基于DPS和GPS的南极中山站电离层TEC比较研究

基于南极中山站数字式电离层测高仪DPS-4D和GPS-TEC电离层闪烁监测仪的观测数据,比较研究了两者在2013年所得电离层总电子含量(TEC)随太阳辐射和地磁活动的日变化和季节变化特征。比较结果表明,南极中山站上空电离层TEC存在明显的极区电离层变化特性,这种变化特性大体与太阳辐射成正相关关系,而与地磁活动成负相关。尽管电离层TEC变化具有明显的晨昏不对称性,但都能有效地被DPS-4D和GPS TEC监测仪的数据计算获得,且两者相关系数达到0.86。结合中山站所处的极区电离层位置,考虑太阳辐射电离和地磁活动影响下的极区电离层对流以及中性大气成分改变,初步分析了DPS和GPS所得TEC结果有所差异的原因。     

南极拉斯曼丘陵地区紫外辐射的特征

本文对南极拉斯曼丘陵地区１９９３年２月～１９９４年１２月的紫外辐射和总辐射资料进行了初步分析。结果表明该地区地表接收到的太阳辐射能主要集中在暖季（１０～２月），紫外辐射和总辐射分别占年总量的８７％和８６％。极昼期间辐射通量特别强，紫外辐射和总辐射１１～１月的平均强度超过青藏高原和北极圈附近地区夏季（６～８月）的平均强度。南极春季（９～１０月）臭氧洞期间，臭氧减少不但对紫外辐射Ｂ波段有显著的增加作用，对紫外辐射和总辐射也有一定的作用，紫外辐射和总辐射与斜程柱臭氧总量都呈对数关系。     

南极拉斯曼丘陵地区紫外辐射的特征

本文对南极拉斯曼丘陵地区１９９３年２－１９９４年１２月的紫外辐射和总辐射资料进行了初步分析。结果表明该地区地表接收到的太阳辐射能主要集中在暖季，紫外辐射和总辐分别占年总量的８７％和８６％。极昼期间辐射通量特别强，紫外辐射和总辐射１１－１月的平均强度超过青藏高原和北极圈附近地区夏季的平均强度。     

南北极冬季F2层电离层特性对比研究

利用南极中山站和北极Tromso站1996、1997、1998及2002年的测高仪观测数据,对中山站(6月份)和Tromso站(12月份)上空冬季foF2的日变化特性进行了对比研究,结合数值模拟结果,分析了中山站和Tromso站F2层电离层的极区特征,进一步揭示了极区电离层特征的形成机理。结果表明,中山站和Tromso站虽然地理纬度接近,foF2日变化形成机理不完全相同。由于地磁纬度的差异,极区对流与日侧光致电离的相互作用造成了两站日侧电离层的不同变化形态,中山站foF2日变化主峰出现在磁地方时中午附近,而Tromso站foF2日变化主峰出现在地方时正午附近;两站日侧foF2受太阳辐射流量影响较大,极光沉降粒子电离在太阳活动低年对中山站foF2日变化形态影响显著。     

哀牢山亚热带常绿阔叶林林区太阳辐射特征

利用中国科学院西双版纳热带植物园哀牢山森林生态系统研究站林外自动气象站2005-02到2007-12的辐射观测数据,对哀牢山北部山顶亚热带常绿阔叶林林区的太阳辐射平衡各分量的年、季节和日变化特征进行了分析,得出哀牢山林区太阳辐射年总辐射为5 146.4 MJ/(m2·a),干季的太阳总辐射量(2 764.7 MJ/m2)占全年总量的53.7%,雨季的太阳总辐射量(2 381.7 MJ/m2)占全年总量的46.3%.各辐射分量年值占总辐射年值的百分率为净辐射41.3%,反射辐射21.O%,有效辐射37.7%.太阳辐射各分量占太阳总辐射的比率在不同的季节由于天气状况和大气中含水量的不同存在一定的差异,反射辐射和有效辐射的分配率均是干季大于雨季,净辐射的分配率则是雨季大于干季.从全年来看,净辐射分配率的变幅最大(31.1%～51.9%),有效辐射次之(28.6%～48.6%),反射辐射最小(18.4%~24.2%);从分配率的日变化可知,反射辐射和有效辐射均是清晨和傍晚较高,昼间较小,净辐射则相反,各辐射分量分配率在昼间的变化均较小.不同季节各辐射分量占总辐射的比重不同,干季有效辐射所占比重最大,其次是净辐射,反射辐射最小;雨季净辐射所占比例最大,其次是有效辐射,反射辐射最小.与相近纬度的鼎湖山和鹤山林区相比,哀牢山林区总辐射量高于两地,而年均气温(热量)低于两地,由此可以认为哀牢山林区在较低的气温条件下能分布大面积的中山湿性常绿阔叶林,且生长繁茂、发育良好,较强的太阳辐射应是其重要原因之一.     

呼伦贝尔沙地紫外辐射和太阳总辐射特征

利用呼伦贝尔沙地鄂温克自治旗2019年观测的辐射资料,对该地区的紫外辐射和总辐射进行了初步分析。结果表明：紫外辐射、总辐射年变化位相基本相同,年曝辐量分别为240.33、5 142.41 MJ·m^-2,年均日曝辐量分别为0.66、14.09 MJ·m^-2,紫外辐射年均日曝辐量小于西藏拉萨地区;紫外辐射辐照度和总辐射辐照度最大值出现在6月,分别为50.09、1 075 W·m^-2,最小值出现在12月;紫外辐射和总辐射皆表现为夏季>春季>秋季>冬季;沙尘暴对太阳辐射的减弱作用最明显,分别对紫外辐射和总辐射削减78.46%和76.19%,降雨减弱作用较小;紫外辐射日均曝辐量在总辐射中所占比例集中在3.42%—4.95%,年均值为4.64%,大于塔克拉玛干沙漠肖塘地区。     

塔克拉玛干沙漠塔中与巴丹吉林沙漠拐子湖地表辐射特征对比

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中和巴丹吉林沙漠北缘拐子湖两个陆气通量监测站2013年2月-2014年1月地面辐射观测数据及相应气象资料,对比分析塔中和拐子湖两地的太阳辐射通量和地表反照率差异特征,同时也探究了两地太阳辐射通量和地表反照率与太阳高度角之间的关系。结果表明：（1）塔中和拐子湖两地各辐射通量均呈较为同步的季节变化特征;具有太阳辐射优势的塔中地区因沙尘天气的影响在部分月份地表总辐射小于拐子湖地区;拐子湖由于地表沙粒相对较粗且包含大量透明度较高的石英颗粒,地表反照率和反射辐射均大于塔中地区;两地各辐射通量月平均日变化均呈现出标准倒"U"型结构;（2）拐子湖较粗的地表沙粒导致沙尘天气过后不易形成浮尘,沙尘天气过后各辐射通量恢复至发生之前的状态较塔中地区迅速;（3）两地太阳高度角夏季最大,冬季最小,最大值均可达75°左右,最小值塔中和拐子湖地区分别为45°和40°;各辐射通量随着太阳高度角的升高而增加,地表反照率随之减小,但受多种因素影响各辐射通量最大值并未出现在太阳高度角最大的时候。     

南极长城站和中山站的近期气候变化及其对南极涛动的响应

利用长城和中山站的多种气象观测资料,揭示了南极气候在近15—30年全球气候变化关键时期的最新动态及其对南极涛动变化的响应。结果显示,近15年来,位于南极半岛地区的长城站增暖趋势减缓且有变冷迹象,并伴随气压下降和降水增多的趋势,表明全球增暖停滞期南极半岛经历了与过去几十年长期趋势有所不同的新变化,而位于南极大陆沿海的中山站气象要素变化趋势相对平缓,表明南极半岛和南极大陆气候变化特征存在显著的区域性差异。两站多个气象要素与南极涛动指数显著相关,两站温度与南极涛动相关关系相反等研究事实说明了两站气候与南极涛动及其对应的大气环流区域特征有着密切的联系。     

黄土高原半干旱区陆面温度和能量的气候特征分析

利用黄土高原半干旱区“定西陆面过程综合观测试验站”2004年11月至2005年10月的各种陆面物理量综合资料,比较系统地研究了黄土高原半干旱区土壤温度、降水量、地表反照率、地表辐射分量和能量平衡分量的年变化和日变化特征及其影响机制。结果显示,黄土高原陆面过程特征与其他地区有很大不同。土壤温度变化向下传播速度约为2.5~3.5 h/10cm;地表反照率随土壤湿度的增大而减小,两者的相关系数达到了0.5338;而地表反照率随降雪量增大而增大,与降雪量的相关系数为0.6645;长波辐射年最大值出现的时间比总辐射迟1个月左右,年平均日变化中地表和大气对太阳辐射加热大约需要1个小时的响应时间; 潜热通量夏季是冬季的5倍多,感热通量有了两个比较明显的峰值,潜热通量、感热通量和土壤热通量的日峰值比净辐射滞后30 min~1 h。     

南极春季中山站地区大气臭氧和NO2的变化特性

利用可见／紫外差分吸收光谱学方法，在１９９１年南极臭氧洞期间对中山站地区的大气臭氧和ＮＯ２含量进行了测量。分析结果指出，对中山站地区面言，１９９１年大气臭氧含量的迅速减少开始于８月中旬，到１０月３日达最低值，并很于１０月７日恢复到正常值。     

塔克拉玛干沙漠腹地冬季地面反射光谱特征初探

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中地区冬季453个光谱观测数据,进行了初步的分析探讨,得到了一些新认识,主要有:①碧空条件下,塔中地区沙漠的地面可见光通道反射率约为25.8%,近红外通道反射率约为28.6%;②碧空条件下,沙丘可见光及近红外通道的反射率具有在沙丘各部位,近红外通道的反射率大于可见光通道的反射率,而在沙丘的不同部位间,可见光通道的反射率变化较小,沙丘朝阳坡的可见光及近红外通道的反射率略大于背阴坡;③碧空、昙天、阴天中,可见光与近红外通道的反射率,均是以阴天为最大;④在较晴朗的天气条件下,沙丘的可见光及近红外通道的反射率均随着太阳高度角的增大而减小;⑤霜对沙面可见光及近红外通道的反射率起增加的作用,与无霜时比,可见光通道反射率增大约2.6%,近红外通道的反射率增大约3.5%。     

塔克拉玛干沙漠腹地总辐射变化特征及影响因子分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测站(塔中站)直接探测的总辐射资料,对流动沙漠区近地层总辐射的变化特征及影响因子进行了分析。结果表明:总辐射的连续日变化对天气现象有不同程度的反映,天气现象较少的1月逐日总辐射上下变动的离散度较小,4月最大;1月、4月、8月、10月总辐射的平均日变化曲线皆呈正态分布,与同纬度地区比较,其年变幅较小;总辐射瞬时最大值为1 182.6 W·m-2,未超过太阳常数。总辐射随总云量增多而降低,且其在碧空最大,高、中、低云时逐渐降低,阴天Ci、Ac、Sc和Cb的平均总辐射约比晴天时分别减少5%、27%、51%和59%;沙尘使总辐射降低较为显著,风沙季节总辐射日变化与地面风速日变化对应,且主要受控于湍流作用,最大值出现与热力湍流和地面风力有关。     

夏季不同天气条件下沙漠辐射和能量平衡的对比分析

利用2009 年7 月24 日-9 月12 日“巴丹吉林沙漠陆-气相互作用观测试验”资料,对比分析了典型晴天和阴天下巴丹吉林沙漠地表辐射、能量平衡和土壤温度的日变化规律.结果表明：①巴丹吉林沙漠典型晴天条件下总辐射、地表反射辐射、地表长波辐射、有效辐射、净辐射的峰值和日积分值都比典型阴天条件下大,大气长波辐射比阴天条件下小.两种天气条件下净辐射日积分值占太阳总辐射的1/3.②沙漠地区典型晴天地表反射率呈U型,白天均值为0.32;阴天变化较平缓,均值为0.29.③两种天气条件下地表热量平衡都以感热输送为主,波文比分别为4.55 和1.16.晴天不平衡能量达到净辐射的20%,阴天为30%.④晴天条件下有效能量夜间为负值,白天为正值,阴天全天为正值;湍流能量全天均为正值.能量闭合度(EBR)晴天平均为0.68,阴天为0.76.⑤土壤温度5~10 cm日较差逐渐减小,20、40 cm日变化不明显;5 cm土壤热通量日变化较大,20 cm土壤热通量振幅较小.     

塔克拉玛干沙漠北缘辐射分量特征

利用塔克拉玛干沙漠北缘肖塘自动站2011年直接探测的辐射资料,对该地区辐射状况进行了初步分析。结果表明:短波辐射各个分量的月总量最大值均出现在7月,总辐射瞬时最大值为1 329.6 W·m-2,出现在6月。晴天天气下,辐射分量均为夏季最大,冬季最小,除大气长波辐射外,其他分量均呈现出标准的倒“U”型。大气长波辐射浮尘、扬沙天气时的日总量,均与晴天时一致;而地面长波辐射日总量则是晴天时最大,浮尘天气次之,阴天最小。肖塘地区地表反照率冬季较大,夏季较小,年均值为0.27,比塔克拉玛干沙漠腹地（0.3）低10%,但远高于绿洲和高原。     

RADIATION CLIMATOLOGY: SOME ILLUSTRATIVE CASE STUDIES

A wide range of natural systems are responsive to temporal changes (e.g., diurnal, seasonal) in the flow of radiant heat energy generated by the Sun. The receipt of this energy at the Earth's surface is not simply a function of time, but is also strongly influenced by cloud cover and the orientation of the receiving surface relative to the Sun. While the ultimate objective in radiation climatology is to document and interpret the average radiant energy exchanges, much can be learned from an examination of appropriate instantaneous data (i.e., case studies). This paper provides a number of appropriate examples culled from 7 years of hourly observations of solar radiation incident on horizontal and inclined surfaces, from 4.5 years of data from a 12-station mesoscale network, and from published archives.

The examples show diurnal variations in the total, direct, and reflected short-wave and incoming and outgoing long-wave radiation for clear and overcast skies in both summer and winter; for the four seasons, typical clear sky diurnal variations in the solar energy incident on horizontal and inclined surfaces; and at both the meso and macro scales, the hour-by-hour and day-by-day changes in the attenuation of solar radiation associated with the passage of a frontal synoptic weather system.     

春季晴天与阴天草原辐射和能量平衡特征的一次对比观测

利用2008年3月锡林浩特国家气候观象台通量观测系统获取的资料,对草原初春晴天和阴天地表能量和辐射平衡特征进行了对比。结果显示,初春典型晴天总辐射、反射辐射、向下和向上长波辐射的最大值分别为801 W·m-2、203 W·m-2、197 W·m-2和390 W·m-2;阴天总辐射与反射辐射明显减弱,峰值分别为595 W·m-2、147 W·m-2,向下、向上长波辐射最大值分别为290 W·m-2和182 W·m-2。晴天感热、潜热、土壤热通量和净辐射的日积分值分别是6.58 MJ·m-2·d-1、1.05 MJ·m-2·d-1、-0.25 MJ·m-2·d-1和5.89 MJ·m-2·d-1,阴天感热、潜热、土壤热通量和净辐射的日积分值分别是1.15 MJ·m-2·d-1、0.49 MJ·m-2·d-1、-0.08 MJ·m-2·d-1和1.65 MJ·m-2·d-1。典型晴天地表反照率早晚大,中午最小,最小值为 0.26;而阴天受云的影响,最小值仅为0.22,且日变化不明显。     

Cloudy Sky Conditions Promote Net Ecosystem CO2 Exchange in a Subtropical Coniferous Plantation across Seasons

Dynamic changes in solar radiation have an important influence on ecosystem carbon sequestration, but the effects of changes caused by sky conditions on net ecosystem CO₂ exchange (NEE) are unclear. This study analyzed the effects of sunny, cloudy, and overcast sky conditions on NEE using carbon flux and meteorological data for a subtropical coniferous plantation in 2012. Based on one-year data, we found no seasonal variation in the light response curve under various sky conditions. Compared with sunny sky conditions, the apparent quantum yield (α) and potential photosynthetic rate at a light intensity of 150 and 750 W m^-2 (P₁₅₀ and P₇₅₀) under cloudy sky conditions increased by an average of 82.3%, 217.7%, and 22.5%; α and P₁₅₀ under overcast sky conditions increased by 118.5% and 301% on average. Moderate radiation conditions were more favorable for maximum NEE, while low radiation conditions inhibited NEE. In most cases, when the sunny NEE was used as a baseline for comparison, the relative change in NEE (%NEE) was positive under cloudy sky conditions and negative under overcast sky conditions. The average maximal %NEE under cloudy sky conditions was 42.4% in spring, 34.1% in summer, 1.6% in autumn and -87.3% in winter. This study indicates that cloudy sky conditions promote photosynthetic rates and NEE in subtropical coniferous plantations.     

北极苔原新奥尔松地区的地表辐射特征

利用我国北极黄河站所在地,德国Koldewey站1993-2003年的资料,对新奥尔松地区的地表辐射特征进行了初步分析。结果表明,由于云的影响,新奥尔松极昼期间的日照百分率仅为32.2%。暖季由于下垫面地表冰雪融化,地表反射率迅速减小,地面吸收辐射和地面有效辐射都迅速增大。全年累计的净辐射为正值;暖季是接受太阳辐射能的主要时段,寒季接受的太阳辐射能极少。虽近10年来新奥尔松地区的气温增加十分显著,但各辐射量的变化趋势不明显。地表辐射实测值与同期NCEP/NCAR相邻格点逐日资料的比较表明,NCEP资料对各辐射项模拟的精度不高。     

MEASURED ALTITUDINAL PROFILES OF UV-B IRRADIANCE IN HAWAI'I

Erythemally weighted UV-B irradiance was measured between sea level and 4,205 m in several midday altitudinal transects and continuously for several months at sea level and 3,400 m on the Island of Hawai'i. Between sea level and 4,205 m, standardized UV-B increased 25% and 29% for solar zenith angles of 10° and 45°, respectively, under clear-sky conditions. The standardized diffuse component constituted 28% to 58% of the total as a function of optical path length. Under all sky conditions, the monthly average UV-B irradiance increased 50% in summer and 103% in winter from a cloudy, windward, sea-level location to a site at 3,400 m in generally clear skies above the trade-wind inversion. [Key words: solar radiation, ultraviolet-B irradiance, Hawai'i.]     

内蒙古半干旱草原沙尘天气对近地层微气象学特征影响分析

利用锡林浩特国家气候观象台2011年4-5月近地层微气象、地表辐射和湍流通量观测数据,对比分析了内蒙古典型半干旱草原下垫面在晴天、扬沙和沙尘暴天气下各气象要素、地表辐射分量和能量平衡的变化特征。对于半干旱草原区,地面风速越大沙尘天气越强;沙尘过程开始前地面空气较暖,开始后地面空气转为相对较冷的状态;沙尘气溶胶含量越高,5 cm地温日变化趋势越弱,在沙尘过程中5 cm地温值越小。沙尘气溶胶含量越高,太阳总辐射越弱,大气长波辐射越强;地表反射辐射与总辐射有相同的日变化特征;沙尘气溶胶白天使净辐射值减小,夜间使净辐射值增大。沙尘天气直接辐射衰减非常明显,而且散射辐射在总辐射中占很大的比重。沙尘气溶胶对紫外辐射的削弱很强,并且沙尘含量越高,对紫外辐射的削弱越强。沙尘气溶胶的辐射强迫作用对地表能量平衡产生影响,使向上的感热和潜热输送减弱,使向上的土壤热通量增强或向下的土壤热通量减弱。