.14μg·m^-2 ·s^-1;水稻拔节期甲烷通量最大,达到3.02μg·m^-2 ·s^-1,成熟期最小,为0.12μg·m^-2 ·s^-1。作物生物量对甲烷通量影响明显,水稻和小麦收割前后24 h甲烷通量降幅达到50%和30%。甲烷通量与降水、相对湿度、水汽压、土壤温度、气温均呈显著的正相关关系。降水量越大,湿度越大,温度越高,甲烷通量就越大。     

江西省暖季重大短时强降水敏感性参数分析及概念模型

利用江西省2010-2016年5-9月1 597个观测站逐小时降水资料,ERA Interim, Daily逐日4次0.125°×0.125°再分析资料以及南昌和赣州探空资料,筛选出84例重大短时强降水过程,并建立了5种重大短时强降水概念模型:冷锋型、西南急流型、副高边缘型、暖切型和台风型,各型分别占比29%、40%、11%、12%和8%。每例过程平均维持时间分别是4.9 h、5.6 h、4.4 h、5.5 h、6.7 h;平均降水强度为31 mm·h^-1、27 mm·h^-1、45mm·h^-1、30mm·h^-1、36mm·h^-1。冷锋型、西南急流型和暖切型基本出现在5—6月,副高边缘型主要出现在7月,台风型在7—9月且多集中在8月。对于短时强降水的高频区,冷锋型、西南急流型和暖切型主要集中在鄱阳湖平原处,副高边缘型主要分布在武夷山西侧,台风型主要集中在江西东北部。5种类型对应的关键环境参数特征为:冷锋型、副高边缘型及台风型的CAPE平均在1 200 J·kg^-1,西南急流型和暖切型集中在500~1 200 J·kg^-1;CIN基本都在20~60 J·kg^-1;台风型的K指数偏高,超过38℃,其他四类达到32℃即可;S指数平均值都低于-1.1℃。T₇₀₀-T₅₀₀基本有75%的过程在13℃之上,T₈₅₀-T₅₀₀有75%过程达到23℃;冷锋型与西南急流型的850 hPa假相当位温超过340 K即可,其他三型需达到345 K;暖云层厚度基本在4 000 m以上。地面露点西南急流型和暖切型最低为21℃,其次是冷锋型,阈值为22℃,台风型阈值为24℃;大多数PW都在50 mm以上,平均为60 mm左右。     

围栏封育下藏北高寒湿地和高寒草原水热通量特征研究

围栏封育作为直接有效的退化草地恢复治理模式,广泛应用于青藏高原退化草地恢复。围栏封育显著提升植被覆盖并改变地表与大气之间的水热交换,然而当前对其如何影响高寒生态系统水热通量的定量研究不足,缺乏对影响机制的认识。本研究以藏北腹地典型高寒湿地和高寒草原为研究对象,采用涡度相关技术开展禁牧-放牧配对观测,并基于围栏内外2019年7月至2021年6月连续两年的观测数据,探究围栏封育后的地表水热平衡变化,以提升对围栏封育改变地表水热通量机制的认知。结果显示：高寒草原和高寒湿地生态系统水热通量均表现出明显的单峰型日变化特征,且分别以感热作用(波文比为1.60)、潜热作用(波文比为0.31)为主导向大气传输能量。围栏封育降低了高寒草原地表通量值,感热通量减小5.99 W·m^-2,潜热通量减小4.84 W·m^-2;围栏封育提升了高寒湿地的地表通量值,感热通量增加3.04 W·m^-2,潜热通量增加30.95 W·m^-2,围栏封育后高寒草原感热通量和潜热通量日均值均下降,高寒湿地则增加。围栏封育对地表能量通量影响强度集...     

1961—2010年中国气候生产潜力时空格局变化及其潜在可承载人口分析

以气温、降水格点数据为基础,采用Thornthwaite Memorial模型计算了中国气候生产潜力(CPP),并从气候的角度估算了耕地上气候资源潜在可承载的人口数,以便增强了解气候变化的影响及气候资源最大人口支撑能力。结果表明:1961—2010年中国CPP总体呈突变性增加趋势,1987年为突变点,年最低、最高及平均值分别为689. 18、814. 56和744. 05 g·m^-2·a^-1。空间上呈现出从西北向东南逐渐递增的带状分布,其中高值区主要分布在华南大部,最高值达2103. 56 g·m^-2·a^-1;低值区主要分布在西、北部地区,最低值为39. 28 g·m^-2·a^-1。2001—2010年中国大部分地区CPP年平均值相对于1961—2010年多年平均值变化幅度不大,变化比例高的地区基本上分布于中国西、北部,其中增加的区域达82%,主要分布在华东地区、新疆西部、西藏北部及青海大部,远大于缩减的区域(17%)。1995—2010年,基于公里网格的耕地气候潜在可承载人口为46—2180人·km^-2,全国平均值最低的年份为1130人·km^-2,对应的实际人口为0—49729人·km^-2,全国平均值均不高于137人·km^-2;全国实际总人口为11. 43—13. 04亿,耕地气候潜在可承载总人口为19. 72—20. 22亿,前后比值为58%—65%。这表明,中国耕地生产力未达到气候生产潜力,尚有一定的开发潜力;实际人口在中国大部分地区均没有超出气候资源潜在可承载的最大人口,然而在少数省市(如生态环境脆弱的青海省以及经济发达的大城市及沿海地区)已超出。     

降水和风对泰安地区PM2.5浓度的影响及区域传输研究

利用泰安市2018—2019年降水、风和PM_2.5逐小时观测数据,分析了降水和风对PM_2.5浓度的影响,并对PM_2.5进行了源解析。结果表明：降水对PM_2.5有一定清除作用,降雨日PM_2.5平均质量浓度较非降雨日平均降低约7.2%,秋冬季节最为显著。降水对PM_2.5的清除率与降水强度、降水前PM_2.5初始浓度及降水时间均有关。当降水强度大于4 mm·h^-1时,清除率多在40%以上;当降水强度小于2 mm·h^-1、初始浓度低于75 μg·m^-3或降水强度小于1 mm·h^-1、初始浓度在75—100 μg·m^-3范围,且降水持续时间在5 h以内时容易出现PM_2.5浓度反弹现象。不同风向风速对泰安地区霾粒子清除也有明显差异,西南偏西风和东北偏东风更容易造成泰安地区霾污染,重污染期间风速超过5 m·s^-1偏南风和风速超过3 m·s^-1偏北风均对污染物具有有效清除作用。而区域风场相关矢结果表明重污染期间PM_2.5污染物主要从广西—湖南—江西一带、安徽南部及浙江北部在西南气流引导下传输至泰安地区,本地源贡献则较少。     

青藏高原地气系统气象科学数据集成和共享

观测资料匮乏是制约青藏高原地球科学问题深入研究的关键因素。中国气象局国家气象信息中心联合中国气象科学研究院、中国科学院青藏高原研究所和西北生态环境资源研究院对近几十年来我国青藏高原区域的地气系统的大气和陆面观测资料及相关分析产品进行了整合集成,获得了高原区域长年代、多要素的地气系统综合气象数据,研发了综合气象数据库及其数据共享平台。本文系统介绍了相关科学数据的观测及数据情况,包括中国气象局长期业务观测数据、历次青藏高原大气科学试验数据、中国科学院部分野外台站长期观测试验数据和一些科学研究项目的产出数据成果,描述了多种数据的标准化集成技术和成果,设计并发布了青藏高原地气系统多源信息共享平台,为研究和解决青藏高原地球科学问题提供宝贵的数据资源。     

“21·7”河南特大暴雨降水特征及极端性分析

利用国家气象信息中心提供的2 373个国家气象观测站（以下简称国家站）和区域气象观测站（以下简称区域站）小时降水量资料,从累计降水量、降水强度和时间演变等角度,分析了“21·7”（2021年7月17—22日）河南特大暴雨的极端性特征。结果表明:此次暴雨过程具有持续时间长、累计降水量大、突发性强、暴雨落区集中等特点。6天累计降水量平均达到219.05 mm·站^-1,有155个站超过600 mm。全省5.43万km²累计过程降水量大于250 mm,超过“75·8”过程（1975年8月）的3.45万km²。强降水主要出现在3个时段（18日15时至19日04时、19日09时至21日08时、21日09时至22日14时）,最大降水时段发生在19—21日,落区集中在太行山东南侧、伏牛山东北侧的豫中北地区。有1514个站出现至少1个时次的短时强降水(≥20 mm·h^-1),大值中心分别位于郑州、新乡和鹤壁等地,部分区域短时强降水贡献率超过70%。强降水中心在20日中午至21日夜间由河南中部向河南北部移动,强度由强变...     

不同初始值对三江源西大滩站多年冻土水热过程模拟的影响

不同初始值对多年冻土水热过程的模拟有着深刻的影响。本文利用青藏高原三江源多年冻土区西大滩站观测数据,驱动通用陆面模式CLM4.5（Community Land Model version 4.5）对该站多年冻土进行为期14个月的模拟研究。设计三组试验,检验CLM4.5模式对多年冻土模拟性能,探究不同初始土壤温度、液态水含量以及含冰量对模拟结果的影响,并对土壤初始含冰量的计算进行改进,提高了模式对多年冻土水热过程的模拟。通过对比土壤含冰量模拟值,液态水含量和土壤温度观测值与模拟值,结果表明：（1）初始土壤温度、液态水含量会通过影响初始土壤含冰量进而影响CLM4.5模式对多年冻土水热过程的模拟。（2）CLM4.5默认初始土壤温度、液态水含量时,计算出的初始含冰量为0 m³·m^-3,这使得模式不能准确模拟出多年冻土的特征。在2015年11月上旬至2016年8月上旬土壤含冰量大于0.01m³·m^-3,其余时段土壤含冰量几乎为0 m³·m^-3;整层土壤液态水含量从冬...