气溶胶对现代气候的影响

本文提供了估计近百年大型火山喷发后出现的平流层气溶胶层的新方法.借助不稳定的能量平衡气候模式,完成了近地面温度对火山产生的平流层气溶胶敏感性的计算.     

平流层火山气溶胶时空传播规律及其气候效应

根据平流层火山气溶胶传播规律研究,该文构建了反映火山喷发强度、平流层火山气溶胶相对浓度、火山气溶胶扩散速率和反映火山爆发地理位置并且按e指数规律衰减的火山活动指数(VEI)时空分布函数,进一步建立了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度3个1945-2008年逐月火山活动指数时间序列。根据3个逐月火山活动指数时间序列分别分析了北半球中高纬度、南北半球低纬度和南半球中高纬度火山活动对于相应纬度带地面气温的影响。研究表明:无论南北半球还是热带,火山活动强时地面气温下降,火山活动弱时地面气温上升,并且地面气温对于火山活动的响应明显滞后。     

平流层气溶胶的辐射强迫及其气候响应的水平二维分析

利用比较先进的辐射模式计算了平流层气溶胶的辐射强迫,并对之进行了参数化。结果发现平流层气溶胶的辐射强迫的水平分布不仅与其本身的水平变化有关,而且与下垫面的反照率有很大的关系。利用近期开发的二维能量平衡模式模拟了皮纳图博火山气溶胶对地面平衡温度的影响,结果表明:皮纳图博火山至喷发后1年半左右降温达最大,至喷发后第5年降温已很小。     

1750年以来的全球平均气候强迫与温度响应

估计了１７５０年以来认为在气候变化中有重要作用的主要辐射强迫。这些分析强调了生物圈ＣＯ２释放和甲烷增加在２０世纪初期以前所起的作用。在２０世纪中叶以前，化石燃料燃烧所起的作用较小，因为相同来源的硫酸盐气溶胶抵消了其中ＣＯ２的影响。文章表明，通过合理估计温室气体、人类活动和火山气溶胶的贡献，简单的箱式扩散气候模式可模拟实测全球气候变化的诸多特征，就象根据冰川数据和仪器记录数据所作的估计一样。模式不包括太阳辐射强度本身的变化，也不包括此时期内气候的内部振动，后者在最近的研究中被认为是必要的，但是包括了其他研究所忽略的火山气溶胶的作用。对火山气溶胶强迫作了三种不同的估计。虽然考虑火山气溶胶后改善了模式对观测资料的拟合，但检验分析表明，并无任何一种估计更为明显地优越。温度记录表现出与三维模式所得到的气候敏感性一致。     

气溶胶对陆生植物生长的影响研究进展

陆生植物生长过程受太阳辐射、热量、水分、土壤等多重因素的影响,气溶胶粒子通过对太阳辐射的散射和吸收,并作为云凝结核和冰核,改变云的物理特性及生命期对上述环境因子产生影响,进而影响植物的生长。气溶胶的直接影响主要表现为气溶胶覆盖植物叶片,影响植物的呼吸作用、气孔导度及对阳光的利用率等;间接影响主要表现在气溶胶可降低入射太阳辐射量并降低光合作用及净初级生产力,但同时又会增加散射辐射量,增加植物可利用光合有效辐射,产生相互矛盾的结果;气溶胶还通过影响降水和气温,进一步影响植物对光、水、热的利用等方面。气溶胶对植物的生长影响以间接影响为主,直接影响较少。其次,各种大气气溶胶对植物的伤害作用超过大气气溶胶对植物生长促进作用。在人为气溶胶中,硫酸盐、黑碳及粉尘对植物生长以抑制作用为主,而氮化物中氮沉降既可以促进植物生长,含氮气溶胶形成的酸雨及光化学烟雾又会抑制植物生长。自然气溶胶中,火山气溶胶对植物生长产生的影响差异较大,沙尘总体对植物产生不利影响,而生物气溶胶及宇宙尘埃的影响研究还较少。     

El Chichon火山喷发与平流层气溶胶的研究

1.序言从1981年到1984年的中层大气研究计划(MAP)期间,平流层气溶胶的研究以观测为中心,取得了很大进展。特别是在MAP 期间发生了El Chichon火山大喷发,造成平流层气溶胶的增加现象,这一现象是本世纪最大规模在平流层产生气溶胶,在这之后的几年里这些气溶胶的相当数量仍停留在平流层中。因为是在完备观测体制时发生的事     

本世纪最大的一次平流层气溶胶事件

本文介绍和分析了针对1991年6月中Pinatubo火山喷入平流层的气溶胶云及其演变所进行的大量卫星遥测和地面探测结果,并就此浓火山云对大范围气候的后延强迫作用所作气候数值预报结果与实况进行了对比分析。     

青藏高原上空气溶胶含量的分布特征及其与臭氧的关系

采用1991年10月—2005年11月的HALOE资料,分析了青藏高原(27°~40°N,75°~105°E)上空气溶胶数密度、体积密度、面积密度的分布和变化特征,探讨了它们与臭氧的关系,并且与同纬度带中国东部地区(107°~122°E,27°~40°N)、北太平洋(170°E~170°W,27°~40°N)上空进行了对比。结果表明:高原上空气溶胶的体积密度、面积密度受Pinatubo火山喷发的影响主要发生在1991—1995年,然而气溶胶数密度受火山影响则不如前二者明显;高原上空气溶胶在对流层顶附近存在一个极大值区,在夏季该极大值区位于对流层顶下方(约120 hPa),而其他季节则位于对流层顶上方(约100hPa);青藏高原、中国东部地区、北太平洋三地上空气溶胶数密度的差异主要出现在60 hPa以下的气层,夏季差异最突出,高原上120 hPa附近的气溶胶数密度约为平原上的1.8倍,约为海洋上的5.5倍;在高原上空对流层顶附近以及平流层低层,气溶胶数密度与臭氧体积混合比呈很好的负相关关系,而在20 hPa以上则有明显的正相关关系;对比三地上空气溶胶与臭氧的关系,得到在对流层顶附近及平流层低层气溶胶在高原和平原上空与臭氧的变化呈很好的负相关,其中以高原上空的负相关关系更好,但是在海洋上空气溶胶和臭氧的相关不明显。而在20 hPa以上气层中,三地上空的气溶胶与臭氧的变化都具有很好的正相关关系。     

影响地面紫外辐射的因素分析

通过作者改进的离散坐标法（DISORT）辐射传输模式和部分观测资料考察了臭氧总量及其垂直分布、二氧化硫、气溶胶及火山气溶胶、地表反照率、太阳天顶角对到达地面紫外辐射的影响,以及云与紫外辐射的相互作用,给出了一些最主要的结果。此外,还简要地介绍了国内外紫外辐射观测研究的一些进展,特别是欧盟委员会资助开展的“确定UV-B辐射观测网标准”的科学计划。     

南极平流层气溶胶的作用——臭氧洞和物质循环

1.前言关于平流层气溶胶的研究是以六十年代由Junge等人用气球和飞机进行的平流层气溶胶观测而正式开始的。他们的研究表明,构成平流层气溶胶层的气溶胶,主要是被称作大粒子(Large Particle)的粒子组成的,而且,在这些气溶胶的化学成分中以硫化合物居多。这两点对于考虑平流层气溶胶层的生成机制和维持机制是极为重要的,也是决定今后研究方向的重要依据。不过,观测实例毕竟不是很充分的,留待今后研究的问题还很多。进入七十年代,世界各地建立激光雷达以后,已能探讨气溶胶层的全球变化了。1974年,Fuego火山喷发,世界各地的激光雷达站都监测到了随着喷发平流层气溶胶骤     

Native Trees as Biomonitors of Chemical Elements in the Biodiversity Conservation of the Atlantic Forest

The Atlantic Forest, a hotspot in the world with a great diversity of plants and animals, is located in the most industrialized area of Brazil, a potential source of chemical elements for the atmosphere. From its original area about 10% has been preserved mainly through the implementation of conservation units, among which the Parque Estadual Carlos Botelho (PECB) is one of the most representative. Here, leaves of the predominant species in the PECB were analyzed by instrumental neutron activation analysis (INAA) for the establishment of natural backgrounds of As, Ba, Br, Ca, Cd, Ce, Co, Cs, Fe, Hg, K, Na, Rb, Sc, Se, Sr and Zn. Biomonitoring of the Atlantic Forest was realized through the tree community study taking in account the interspecies and the intraspecies variability of chemical concentrations. Results pointed out the low status of pollution based on the concentrations of chemical elements of environmental concerning. However, Br concentrations were higher in the understory species, which could be related to the possible effects of atmospheric pollution or sea influence. In addition, some Hyeronima alchorneoides trees showed to be hyperaccumulators of Co.     

冰冻圈影响区恢复力研究和实践:进展与展望

气候变化引起全球冰冻圈各要素普遍退缩,进而深刻影响着区域生态安全和社会经济发展。恢复力(resilience)以降低脆弱性为目标,维持和培育社会-生态系统应对外界胁迫和干扰的能力,为应对冰冻圈变化引起的负面影响、实现区域可持续发展提供了重要的理论和实践框架。文中辨识了全球变暖背景下冰冻圈过程和功能变化对主要社会-生态系统的影响,综述了当前冰冻圈影响区恢复力相关的主要研究和实践进展,探讨了加强冰冻圈影响区社会-生态系统恢复力的路径。我们认为未来要进一步加强区域和全球冰冻圈变化及其影响综合评估,深入研究冰冻圈影响区社会-生态系统变化的驱动机制、级联效应和稳态转换;在实践上将减缓、适应和转型有机结合,建立管控区域社会-生态系统演化的综合监测、评估、预警和决策系统,从而促进系统朝着更具恢复力和可持续的路径发展。     

Assessment of Temperature Extremes in China Using RegCM4 and WRF

This study assesses the performance of temperature extremes over China in two regional climate models(RCMs),RegCM4 and WRF, driven by the ECMWF's 20 th century reanalysis. Based on the advice of the Expert Team on Climate Change Detection and Indices(ETCCDI), 12 extreme temperature indices(i.e., TXx, TXn, TNx, TNn, TX90 p, TN90 p,TX10 p, TN10 p WSDI, ID, FD, and CSDI) are derived from the simulations of two RCMs and compared with those from the daily station-based observational data for the period 1981–2010. Overall, the two RCMs demonstrate satisfactory capability in representing the spatiotemporal distribution of the extreme indices over most regions. RegCM performs better than WRF in reproducing the mean temperature extremes, especially over the Tibetan Plateau(TP). Moreover, both models capture well the decreasing trends in ID, FD, CSDI, TX10 p, and TN10 p, and the increasing trends in TXx, TXn, TNx, TNn, WSDI, TX90 p,and TN90 p, over China. Compared with observation, RegCM tends to underestimate the trends of temperature extremes,while WRF tends to overestimate them over the TP. For instance, the linear trends of TXx over the TP from observation,RegCM, and WRF are 0.53?C(10 yr)^-1, 0.44?C(10 yr)^-1, and 0.75?C(10 yr)^-1, respectively. However, WRF performs better than RegCM in reproducing the interannual variability of the extreme-temperature indices. Our findings are helpful towards improving our understanding of the physical realism of RCMs in terms of different time scales, thus enabling us in future work to address the sources of model biases.     

基于GIS的三门峡市苹果种植气候适宜性区划

为了探明三门峡市苹果气候适应性及种植规模扩展空间,利用三门峡、灵宝、卢氏、渑池4个县级气象站点和苹果种植区及周边19个区域多要素气象站点资料,依据海拔高度将苹果种植区划分为塬区、浅山区和中山区3种区域,运用模糊隶属度评价各区气候因子,筛选出年均气温、年降水量、6—8月平均气温作为区划指标,针对不同气候要素采用克立格或反距离权重的GIS方法进行小网格插值,最终形成精细化的三门峡市苹果种植气候适宜性区划图。区划结果表明:最适宜区多位于三门峡市中部和中南部,适宜区多位于东部和北部,不适宜区为北部边缘地带。当前三门峡市苹果种植主要分布于灵宝中部、南部和陕县西南部,是苹果的主产区和优质区;其他未开展苹果种植的卢氏县北部、陕县东南部处于最适宜区域,渑池县大部分处于适宜区,是未来苹果种植面积扩展的首选地区,但尚需综合考虑土壤、地形、气候等因素对苹果品质的影响。     

IPCC第五次评估报告第二工作组报告的主要结论对2015协议谈判的影响分析

IPCC第五次评估报告第二工作组报告《气候变化2014：影响、适应和脆弱性》以气候变化风险为核心理念,对气候变化的影响进行了系统性的评估,对适应气候变化相关的需求、选择、机会、约束和局限性等方面进行了全面综合的论述。报告发布正值《联合国气候变化框架公约》谈判的关键时期,作为德班平台新协议谈判的重要信息来源,第二工作组报告将对全球长期目标、适应及其与减缓的关系、损失与损害等重要议题谈判产生重要的影响。为了在下阶段更好地开展国际谈判和国内相关工作,应深入解读报告的主要结论并做到科学的应用。     

非轴对称双涡相互作用的研究

在平流动力学的框架内,用准地转正压涡度方程模式实施了19组试验,研究双涡合并的条件及较大尺度涡旋自组织的问题。结果指出:(1)存在着两个影响双涡合并的因素,即初始双涡中心之间的距离和初始涡旋的非轴对称分布。初始两个对称涡旋合并具有明显的临界距离效应,但初始两个非轴对称涡旋能否合并还受到初始涡旋的非对称结构的复杂影响。(2)存在着两类不同的较大尺度涡旋的自组织过程,形成较大尺度涡旋。第一类,初始两个涡旋相同,均呈轴对称分布。双涡作用经历了缓变、快变,以及涡量羽翼的生成、拉伸和发展的过程,合并后呈对称性流型;终态涡内区涡量的堆积来源于两个初始涡,终态涡外区的螺旋带来源于两个初始涡外缘线涡量羽翼的拉伸。第二类,初始两个涡旋不同,一个为椭圆型,一个为偏心型,均呈非轴对称分布。双涡作用中,椭圆涡一边互旋,一边向计算区域中心靠近,同时涡量范围加大,形成了终态涡的内核区;偏心涡一边互旋,一边被不断拉伸,形成了终态涡的螺旋带区;表现出终态涡内区的涡量堆集来源于椭圆涡,终态涡外区螺旋带主要来源于偏心涡的反复拉伸及断裂的特性。     

Role of the 10–20-Day Oscillation in Sustained Rainstorms over Hainan,China in October 2010

Hainan, an island province of China in the northern South China Sea, experienced two sustained rainstorms in October2010, which were the most severe autumn rainstorms of the past 60 years. From August to October 2010, the most dominant signal of Hainan rainfall was the 10–20-day oscillation. This paper examines the roles of the 10–20-day oscillation in the convective activity and atmospheric circulation during the rainstorms of October 2010 over Hainan. During both rainstorms,Hainan was near the center of convective activity and under the influence of a lower-troposphere cyclonic circulation. The convective center was initiated in the west-central tropical Indian Ocean several days prior to the rainstorm in Hainan. The convective center first propagated eastward to the maritime continent, accompanied by the cyclonic circulation, and then moved northward to the northern South China Sea and South China, causing the rainstorms over Hainan. In addition, the westward propagation of convection from the tropical western Pacific to the southern South China Sea, as well as the propagation farther northward, intensified the convective activity over the northern South China Sea and South China during the first rainstorm.     

弱天气系统强迫下北京地区对流下山演变的热动力机制

利用三维数值云模式和雷达资料四维变分(4DVar)同化技术,通过对京津冀地区4部新一代多普勒天气雷达观测资料进行快速更新同化和云尺度模拟,初步分析了弱天气系统强迫下两次发生在北京地区对流风暴的低层动力和热力影响机制。这两次风暴过程处于弱天气系统强迫和弱层结背景下,局地冷池和环境风场的相互配合是造成山上对流风暴是否能够顺利传播下山的关键机制。起初,两个个例平原局地热、动力不均衡形成平原冷池,而冷池的“障碍物”作用进而阻碍环境风场的传播配置。在此机制下,导致在冷池东南边缘形成较强的辐合上升、垂直风切变和螺旋度。在6月26日个例中,由于冷池强度较强且位置偏南,因此阻断了东南暖湿气流向山区的输送,形成由平原至山区的辐散区使得山区的对流风暴不断减弱。但是,随着已经消散的对流风暴下沉气流,覆盖至冷池边缘东南气流上空形成了较强的风切变和垂直螺旋度,进而促使在冷池边缘形成新的对流风暴。而且,在新对流风暴生成后,由于平原地区整体切变强度较弱,因此形成了冷池扩张强度大于对流风暴传播速度的态势。这种配置会切断暖湿入流,从而导致对流风暴快速消亡。对于8月1日个例,冷池位置偏北,因而不受冷池阻挡作用的偏南风在山脚形成较强的辐合上升,同时与下山的偏西风形成明显辐合上升区,有利于山区对流风暴的不断增强;进而,受此影响,山上风暴降水产生若干冷池,新生冷池和原有冷池的相互挤压,在迫使中、北部风暴增强的同时,最终也导致这些风暴互相靠近,最终合并组织成带状对流系统。同时,北部冷池边缘形成的辐合带也为对流风暴向山下传播提供有利条件,而回波产生的冷池进一步增强,并明显扩展。低层风场指示冷池出流(阵风锋)更加强烈且存在明显的“前冲”特征,显现出部分飑线系统的热动力特征。但是由于此时平原地区处于弱切变环境中,风切变强度不能与冷池出流强度相平衡,同样冷池扩展将领先于对流风暴移动,切断东南暖湿入流,导致原有风暴快速减弱。在文章的最后,基于观测和模拟结果,对比分析这两个个例,初步得出了与对流风暴传播下山发展演变密切相关的低层热、动力配置概念模型。     

贵州铜仁2019年1月两次空气污染过程及其气象条件特征分析

2019年1月铜仁市发生了中到重度污染过程,本文利用铜仁市城区逐时环境监测资料,高空及地面气象观测资料,分析了本次污染过程气象条件特征。结果表明,此次首要污染物为细颗粒物（PM2.5）。污染天气发生时,铜仁上空是高压脊或一致的西南气流,地面为冷高压或均压区控制,气压梯度小,风小;当转为高空槽前,地面有冷空气补充,气压梯度增大时,污染物浓度得到降低。同时风速和相对湿度大小跟污染物浓度也有一定关系,地面风速小,空气干燥时,污染物浓度增加;相反,风速增大达4m/s以上,空气相对湿度增大达90%以上,特别是明显的雨雪天气发生时,污染物浓度得到快速降低。另外,污染天气伴随有近地层逆温层持续影响,逆温层厚度越厚,且逆温强度越强,抑制了大气垂直方向的湍流交换,有利于污染物浓度累积增长。受梵净山地形阻挡作用,当近地层为弱偏东风影响时,污染物不能翻越梵净山向西扩散,会在山的东侧堆积,导致铜仁城区污染物在本地循环累积,污染浓度维持较大值。上述研究结果,可为铜仁市空气质量预报及污染防控提供新的参考依据。     

预报科学

世界各国和各地区的环境预报中心的主要任务是向本国、本地区和全球公众发布科学的环境预报,包括天气、水、气候和空间天气的预报。气象学家与其他科学家合作,一起制作可靠、及时、准确的分析结果、指导意见、预报及预警,以确保人们的生命和财产安全,促进全球经济的发展,以满足人们日益增长的对环境信息的需求。为了更准确地制作预报、更好地服务大众以及最大限度地减少生命和财产损失,这里提出了＂预报科学＂思想。预报科学包括现代观测系统的资料收集、观测与预报信息的实时交流、各种科学技术的发展、无缝隙预报以及公共服务等。预报科学可以概括为三个相互独立的部分,即科学性、工程性和艺术性,且三者存在相互作用。总之,天气预报是大气与环境服务的重要组成部分;预报科学的科学性、工程性和艺术性均服务于天气预报、服务于人民。