移动式极地大气参数测量系统I.研制与试观测

研制了移动式极地大气参数测量系统。采用温度脉动仪和三维超声风速计分别对大气湍流强度C2n进行测量。在合肥和上海两地进行了约500 h的仪器性能测试,结果显示仪器运行稳定、两种方法测得的C2n符合得很好。仪器将在2013/2014年度中国第30次南极科学考察泰山站建站期间首次对泰山站的C2n进行测量、越冬期间首次对中山站的C2n进行测量,并计划在2014/2015年度第31次南极科学考察期间对昆仑站的近地面大气湍流强度进行测量。     

高空大气运动问题探析

地表冷热不均导致大气热力环流,由于大气运动状况不同,把对流层大气分为近地面大气运动和高空大气运动两种模式。近地面大气运动师生关注度高,考试频率大,学生对常见基本考点烂熟予心,轻车熟路。高空大气运动隐藏于喧嚣之外,关注度较低,常常成为失分的黑洞。笔者精选习题,细致分析,总结模式,归纳如下。     

基于Polar WRF模拟结果估算南极泰山站近地面大气折射率结构常数

天文台址的选择与近地面的光学湍流强度密切相关,南极与中低纬度相比,具有极低的天空背景辐射、极低的气溶胶浓度和非常小的光污染,吸引了世界多国在此建立天文观测站。采用专门用于极地研究的极地数值天气预报模式(Polar WRF)来模拟得到南极泰山站的常规气象参数,对于温度和风速大小,模拟值与观测值的相关系数分别高达0.95和0.89。由模拟得到的常规气象参数根据Monin-Obukhov相似理论估算折射率结构常数(C_n~2),并与位于泰山站处移动式极地大气参数测量系统的观测结果做了对比,结果表明模拟值与观测值变化趋势基本一致,相关系数达0.67。     

利用Thorpe尺度估算南极点大气湍流廓线

分析了南极点(South Pole) 2012年常规气象参数探空数据,统计了南极点全年的边界层高度分布,利用Thorpe尺度估算了南极点夏季及冬季的折射率结构常数Cn2、大气相干长度、视宁度、等晕角等参数和边界层高度以上及边界层内的视宁度及其对整层(0—25 km)视宁度的贡献,将之与文献结果比对。结果表明:估算的Cn2在近地面随高度迅速递减,300m后随高度缓慢减小,5km以后出现一个鼓包,10km后随高度稳定递减,都呈现湍流主要集中于300 m以下这一特点。用Thorpe尺度估算的南极点冬季整层视宁度为1.87′′,270 m以上高度视宁度为0.39′′,与文献报道较为吻合。Thorpe尺度相较于其他外尺度模式估算过程更为简便。     

1960-2004年新疆地区地表水热过程的数值模拟研究 Ⅰ. 以观测资料为基础的陆面过程模型大气驱动场的发展

 近20 a来,中国西北地区尤其是新疆降水显著增加、温度持续上升,冰川萎缩、冰川融水量持续增加、河川径流量增加、湖泊水位上升面积扩大、植被覆盖有增加迹象等等,这些事实都充分说明该地区的气候水文过程正在发生着重大的变化,但目前由于与水热过程有关的各个分量,如潜热、感热、蒸散、土壤湿度和径流等变量都缺少长时间、大范围的观测数据,因此,现有的研究还不能从整体上认识西北地区水热过程在全球增暖大背景下的变化特征和规律,无法客观地估算该地区水热过程的可能变化趋势。为了能够进一步深入研究这个问题,我们考虑以新疆地区108站1960—2004年气象站的观测数据为基础,并结合其他大气驱动场中结果检验的辐射数据来建立了一个长达45 a,时间分辨率3 h,空间分辨率0.5°×0.5°针对新疆区域的陆面模型大气驱动场,主要的变量包括降水、气温、风速、气压、比湿和辐射。最后得到的产品能够提供一个长期的、区域内具有良好均一性的近地面气象变量数据集,它可以用于驱动陆面、水文、生态过程模式,为研究整个新疆地区年际、年代际,甚至月季到日的连续水热过程变化奠定坚实的基础,并可以作为评估耦合模型以及其他陆面预测计划的初始化条件。     

近60 a新疆大气水分亏缺的时空变化特征

在全球陆地大气水分亏缺(VPD)已经增加、并将持续增强的背景下,新疆大气环境是否趋于干旱化值得探讨。利用1961—2020年地面气象观测资料,采用线性趋势分析、Mann-Kendall检验等方法,研究了新疆VPD的分布及时空演变特征。结果表明：(1)近60 a来新疆VPD整体呈现显著增加趋势,增幅为0.015 kPa·(10a)^-1。VPD在2005年发生突变,突变前为弱波动变化,突变后呈增加趋势。(2)各季节VPD均以增势为主,其中春、夏季增幅较大,冬季增幅最小。春、秋季VPD突变特征与年变化较为一致,夏季略晚(2006年出现突变)。(3)空间分布上,VPD呈现“山区低、盆地高”的鲜明格局。时空演变分析表明,全疆大范围地区(近83.65%的气象站点)VPD呈增势变化,而VPD呈下降趋势的站点多分布在天山山脉东段的北麓以及南疆盆地的北、西北缘。季节尺度上,春季VPD呈增势变化的站点数占比最高(96.15%),是新疆大气水分胁迫范围最广的时段,而冬季大气水汽含量相较稳定。     

中国西北地区荒漠绿洲大气内边界层的数值模拟

本文用二维中尺度土壤－植被－大气连续体数值模拟了黑河地区绿洲和周围荒漠袒上垫面物理特征差异引起的内边界层结构。得到了绿洲上游荒漠至绿洲和从绿洲至其下游荒漠两重下垫在突变过程大气运动所产生的风速内边界层，温度内边界层和湿度内边界层的空间和时间特征及其这两种情况边界层的结构差异。     

珠宝检测常规仪器

<正>折射仪用折射仪可测出宝石的折身率和双折射率。在宝石的检测过程中,折射率和双折射率是两个非常重要的光学常数,是鉴定宝石的主要依据。偏光仪偏光仪最主要的用途是根据宝石在偏光仪下的不同现象,判断宝石材料的光性。此外,在偏光仪上加一个透镜,或配置一个玻璃干涉球,可以用来观察各向异性宝石的干涉图,从而确定宝石的轴性。二色镜有些彩色宝石,在透射光照射下,从不同方向观察,它会显现不同的颜色或同种颜色的深浅差     

新疆区域大气透明度研究

在分析新疆区域大气透明度过程中,为克服福布斯（FORBERS）效应,即大气质量M对太阳光谱成分变化产生的干扰,将复合透明度系数Pm订正到相对大气质量M=2（H=90°）时所计算出来的积分透明度P2来进行描述。利用乌鲁木齐、喀什40多年长序列太阳辐射资料以及塔克拉玛干沙漠腹地及周边地区相关的辐射和气象资料,分析新疆区域大气透明度的年际、月际和日变化以及影响大气透明度的主要气象因子。结果表明,乌鲁木齐、喀什的大气透明度在40多年中,其年际变化特征主要表现为P2呈逐步下降的趋势,这种下降在20世纪90年代至今的近20 a里有加速的趋势;从季节角度分析,P2的这种逐年代下降的趋势在冬季（1月）和春季（4月）更为显著,而在夏季（7月）和秋季（10月）,这种下降则较为温和,无论乌鲁木齐还是喀什,以十年段平均值的振幅来看,乌鲁木齐P2在1月和4月均在0.2以上,而7月和10月则均在0.2以下,表现的更为明显,喀什亦有类似特征;新疆大气透明度在一年中的变化,以冬季为最佳,秋季次之,春季最差,近年来,乌鲁木齐地区冬季大气透明度急剧下降,其最高值已出现在秋季,喀什也呈现出同样现象,这表明了在城市化情况下,以人类活动影响因素为主所导致的大气污染,使空气的透明状况越来越差;新疆大气透明度的日变化表现为早晚高、中午低的特点,其逐日变化则与天气过程相关联;新疆的下垫面多为沙漠、戈壁,大气中的尘埃含量和水汽压变化是新疆大气透明度的重要影响因子,尘埃含量的变化是塔里木盆地大气透明度变化的最重要影响因子,其与大气透明度的变化呈反相关,而水汽压的变化亦与大气透明度变化呈反相关关系。     

京津冀冬季冷空气过程的低频特征及西伯利亚高压低频变化的影响

本文使用1981—2015年京津冀地区逐日气温和NCEP/NCAR再分析资料,分析了京津冀地区冬季冷空气过程的低频环流特征,以及西伯利亚高压（SH）的低频变化特征及其对京津冀冷空气过程的影响。分析表明,冬季京津冀气温和SH都存在10~30 d显著低频周期,且二者的低频分量之间存在显著的超前滞后相关。京津冀冷空气过程主要发生在低频气温从零位相到谷值的下降阶段,以及低频SH从峰值到零位相的下降阶段。随着京津冀气温和SH的10~30 d低频变化,亚洲近地面层和中层大气环流均表现出一个从西北向东南传播的低频变化周期。影响京津冀地区的低温异常最早出现在喀拉海附近并在亚洲高纬地区维持和积累,产生持续冷却作用;同时中层相应区域维持的强气旋性环流异常表明有持续的大气辐合,中层辐合下沉与近地面持续冷却作用配合形成近地面异常高压。异常高压伴随异常低温南下过程中与中层加强的东亚大槽配合,使京津冀地区处于整层北风异常中,易形成冷空气过程。     

黄河源区遥感数据的大气校正及其效果分析

利用6S模型结合暗目标法确定TM过境时的最优气象能见度,分别使用MODIS气溶胶产品(MOD04)、最优气象能见度作为TM的气溶胶光学厚度,对黄河源区的Landsat TM数据进行大气校正。以同步野外实测地面数据为标准,比较了两种气溶胶参数输入方法的校正结果,并从光谱曲线、植被指数、草地生物量的估算三方面探讨了大气校正的效果,两种气溶胶参数输入方法均可以对遥感图像进行有效的大气校正,消除因散射增加的辐射能量,同时补偿因吸收而损失的辐射能量。经过大气校正后的TM光谱更接近真实地表光谱,更有助于地物真实光谱信息的提取,同时对与该地区相似气候条件下影像的大气校正有借鉴意义。     

基于决策树的戈壁信息提取研究

 戈壁是我国西北干旱地区的一种主要地表景观类型。由于戈壁所处地带自然条件恶劣,人烟稀少不便于实地调查研究的开展,所以目前关于戈壁的研究资料非常少。本文以戈壁典型分布区内蒙古自治区额济纳旗为例,以Landsat TM遥感影像以及30 m DEM作为基本数据源,首先借助DEM数据,在GIS中,提取出非戈壁分布区,然后,在分析不同典型地物光谱特征基础上,建立基于知识的决策树信息提取模型,利用该模型实现了侵蚀型戈壁与堆积型戈壁信息的自动提取,戈壁信息提取总体精度达到91.57%,研究为使用遥感影像快速获取戈壁信息提供了技术支持。     

乌鲁木齐大气混合层厚度和稳定度与大气污染的关系

利用乌鲁木齐市4座10层100 m梯度气象塔2013年6月~2014年4月气象观测资料和7个环境监测站[WTBX]AQI[WTBZ]资料，计算并分析了大气混合层厚度和稳定度特征，探讨了大气混合层厚度和稳定度与污染的关系。结果表明：乌鲁木齐市混合层厚度夏季郊区高、城区低，冬季从南郊—城区—北郊随地势降低依次降低；夏季和冬季分别在1 559～1 772 m和526～1 156 m之间。地面至2 km以上每500 m高度间隔统计混合层厚度，500～1 000 m出现频率最多；月变化为6～9月基本在500 m以上，且每个高度区间其概率均超过10%，10月～次年2月1 500 m以上区间概率明显减小；日变化为中午13:00～16:00达到最高值，下午和傍晚迅速下降。白天较大的感热输送提供充足的热力条件，这也体现出白天以不稳定层结为主，夜间则以稳定层结为主。大气稳定度分类结果，夏季郊区和城区不稳定（A～C类）所占比例差不多，冬季北郊稳定（E、F类）所占比较最大、城区最弱。[WTBX]AQI指数冬季最大，从南郊—城区—北郊依次增大，这与采暖期污染物多、南郊比北郊地势高有利于扩散输送有关。总体来看，乌鲁木齐大气混合层厚度空间分布与气象要素、大气稳定度、地形等密切相关，对AQI[WTBZ]指数分布有重要影响，这对近地层大气污染状况预报有着重要的指导意义。     

乌鲁木齐市低空温度层结与采暖期大气污染的关系

为了找出乌鲁木齐市低空逆温对大气污染的影响规律,为治理和预测大气污染提供科学依据,利用2000年6月至2006年4月的乌鲁木齐市空气污染监测资料和气象站的探空、地面资料,分析了大气污染与逆温的对应特征。结果表明:乌鲁木齐市低空逆温的出现频率与大气污染指数具有相似的时间分布特征。采暖期空气污染指数API值越大,相对应出现逆温日的比例越高,以贴地逆温多;在污染源排放量一定的情况下,大气中污染物浓度与低空逆温层厚度、逆温层底高、逆温层顶底温差有显著的统计关系,而与逆温层中的逆温强度统计关系不显著。随着逆温层底高度降低,逆温层平均顶高、厚度、逆温层顶底温差的增大,日平均气温、最低气温、最高气温的降低,污染级别呈增加趋势;在采暖期同一时段内,要达到同样的污染级别,悬浮逆温日污染物容纳量比贴地逆温大,贴地逆温更容易造成空气污染;在污染物排放量相同的情况下,污染的程度主要取决于悬浮逆温层的底高和厚度及持续日数。     

基于GIS的多因子分析法对兰州市大气环境功能区划的研究

兰州市是全国大气污染十分严重的城市之一。因地制宜,进行城市大气环境功能分区对全市污染总量控制以及污染治理具有非常重要的意义。研究通过对影响兰州市大气质量主要因子分析,应用层次分析法(AHP)建立了大气功能区划分的多因子评价模型。并且运用GIS空间分析功能对兰州市区进行了大气污染指数模拟与功能区划,结果表明:由于受到地形因子与盛行风影响,兰州市区大气质量较差,市区中西部大部分被三类功能区覆盖。三类功能区面积约32.9 km2,约占整个兰州市城区面积的20.5%,主要分布在西固区的西北部和七里河区的西南部。二类功能区面积约122.8 km2,主要分布区域是城关区、安宁区、七里河区的东南部和西固区的东南部。结果表明该方法能定量划分大气环境功能区,证明GIS具有较为准确的空间分析与模拟功能。     

戈壁沙砾质地表沉积物全粒径分布模式及其对分选作用的指示意义

戈壁地表沉积物组分呈多峰态分布的特征，研究其全粒径分布模式是认识戈壁成因及形成过程的基础。目前粒度分布模式（对数正态分布、Weibull分布等）难以正确表达呈多峰态的沉积物粒度分布特征，本文利用单调递减函数P（d_i）=Cd_i^-μexp（-d_i/Dc），对戈壁地表沉积物粒度的全粒径分布模式进行解析。结果表明：（1）该函数能够反映出戈壁地表沉积物组分的全粒径分布特征，拟合优度R²>0.99，参数C值范围为52.64~166.75，μ为-0.083~0.108，Dc为0.103~2.336；（2）在分选作用下，以富沙组分为主的戈壁地表，跃移组分含量高，μ值、Dc值偏小，以富砾组分为主的戈壁地表，蠕移及风蚀残余组分含量高，μ值、Dc值偏大；（3）全粒径分布模式参数值可以揭示洪积扇戈壁的分选沉积特征，为解析戈壁地表的成因以及风蚀风积作用提供新的指标参数。     

大气环流因子对北半球气温变化影响的研究

首先分析了北大西洋涛动(NAO)、北太平洋涛动(NPO)和南方涛动(SO)对北半球气温影响的空间分布特征。冬季大气涛动对温度方差贡献主要是在低纬和中高纬大陆地区及北太平洋部分区域,40°N以北大部分陆地总的贡献率达30%以上,热带3/4地区也在30%以上。近百年气温和大气涛动关系表明,三个涛动对北半球冬季、夏季和年平均气温的变化贡献分别达31.8%、2.6%和12.8%,也是以冬季影响最大。用大气涛动可以解释近20多年来气温上升的很大一部分方差,这说明可能在原有气温上升的趋势上,由于叠加了近期大气环流引起的气温变化,所以才形成了70年代末以来的加速变暖现象。     

基于主成分分析法的戈壁地表砾石粒径遥感估测模型研究

戈壁地表砾石粒径与遥感多光谱数据、植被指数及地学因子存在相关关系,但这些因子间可能存在着多重相关性,如利用这些因子直接建模估测戈壁地表砾石粒径,则可能出现病态模型。利用主成分分析法筛选因子,既可保留多个相关因子的主要信息,又可避免因子间共线性的问题,达到降维、简化模型的效果。因此,本文以新疆哈密市境内山前洪积扇戈壁地表砾石为研究对象,以2010年Landsat TM遥感影像及30 m分辨率DEM为基本数据源,采用主成分分析法,从选择的43个遥感及地学因子（主要包括影像各波段信息、DEM、NDVI、 GEMI,影像经K-T变换得到SBI、GVI、WVI三个分量,通过纹理分析得到的各个波段的均值、方差、信息熵、相关性及对比度等纹理因子,以及利用DEM提取的粗糙度等）中,筛选提取其主成分。结果表明,第一主成分至第五主成分的累计贡献率达98.0%,以前5个主成分作为自变量,借助SPSS软件中的多元回归分析功能,建立戈壁地表砾石粒径估测的回归模型,模型经方差分析及相关性检验,达到显著相关水平。基于建立的估测模型,进行了戈壁地表砾石粒径估测,经验证,实测值与估算值紧密相关。研究可帮助我们了解戈壁的特征,为戈壁区改造利用,认识沙粒迁移、沙漠扩展提供技术支持。     

兰新线玉门段戈壁风沙流地区铁路沙害的治理

兰新铁路通过戈壁地区线路长达1050km,铁路营建后受到戈壁风沙流危害,兰铁玉门段向阳湖、垦场区间长约30公里,危害尤烈。产生的原因是戈壁铁路修建中,破坏地表使蕴藏的沙粒失去掩蔽,成为风沙的来源和加强风沙流活动,并在铁路上形成积沙。经二十多年努力,采取"以林养障(沙障)","林外截沙源,路内消积沙"的防护措施,取得了成效。