近60年西安日照时数变化特征及其影响因子分析

利用常规气象观测资料和MODIS卫星C5气溶胶产品,分析了近60年西安日照时数变化特征及其相关影响因子。结果表明,西安日照时数在1981-2001年之间存在明显的下降趋势,以春、夏季日照时数下降最为明显,秋、冬季次之。渭南、华县的日照时数变化表明,西安及其以东地区的日照时数存在区域性下降,且3个城市的日照时数下降百分率存在明显的相关性。而华山(海拔2064.9m)的日照时数在近几十年中并未出现明显的增加或减少趋势,因此,影响西安及其东部日照时数下降的原因很可能位于近地面2km以下。通过分析气溶胶光学厚度、总云量、低云量和降水量的变化,发现关中东部地区的气溶胶光学厚度明显高于西部地区,高浓度的气溶胶并未导致西安、渭南、华县3个城市的总云量、低云量和降水量的增加,相反云量和降水量均呈现弱的区域性下降趋势。因此,西安及其以东地区日照时数的区域性下降不是气溶胶的间接效应引起的,很可能是在地形和盛行风向的共同作用下导致气溶胶在关中东部地区堆积而产生的直接辐射效应所致。     

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。     

我国南方中东部地区地面太阳总辐射变化规律

为进一步探讨我国地面太阳辐射的变化规律及其原因,选择我国南方中东部地区,利用该区域1961—2007年33个站点的地面太阳总辐射资料,结合云量、大气水汽含量和能见度等观测资料,综合研究该区域地面太阳总辐射的变化规律及其原因。结果表明:1961—1989年,我国南方中东部地区地面太阳总辐射呈下降趋势,之后发生逆转,1995年后其变化趋于缓和,1961—2007年总体呈现变暗—变亮—变缓的趋势。究其原因,该区域云量平均值由峰入谷、云量下降速率由快变慢可能是产生此变化趋势的原因之一;其次,20世纪80年代到21世纪初,气溶胶光学厚度上升趋势减缓,气溶胶地面辐射强迫变化趋于缓和,某些区域甚至出现下降,也导致部分站点地面太阳总辐射由暗变亮。     

近几十年青藏高原与华北地区地表太阳辐射变化特征及其影响因素的对比分析

地表太阳总辐射具有较大的时空变化特征,不同地区的影响因素也存在显著差异。本文利用1961—2016年青藏高原与华北地区的地表太阳总辐射资料,在进行严格的质量控制和均一化处理的基础上,深入分析了两个地区总辐射的年际变化趋势,同时结合云量和气溶胶光学厚度观测资料,探讨了两个地区总辐射变化的影响因素。结果表明:(1)1961—2016年青藏高原和华北地区总辐射总体呈下降趋势,但2008年后青藏高原西部和东部地区总辐射变化趋势相反,而华北地区站点总辐射均呈上升趋势。(2)青藏高原西部地区总辐射的下降主要受到云量变化的影响,而东部地区低云量和气溶胶的下降是总辐射上升的重要原因。(3)在2006—2016年,华北地区总辐射的变化受气溶胶的影响更加显著。     

华东三市能见度、气溶胶和太阳辐射变化特征

利用南京、杭州和合肥3个台站1961-2001年能见度和水汽压资料,反演3个城市0.55 μm气溶胶光学厚度(AOD),并据此分析了这3个城市的能见度和气溶胶光学厚度的变化特征;利用太阳辐射资料分析太阳辐射变化特征,并与气溶胶光学厚度变化特征作对比.结果表明,在1961-2001年间,这3个城市的能见度呈现明显下降的趋势,南京和杭州下降最快,合肥下降较慢,并且具有明显的季节性差异,夏季最大,冬季最小.气溶胶光学厚度则呈现上升趋势,增加最快的是南京,最慢的是合肥.按季节划分来看,春夏较高,秋冬较低.1990年之前,这3个地区的总辐射和直接辐射都呈现明显的下降趋势,散射辐射的变化趋势不显著,而1990年后,南京与合肥的总辐射略有回升.辐射季节总量按由多到少依次是夏季、春季、秋季和冬季.气溶胶光学厚度与直接辐射间有较好的负相关性.     

成都市太阳辐射时间变化特征及对气候因子的影响

基于成都市1991至2020 年太阳总辐射、直接辐射、散射辐射、气温、蒸发、日照时数等气象资料,采用线性趋势、Maan-KendaⅡ等方法研究太阳辐射的年、月、日变化特征,以及太阳总辐射的变化对气温、蒸发等气候因子的影响。结果表明：太阳总辐射、直接辐射逐年增多趋势明显,线性倾向率分别为29.69、20.25 MJ·m-2/a;太阳总辐射2010 年出现突变,突变年后较突变年前年平均太阳总辐射增多497.22 MJ·m-2。散射系数呈逐年减小趋势,线性倾向率为每10 年减少0.6。太阳总辐射与气温、蒸发、日照时数呈正相关,均通过显著性检验。太阳总辐射每增加10 MJ·m-2/a,年平均气温升高0.006℃,日照时数增加1.7 h,蒸发量增大1.2 mm。对太阳辐射增加的原因分析,人类活动造成的气溶胶含量减少可能是太阳辐射增加的一个原因。     

近50年来鄂尔多斯地面太阳辐射的变化及与相关气象要素的联系

根据部分气象台站1961-2006年期间的观测资料, 分析了鄂尔多斯高原地面太阳辐射的年变化和年际变化特征, 也联系该地区云量、 降雨日数、 能见度、 沙尘暴日数和相对湿度等相关气象要素的资料的变化, 分析了该地区太阳辐射变化的可能原因以及这些变化对该地区太阳能资源利用的影响。结果表明： 鄂尔多斯高原地面太阳辐射的年变化与该地区天文辐射的变化基本一致, 夏季的云量对太阳辐射的削弱作用最强, 春季的沙尘气溶胶和较多的中高云量使该地区散射辐射的比例明显增加, 而直接辐射的比例明显减少; 近46年鄂尔多斯高原的地面太阳辐射量和直射比均呈总体减少的趋势, 但在1992年以后略微增加\.因太阳辐射变化的原因十分复杂, 进一步更深入的研究是需要的。     

四川盆地秋季气溶胶与云的相关分析

通过对再分析资料总气溶胶光学厚度(total aerosol optical depth,AOD)和低云云量(low cloud cover,LCC)的分析,结果表明:四川盆地秋季气溶胶与云的分布和变化主要是以全区域的一致变化,和以成都、重庆为中心的双支结构为主。气溶胶分布为双支结构时的变化更容易引起云量变化,持续时间不超过两天;气溶胶对云的影响还与二者的分布时间有关,二者高值出现的时间相近(10月),气溶胶会使高云量增加,反之使低云量增加高云量减少(9月)。      

1980—2009年中国大陆中东部气溶胶-云-辐射变化及其关系

基于中国大陆中东部484个气象站1980—2009年日照时数、总云量、能见度数据,按区域分析了地表太阳辐射长期变化特征及云量和气溶胶对辐射变化的可能影响,深入理解地表太阳辐射变化趋势成因。中国大陆中东部地区地表太阳辐射呈下降趋势（-0.7 Wm-2/10a）。从季节变化分析,下降趋势主要集中于夏季（-2.7 Wm-2/10a）;从区域分析,下降幅度最大的为华北地区（-3.9 Wm-2/10a）,该区云量不明显上升、能见度明显下降,且地表太阳辐射与云量低频部分相关系数（年代际变率）约-0.25,与气溶胶低频部分相关系数达-0.87,以此推测华北地区地表辐射的长期变化是气溶胶与总云量共同作用的结果。华南地区春季辐射上升（4.2 Wm-2/10a）则归因于总云量的下降（-2.1%/10a）。地表太阳辐射与总云量高频部分的相关系数（年际变率）达到-0.85以上,表明地表太阳辐射的年际短期变率主要贡献是来自于总云量的年际变化。     

南宁太阳总辐射长期变化特征

利用南宁气象站1961-2009年太阳辐射观测资料,运用线性倾向估计、M-K突变检验等方法对近49年来太阳辐射变化的主要特征进行了分析。结果表明,近49年来年太阳总辐射呈弱下降趋势,下降突变点为1964年,线性下降速率为28.9 (MJ/m²) /10a,其中下降主要发生在1961-1992年,1993年后显著增加;春、秋和冬季太阳总辐射变化趋势和全年相似,夏季则呈弱增加趋势。分析表明,总云量和表征气溶胶多少的能见度是影响太阳总辐射变化的主要气象因子。     

临安与龙凤山辐射数据质量及初步结果比较

采用国际通用的辐射数据质量评估方法对2005—2011年浙江临安、黑龙江龙凤山两个区域大气本底站辐射观测资料进行质量评估与比较分析。结果表明:两站辐射数据通过物理可能限制检验与极端罕见限制检验的百分比均超过99.5%,但通过相关要素比较限制检验的百分比上,临安与龙凤山站分别降至97.9%与95.9%;双轴定位追踪太阳出现偏差是造成直接辐射与散射辐射数据精度降低的主要原因。CM21表的热偏移在-5 W·m-2以内,而其进行热偏移订正可以显著提高数据的通过率。对应同一太阳天顶角,临安站晴空总辐射与直接辐射均低于龙凤山站,散射辐射则相反,其原因是临安的大气透明系数较低,大气浑浊度较高。2006—2011年,临安站的大气向下长波辐射呈下降趋势,达到了0.01的显著性水平,且其多年平均值 (363.7±59.3 W·m-2) 显著高于龙凤山站 (274.9±77.6 W·m-2);龙凤山站晴空太阳总辐射呈增加趋势,达到了0.1的显著性水平。     

沙尘气溶胶对云和降水影响的模拟研究

采用二维分档云模式,对比背景大气气溶胶分布,讨论了扬沙和沙尘暴天气条件下矿物气溶胶对云微物理结构、光学特性以及降水形成的影响.结果表明:扬沙和沙尘暴天气增加大气中大核和巨核的浓度,促进云中水汽的活化,使降水提前出现,暖云和冷云降水量均大幅增加,但可忽略巨核增加对云光学厚度和反照率的作用;当矿物沙尘粒子同时作为有效的云凝结核和冰核参与云的发展时,冰核浓度增加使水成物有效半径减小,抑制了暖云和冷云降水,云内存留的大量冰晶增强云的光学厚度和反照率.     

东亚夏季气溶胶—云—降水分布特征及其相互影响的资料分析

东亚季风气候受到自然因素和人类活动的共同影响,而人类活动因子中气溶胶的作用尤为关键,采用诊断分析的手段研究东亚地区气溶胶的特征及其与云和降水的相互关系具有重要的科学意义。本文利用MODIS(moderate-resolution imaging spectroradiometer)气溶胶和云资料以及TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)降水数据,分析了东亚夏季气溶胶、云、降水的时空分布特征,研究了气溶胶与云和降水的相互关系。结果表明:中国四个典型地区(珠三角、长三角、四川盆地、京津唐)2001～2011年夏季(6～8月)平均气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth, AOD)变化范围为0.40～0.68,云光学厚度平均值为18.7～23.6,水云云滴有效粒子半径在20.2～25.6 μm,冰云有效粒子半径在12.9～15.3 μm,云水路径为222.2～243.8 g m-2,降水强度平均值3.6～8.6 mm d-1;珠三角气溶胶光学厚度有显著降低趋势,年倾向为-3.31%,四川盆地云滴有效粒子半径(冰云、水云)和云水路径年变化趋势为-0.42%、-0.49%和-1.26%,京津唐夏季降水量年增幅为3.24%。气溶胶光学厚度和云光学厚度呈正相关,相关系数最大为0.77;在相对湿度较低(30%～50%)情况下,气溶胶光学厚度与云滴有效粒子半径呈负相关;气溶胶光学厚度与云水路径呈正相关,相关系数最大为0.92;相对于低污染情况(AOD<0.5),高污染情况(AOD>0.5)下出现大雨(>10 mm d-1)的频率增加了6.6%～19.1%,小雨(<1 mm d-1)的频率减少了0.72%～7.3%。在水汽含量较少的情况下,气溶胶的增加导致云滴有效粒子半径的减少;气溶胶增强了南方地区的对流性降水,抑制了北方地区层云降水。     

环杭州湾地区自然植被净初级生产力的变化特征及其成因

利用1971—2006年环杭州湾地区25个气象站的降水、温度和云量资料及全球CO2年平均体积分数资料,采用LPJ全球动态植被模式（Lund-Potsdam-Jena Dynamic Global Vegetation Model）,通过模拟环杭州湾地区的植被年净初级生产力（Annual Net Primary Productivity,ANPP）,分析了该地区ANPP的变化特征,并探讨了植被ANPP变化的可能原因。结果表明：1）就环杭州湾地区,36a间植被ANPP均表现出不同程度的增加,尤其以嘉兴市北部、绍兴市东部较明显;全区平均增加速率为1.5243g·m-2·a-2;2）通过多元线性回归分析发现,环杭州湾地区平均云量与植被ANPP的关系最为密切,偏相关系数为-0.5175,而温度、降水与植被ANPP的关系不明显;同时,植被ANPP对气候变化的响应存在一定的地域性差异;3）在全区平均情况下,36a间由温度下降、降水增加、云量减小、CO2体积分数升高引起的植被ANPP变化趋势分别为-0.0813、-0.0171、0.7601、0.8673g·m-2·a-2,其对应的贡献率分别为-5.18%、-1.09%、48.38%、55.21%。由此可见,该地区植被ANPP变化的主要强迫因子是CO2体积分数和云量,而降水变化对植被ANNP的变化作用不大。     

近50年我国西部地区气象要素的变化特征

利用1951-2000年全国194站地面观测资料和高空观测资料,对近50年我国西部地区的气候变化特征进行分析。结果表明:从20世纪70年代开始,我国西部地区年平均气温呈上升趋势,其中河套区和新疆区气温上升最为明显,其次为青藏高原区和河西区,西南区气温增幅最不明显,地表温度变化与气温的变化基本同步,但地温变化要比气温变化更加剧烈一些。西南区的地温从70年代中期开始回升,但始终未达到50年代初期的水平,因此从线性变化上表现为下降趋势。西部地区除了河套区外,其他4个区的年平均降水量均增加,增加最明显的是新疆区和青藏高原区。我国整个西部地区年平均总云量和低云量均呈线性减少趋势,减少最明显的是西南区和河套区。在辐射变化上,我国西部总辐射呈减少趋势,青藏高原区减少最多;西南区的散射辐射呈增加趋势,其他4个区减少,其中新疆区和青藏高原区散射辐射减幅明显。散射辐射的大小与天空中云量和气溶胶含量的多少成正比,西南区散射辐射呈增加趋势,而总云量和低云量呈下降趋势,可以推测是气溶胶含量增加导致了散射辐射的增加。     

云南省积层混合云微物理特征飞机观测

2017-2020年利用运-12和空中国王-E350飞机搭载的国产云粒子测量设备在云南开展了 76架次积层混合云观测,数据分析表明:云南的云粒子数浓度远高于华北地区,云粒子(直径为2～50 μm)数浓度平均值为339.7 cm-3,最大值为1067.6 cm-3,平均含水量为0.181 g·m-3,最大值为2.827 ...     

Turbulence Effects on Precipitation and Cloud Radiative Properties in Shallow Cumulus: an Investigation Using the WRF-LES Model Coupled with Bin Microphysics

Using the large-eddy simulation version of the Weather Research and Forecasting (WRF) model coupled with a detailed bin microphysics scheme, the effects of turbulence-induced collision enhancement (TICE) on precipitation and cloud radiative properties in shallow cumulus are investigated. Similar to previous studies, the enhanced droplet collision results in an increase in rainwater content and surface precipitation amount. However, under low aerosol number concentration, the relative frequency of large surface precipitation amount is decreased mainly due to the decreased condensation amount. Due to TICE, the mean drop size increases and the drop number concentration decreases, which results in a decrease in evaporation and hence increasing cloud fraction. However, these changes induce a decrease in cloud optical thickness which largely offsets the increased cloud fraction when the domain-averaged albedo is calculated. Similarly, a decrease in cloud top height caused by the decreased in-cloud vertical velocity largely offsets the increased cloud fraction when the domain-averaged outgoing longwave radiation is calculated. Therefore, the effects of TICE on cloud radiative properties in shallow cumulus do not appear prominently. In addition, TICE results in a decrease in the shear production of turbulent kinetic energy, which indicates that TICE acts to produce a negative feedback.     

北京一次污染过程气溶胶光学特性及辐射效应

利用地面激光雷达、太阳光度计观测反演气溶胶光学特性参数,结合PM_2.5观测数据,分析了2018年1月25—28日北京一次完整污染过程中气溶胶光学特性变化。基于观测数据,利用短波辐射传输模式计算了不同程度污染日,晴空背景下气溶胶对辐射加热率的改变程度。结果表明:清洁日（25日）,PM_2.5日平均质量浓度为19.00 μg·m-3,440 nm气溶胶光学厚度为0.13,单次散射反照率为0.87,整层气溶胶消光系数低于0.10 km-1,短波辐射均为增温效应;污染期间（26—27日）,PM_2.5日平均质量浓度为83.21 μg·m-3,气溶胶光学厚度为2.48,气溶胶散射能力增强,单次散射反照率达到0.94,气溶胶主要消光层厚度提升至3.00 km高度,消光系数平均值为0.43 km-1,气溶胶在垂直方向的变化导致气溶胶中上层（1.50~3.00 km高度）加热作用强烈,短波辐射加热率平均值达到13.89 K·d-1,而低层（1.50 km高度以内）加热作用较弱,加热率平均值仅为0.99 K·d-1。气溶胶散射能力增强导致加热作用减弱,污染日加热率对于气溶胶散射能力变化更敏感。     

夏季西藏4个站点大气向下长波辐射观测分析

对2011—2016年部分夏季时段分别在西藏那曲、拉萨、林芝和阿里观测的大气向下长波辐射（L_↓）进行分析,结果显示:L_↓具有明显的日变化,最大值出现在北京时间15:00前后,而最低值出现在凌晨至10:00,日平均值林芝最高（368 W·m-2）,其次是拉萨（319 W·m-2）、阿里（305 W·m-2）和那曲（299 W·m-2）。晴天L_↓ ?ngstr?m（1915）的经验公式最适合林芝,而Konzelmann（1994）的公式则适合那曲、拉萨和阿里;随着人工观测总云量的增加,L_↓增强趋势明显,满云（云量7~10成）情形4个站点云增强效应均从20 W·m-2上升至50 W·m-2以上,低云量对L_↓的增强效应明显高于总云量。云份额数（C_F）上升所对应天顶方向平均云底高度下降,但云增强效应上升。在晴天（C_F为-5%~5%、平均云底高度大于4 km）时,云增强效应仅为5 W·m-2左右（林芝接近20 W·m-2）,但当C_F为90%以上（云底高度小于3.5 km）时,云增强效应则上升到60 W·m-2（林芝接近50 W·m-2）。固定云底高度,C_F与L_↓云增强效应呈显著相关（r2为0.91~0.97）,远高于云底高度与L_↓云增强效应的相关（r2为0.32~0.58）。     

基于MODIS资料内蒙古气溶胶光学厚度反演分析

文章利用国家卫星气象中心引进的以暗像元特性为基础的气溶胶光学厚度反演软件,对内蒙古地区2009年12月至2010年12月的EOS/MODIS气象卫星资料进行反演,计算0.55μm气溶胶光学厚度,并提取119个气象台站气溶胶光学厚度值按盟市进行月平均、年平均值统计分析,寻找气溶胶光学厚度的空间分布特征和时间变化规律。结果表明:(1)内蒙古地区气溶胶光学厚度存在非常明显的空间分布特征,最高值区主要集中在中部和西部地区,东部的大部地区基本没有最高值出现。(2)内蒙古地区气溶胶光学厚度存在明显的时间变化规律。从1月份逐渐增加,到6月和7月份达到全年最大值,再逐渐降低趋势;春季和夏季最大,而秋季和冬季最小,夏季>春季>秋季>冬季。