估算地表热通量和近地层土壤含水量的变分方法

提出一种反演地表感热通量、潜热通量和近地层土壤含水量的变分方法,该方法把不同高度上的风速、位温以及湿度梯度的观测资料与Monin-Obukhov相似理论计算值的偏差、土壤水分蒸发参数化方案估算的蒸发潜热与由相似理论导出值的偏差在地表能量平衡的约束下融合到一个目标泛函数中,采用最优化算法寻求问题的解。利用2001年6月中国暴雨试验与研究项目在安徽肥西观测资料进行了数值验证,结果表明:该方法估算的通量值与Bowen比法具有很好的相关性且又能克服当Bowen比等于-1时计算通量出现的不稳定;同时能克服用廓线法求解热通量与地表能量平衡条件有较大出入的缺点。对观测误差的敏感性试验也表明变分方法是3类方法中最稳定的。反演的近地层土壤含水量对降水具有很好的响应并与观测的0—15 cm深度上平均土壤湿度的变化趋势具有很好的一致性,其绝对偏差小于0.03 m3/m3。     

珠穆朗玛峰绒布河谷近地层大气湍流及能量输送特征分析

利用中国科学院2005年珠穆朗玛峰地区科学考察期间 (4月2日至6月7日) 收集的大气观测资料，分析了珠峰绒布河谷近地层水平风速、温度、湍流强度、湍流通量日变化及地表能量平衡特征。通过分析得出近地层三维风速方差与稳定度的关系基本满足1/3次方规律；珠峰绒布河谷近地层大气水平风速、温度、动量通量、感热通量和潜热通量均存在明显的日变化；地表获得的能量很大一部分以感热形式散失掉了，潜热所占比重很小。另外，还发现绒布河谷地区地表能量通量各分量并不满足能量平衡方程Rn=Hs+Le+G。通过对地面加热场的分析发现珠峰地表白天是强热源，晚上转变为弱冷源。     

敦煌绿洲-戈壁过渡带地表辐射与能量特征分析

利用"西北干旱区陆-气相互作用野外观测试验"2002年在敦煌加强期的资料, 分析了敦煌绿洲-戈壁过渡带的地表辐射和能量特征.研究表明 白天, 绿洲-戈壁过渡带的地表温度和近地层大气温度很高, 和戈壁的地表温度接近;在多数晴天夜晚, 绿洲-戈壁过渡带的地表温度和近地层大气温度要低于戈壁的值.总辐射, 反射辐射和地表长波辐射的值都很接近荒漠戈壁的值, 日积分通量分别为24.48, 6.1, 41.42 MJ*m+-2*d.绿洲-戈壁过渡带的感热、潜热和地表热通量的日积分值分别为6.58, 1.60和0.38 MJ*m+-2*d.同时, 在绿洲-戈壁过渡带有较强的水平湍流输送.     

地表热力非均匀性对近地层相似理论适用性影响的大涡模拟

利用非均匀地表加热的大涡模拟试验,研究了不稳定条件下地表热力非均匀性对近地层相似理论适用性的影响。结果发现,边界层的平均廓线基本不受地表热力非均匀性的影响。进一步分析发现,较大尺度的地表非均匀加热可以激发出有组织的大尺度次级环流,冷暖斑块的通量直到边界层上部才混合均匀;而当地表非均匀尺度较小时,次级环流难以形成有组织的结构,冷暖斑块的通量很快就可以混合均匀。然而,不管是哪种尺度的非均匀地表,非均匀斑块间的平流都对各斑块近地层结构产生重要影响,进而斑块近地层通量—梯度关系与相似理论产生偏差,其中风速梯度关系的偏差更为明显。最后,对目前大气模式中常用的基于相似理论的次网格非均匀地表通量参数化方法——Mosaic方法提出了改进思路。     

一次热对流降水成因的分析和模拟

夏季受西太平洋副热带高压控制的中国大陆地区常发生热对流降水.文中首先利用TRMM卫星观测资料、地面自动站地表温度观测资料和NCEP资料分析了热对流降水的特征及其产生的背景条件;利用区域平均的水汽方程诊断了地表蒸发、水汽平流和水汽通量辐合项的贡献,分析了降水的水汽来源;进一步利用AREM区域数值预报模式,设计了4个敏感性试验,研究了陆气感热、潜热通量对降水的贡献.结果表明,在副热带高压控制的地区,白天强烈的非均匀地表感热加热可导致低层热空气块突破环境下沉气流而上升,周围空气补充形成辐合运动.低层空气的辐合上升既可引起水汽的汇聚,又可把低层的水汽输送到高层.同时非均匀陆面特征造成的非均匀感热和潜热通量的共同作用增强了大气的位势不稳定度,触发了对流,但感热通量对热对流降水的贡献比潜热通量略大.热对流降水的水汽除部分来自地表蒸发外,另一部分来自低层的水平通量辐合.定量计算表明二者对大气可降水量的贡献基本相当,而平流水汽的贡献很小.     

LAS在西北干旱区荒漠均匀下垫面的观测研究

利用“古浪非均匀近地层观测试验”的仪器平行对比观测部分试验数据,首先分析荒漠均匀下垫面大孔径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer,LAS)光径线上等间距架设的4台涡动相关仪(Eddy Covariance System,EC)观测的摩擦速度和感热通量的一致性.然后,基于4种不同下垫面建立稳定度普适函数分析,利用4台EC观测摩擦速度平均值,计算了LAS观测区域的感热通量,进而比较了LAS和EC两者观测值的差异.结果表明,4台EC观测的摩擦速度与感热通量一致性好,摩擦速度的差别＜10％,感热通量的差别在10％左右.4种稳定度普适函数计算的LAS区域感热通量在白天、夜晚与EC观测平均值变化趋势一致,但计算值偏大;TAG (Thiermann and Grassl)稳定度普适函数计算值与EC观测平均值较接近.其主要原因除不同下垫面试验所得稳定度普适函数的差异外,Kipp&Zonen LAS所测感热通量的系统性偏高不可忽视.     

南极近地层大气的热量逆梯度输送现象

根据南极中山站观测结果 ,分析了南极地区近地层热量逆梯度输送的现象。结果表明南极地区在近地层逆温较明显时 ,常会出现热量逆梯度输送的现象 ;同时也探讨了近地层在稳定层结条件下 ,热量逆梯度输送通量的多尺度计算方法。计算结果表明 ,逆梯度输送的感热通量主要是由浮力湍涡的穿越能力决定的 ,而经典的梯度输送公式在该场合下无法使用。     

黑河实验区非均匀地表能量通量的数值模拟

利用三维非静力RAMS模拟研究了黑河实验区非均匀地表能量通量，模拟结果表明：绿洲地表净辐射通量较沙漠戈壁大；绿洲及沙漠戈壁下垫面上的Bowen比分别为0．4和4．0；夜间绿洲上整晚维持蒸发，并有负感热通量。模拟结果与测站实测结果与卫星反演值的对比研究指出，RAMS对绿洲下垫面潜热通量的模拟和沙漠戈壁下垫面感热通量的模拟与实测值基本一致。卫星遥感反演及数值模拟方法对净辐射的估算与实测较吻合，绿洲地表感热通量的卫星反演值较数值模拟结果更接近于实际，但潜热通量的模拟值则较卫星估算值更接近于实际；沙漠戈壁地表则是感热通量的模拟值较卫星反演值更接近于实际。上述分析为今后结合卫星遥感改进RAMS陆面过程参数化，使使用于模拟研究干旱区非均匀下垫面地气相互作用提供了可靠依据。     

峨眉山地区近地层微气象特征研究

基于2019年12月至2020年11月峨眉山站梯度塔资料、辐射观测资料和地表通量资料,采用涡动相关法对峨眉山地区近地层的地表通量和蒸散发量的变化进行分析,并估算了零平面位移、空气动力粗糙度、空气热力粗糙度、动量通量输送系数和感热通量输送系数等重要的空气动力学和热力学参数.研究表明:近地面风速呈现高层高、低层低的特征,且...     

张掖绿洲—荒漠区域近地层微气象与水热交换特征

利用张掖2012年5-9月"非均匀下垫面地表蒸散发的多尺度观测试验:通量观测矩阵"数据,结合同步观测的航空和卫星遥感图像,分析了绿洲-荒漠区域近地层气象要素、辐射和能量收支特征。结果表明:(1)相对于荒漠,绿洲表现出冷、湿、风屏、增雨等"绿洲效应"。在不同的天气背景下,绿洲与荒漠及绿洲内不同田块之间存在不同尺度的相互作用过程;平流发生时,绿洲近地层出现逆温,且湿度上升,临近戈壁的近地层湿度也上升;绿洲灌溉后气温达峰值的时间滞后;在大风天,绿洲、荒漠的风向比较一致,而小风天则受到局地环流影响,绿洲内、外风向不一致。绿洲降水量大于荒漠。绿洲土壤水分明显大于荒漠,且绿洲为灌溉控制型,荒漠为降水控制型。(2)绿洲与荒漠的太阳总辐射一致;绿洲的大气逆辐射稍大;荒漠地表反射辐射和地表长波辐射明显偏大,净辐射则偏小。(3)绿洲潜热通量远大于荒漠,土壤热通量和感热通量小于荒漠;绿洲的能量输送以潜热通量为主;荒漠以感热通量为主。晴天下午绿洲经常出现感热通量为负,潜热通量超过净辐射的现象-平流/局地环流。由于风场以及绿洲-荒漠水热条件差异程度不同,绿洲不同站点平流出现的时间及强度不同。     

Concentration of Peroxides and Formaldehyde in Air and Rain and Gas-Rain Partitioning

Rain and air of Florence have been collected in a continuous way andanalysed by flow analysis spectrofluorimetric methods for formaldehydeand hydrogen peroxide. Diurnal and seasonal variations were observed;the mean/maximum concentrations of all data (as gm^–3) are 3.3/23.4 for HCHO and 0.4/4.93 forH₂O₂. The effect of external sources and ofphotochemical reactions produces periods of positive and negativecorrelations for these compounds. The mean/maximum rain concentration ofall data are 98/443 g l^–1 for HCHO and 84/685 g l^–1 for H₂O₂. Concentrationratios rain/air and discrepancies to Henry's Law equilibrium arediscussed.     

雷电监测预警系统的原理及应用

本文讨论了有关雷电的基本知识，列举了目前存在的各种雷电定位方法，分析了雷电定位的几个过程。对近期引进VAISALA公司的SAFIR3000型雷电监测预警系统采用的探测原理做了分析，并总结了这套探测系统采用的VHF干涉测量原理特点及不足之处。     

“经济大国能源与气候论坛”进展及前景展望

"经济大国能源与气候论坛"在推动全球主要国家就应对气候变化主要议题达成一致方面取得了进展,已初步显示出其作为联合国气候谈判晴雨表的特征。该论坛的实质是主要发达国家为转移减排责任和压力,降低减排成本,绑架主要发展中国家在全球应对气候变化领域实施的集体强权政治。论坛的核心目标在于推动全球量化减排,目的是借全球量化减排,营造低碳和气候友好技术的广大市场,使得具有技术优势的这些经济大国拥有新的主导全球经济的力量。我国应坚持"共同但有区别的责任"原则,联合与会发展中国家强调气候变化的历史责任,反对为全球温室气体排放设限等不公平提议,团结广大发展中国家,同时抓住论坛力推低碳经济和低碳技术发展的机遇,使我国站在全球新一轮技术革命的前沿。     

雾与能见度数值预报诊断SW方案和FSL方案改进的研究及评估

为了提高雾与能见度的预报水平,对业务上常用的两种能见度诊断方案,即Stoelinga and Warner（SW）方案与Forecast Systems Laboratory（FSL）方案的改进进行预报试验,SW方案基于Gultepe方案考虑了液态水粒子数浓度对能见度的影响,FSL改进方案中利用了递减平均法对公式中用到的温度与露点温度进行订正,并用其重新计算公式中的相对湿度。基于山东省气象科学研究所逐时更新循环（hourly update cycle,HUC）业务模式输出结果,从2015—2016年选取10次雾天气过程,并详细分析了2015年11月13—14日这次雾天气过程的预报结果,比较了改进前后各方案对雾与能见度的预报效果,结果显示：在模式预报的雨水含量占总液态含水量比例较大的预报时效,改进后的SW方案对雾与能见度预报效果优于原始方案,在模式预报液态含水量接近0的预报时效,改进前后的SW方案对雾与能见度的预报效果相当;利用订正的温度与露点温度重新计算相对湿度,其平均绝对误差（mean absolute error,MAE）降低明显的预报时段,改进后的FSL方案对雾与能见度的预报效果大大提升。将两种改进后的方案相融合并进行预报试验,结果显示,综合对能见度与雾的预报效果,Combined Visibility（CVIS）方案要优于其他两种改进方案。     

广西春夏季旱涝的等级划分及时空分布特征分析

利用广西80多个站点1961～2006年的逐月降水资料,采用Z指数定义方法,对广西春夏季的旱涝进行等级划分.利用经验正交函数(EOF)分析方法对春夏季旱涝等级的时空分布进行研究,给出了四个旱涝典型场的分布特征.分析结果表明:全区性偏涝或偏旱是春夏季早涝分布的最主要型态;春季和夏季的前4种分布形态都通过了显著性检验,两个季度的第一、第二分布形态都是全区一致型和南北反向型;春季近5年时间系数多为正值,说明近年来全区春季表现为偏旱;1990年以后,夏季第一特征向量时间系数只有3年为正值,其余均为负值,说明近16年广西夏季降水较多,以偏涝为主,年代际变化也较明显.     

Mapping and modelling trade-offs and synergies between grazing intensity and ecosystem services in rangelands using global-scale datasets and models

Vast areas of rangelands across the world are grazed with increasing intensity, but interactions between livestock production, biodiversity and other ecosystem services are poorly studied. This study explicitly determines trade-offs and synergies between ecosystem services and livestock grazing intensity on rangelands. Grazing intensity and its effects on forage utilization by livestock, carbon sequestration, erosion prevention and biodiversity are quantified and mapped, using global datasets and models. Results show that on average 4% of the biomass produced annually is consumed by livestock. On average, erosion prevention is 10% lower in areas with a high grazing intensity compared to areas with a low grazing intensity, whereas carbon emissions are more than four times higher under high grazing intensity compared to low grazing intensity. Rangelands with the highest grazing intensity are located in the Sahel, Pakistan, West India, Middle East, North Africa and parts of Brazil. These high grazing intensities result in carbon emissions, low biodiversity values, low capacity for erosion prevention and unsustainable forage utilization. Although the applied models simplify the processes of ecosystem service supply, our study provides a global overview of the consequences of grazing for biodiversity and ecosystem services. The expected increasing future demand for livestock products likely increase pressures on rangelands. Global-scale models can help to identify targets and target areas for international policies aiming at sustainable future use of these rangelands.     

Henry's law and the behavior of weak acids and bases in fog and cloud

Experimental data from two field experiments on ground based clouds were used to study the distribution of formic acid, acetic acid, ammonia and S(IV) species between liquid and gas phase. The ratio of the concentrations of these compounds between the phases during concurrent measurements was compared to ratios expected according to Henry's law (considering the pH influence). Large discrepancies of several orders of magnitude were seen. Three hypotheses have been investigated to explain the observed discrepancies: The existence of a microscale equilibrium which does not persist in a bulk sample, a thermodynamic shift of the equilibrium due to competing reactions, and nonequilibrium conditions due to mass transfer limitations. Approximate quantitative calculations show that none of these hypotheses is sufficient to explain all of the discrepancies, so a combination of different effects seems to be responsible for this observation. The same theoretical considerations also suggest that mass transfer limitation may be an important factor for highly soluble compounds. The data presented here indicates that it is not possible to simply extrapolate interstitial gas phase composition from measured bulk liquid phase concentrations of a fog or cloud.Notation [r _max] liquid phase molar uptake rate (mol l^–1 s^–1) - [A _g ] concentration ofA in gas phase (atm) - [A _l ] concentration ofA in liquid phase (mol l^–1) - [A _g , 0] concentration ofA in gas phase (atm) at time 0 - LWC liquid water content (g m^–3) - R universal gas constant (0.082 l atm mol^–1 K^–1 - D _g diffusivity (for all gases 0.1 cm² s^–1 was used) - K _H ^* effective Henry's law coefficient (mol l^–1 atm^–1) - t _f lifetime of fog droplet (s) - a droplet radius (cm) - accommodation coefficient - R factor of discrepancy - T temperature (K) - v mean molecular speed (cm s^–1) formic acid: 35 000 acetic acid: 31 000 ammonia: 58 000     

农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究

由中国气象科学研究院主持，江苏农业科学院、广东气候应用研究所、吉林气象科学研究所、国家气候中心科研人员参加的“十五”国家科技攻关项目“农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究”13课题“农业气象灾害预警技术研究”经过近3年的研究取得了大量成果，并于2003年12月顺利通过农业部项目办公室组织的专家验收，得到专家一致好评。     

从气旋和反气旋谈正、负阻尼

在定常条件下,利用简化的大气运动控制方程,分析了气旋与反气旋的基本特征。在此基础上,利用常微分方程的定性分析与求解,获得了气旋和反气旋轨道的解析解。接合气旋与反气旋的基本特征,论证了正负阻尼在气旋和反气旋运动中具体体现,并从物理机理上说明产生气旋和反气旋运动中正负阻尼的差异在于水平辐合在低层的不同。     

农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究

1农业气象灾害预警技术研究 2002年是"十五"国家科技攻关计划项目"农林重大病虫害和农业气象灾害的预警及控制技术研究"之第13课题(编号:2001BA509B13)实质性研究的一年,在收集资料、田间试验和模型研制等方面取得了较好的阶段性进展.年内广泛收集了环流、海温、气候及田间试验等各类资料.开展了干旱对小麦影响盆栽试验和油菜盆栽淹水试验,并在荔枝和香蕉园建立自动气象站,进行小气候观测.初步研制出4种灾害的长期统计预测模型和华南寒害短期数值天气预报模式,建立了基于东北玉米、华北小麦和夏玉米以及江淮小麦、油菜生长过程的动态模拟模式,探讨了实现作物模型区域化的方法,开展了区域气候模式与东北下垫面嵌套,生成作物模式所需预报值的方法试验.