塔中春季水平能见度变化及影响因子分析

利用2004、2005年3月至5月塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站的能见度仪自动监测资料,气温、气压、风速、相对湿度等地面气象常规沙尘观测记录以及PM10自动监测仪观测资料,分析了塔中水平能见度变化特征以及与气象因子、PM10的相关关系,气象因子与PM10对水平能见度有一定的制约关系,但并非简单的线形关系,不同时段,不同天气条件下,各因素的作用不同。     

关中地区低能见度事件变化特征分析

以关中城市群为研究区域,选取关中8个气象站1981-2013年逐日3个时次的大气能见度、降水、相对湿度、风速、天气现象等观测资料为研究对象,使用统计方法,分析关中地区低能见度天气时空分布特征,研究影响关中地区低能见度的气象和环境因素,结果表明:1981-2013年关中地区能见度有下降的趋势,日平均能见度以10~20 km最多,低能见度事件6月出现最少,12月最多,冬半年明显高于夏半年,低能见度状况具有明显的延续性。关中西部和中部低能见度日数呈减少趋势而东部增加趋势,关中东、西部城市低能见度日数差异显著减少。雾是造成低能见度事件的主要天气现象,其次为降水和霾。与雾有关的低能见度事件在低能见度总数中占92.8%,雾、霾造成的低能见度事件主要出现在冬季,并以1月、12月最多。相对湿度、风速也是重要的影响因素,另外污染物质量浓度是影响能见度水平的另一主要因素。     

民勤大气边界层特征与沙尘天气的气候学关系研究

 为了更好地理解西北干旱区大气混合层(ML)厚度的变化特征及其对当地沙尘气候形成的影响, 利用民勤2006—2008年3—6月逐日08时和20时探空资料、降水和日最高气温,计算和分析了最大混合层厚度、逆温层特征和垂直风场及其对沙尘气候形成的影响。结果表明,民勤沙尘天气的大气边界层有显著的昼夜变化,白天厚、逆温强而多;沙尘天气的最大混合层厚度在2 600 m左右,介于无降水与有降水天气之间;扬沙主要由锋面中的冷空气引起,而沙尘暴主要由低层风场的剧烈扰动和500 m以上高层冷锋入侵引起。沙尘暴发生前近地面风场有明显的扰动,沙尘暴发生时在500 hPa以下有显著的冷空气活动,白天较强。能见度小于100 m的强沙尘暴夜间风速大,冷空气较强。     

粒子散射系数在沙尘天气观测分级中的初步分析

利用2004年4月20日至5月23日塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站浊度计和能见度仪逐日每5 min一次的加密观测资料及相应的地面气象常规沙尘观测记录,根据中国气象局沙尘暴观测分级标准分析了粒子散射系数在各级沙尘天气中的特征,表明浊度计观测的粒子散射系数在沙尘天气观测分级标准中有较明确的意义,沙尘天气时粒子散射系数与能见度为显著指数关系。     

银川市雾霾天气的气象条件分析及概念模型建立

利用银川气象站1981-2013年逐时地面气象资料及探空资料,统计分析了不同季节影响大气扩散能力的静小风频率、逆温厚度强度、混合层高度等的差异。结果表明：雾主要出现在傍晚～夜间～第二天上午12：00之前,高峰期出现在07：00～09：00;霾主要出现在08：00～14：00,11：00前后最多,其他时间段相对较少;1981-1995年间,霾日数呈明显的下降趋势,1996年后呈明显的上升趋势,2013年达高峰。秋冬季是一年中浓雾-强浓雾及重度霾的多发季节,特别是夜间出现浓雾和强浓雾时,对应混合层高度均≤150 m,占比达100%;有霾出现时,污染潜在等级以2级为主,混合层高度在150< H≤ 350之间的占比达75%。小风条件下出现轻中度霾的概率比静风大,静风条件下出现重度霾的概率比小风大。雾霾天气时,大气稳定度以中性（D类）为主,其次是较稳定类（E类）。     

南疆盆地沙尘气溶胶光学特性及我国沙尘天气强度划分标准的研究

依据气溶胶光学厚度测量原理,利用布设于塔里木盆地腹地塔中和盆地西南边缘和田气象站的2部CE318自动跟踪太阳光度计于2002年6月至2003年11月期间的探测结果,结合地面气象实测资料,分析了南疆盆地大气气溶胶的光学特性。同时结合我国已有的沙尘气溶胶光学特性的研究成果,初步提出了依据气溶胶光学厚度判断沙尘天气强度的标准。结果表明:塔中、和田气溶胶光学厚度随波长的增大多呈现减小趋势,塔中个别季节有些例外;2站气溶胶光学厚度的日变化基本保持对称的抛物线形,在春、夏季尤为明显;Angstrom浑浊度系数β的拟合曲线显示β随能见度增大而减小,波长指数α随能见度的变化趋势说明弱沙尘天气下,大气中主要弥漫着小粒径的气溶胶颗粒,而强沙尘天气则以大粒径为主;沙尘气溶胶光学厚度随晴空、浮尘、扬沙、沙尘暴依次增加;沙尘天气发生时,气溶胶光学厚度的临界值基本为晴空值的两倍,沙漠地区气溶胶光学厚度≥1.1206,北京≥0.3174。而发生沙尘暴的阈值则有很大不同,沙漠区气溶胶光学厚度至少 > 3.0,北京由于大气污染等因素,其判断沙尘暴发生的阈值为1.9982。另外笔者认为AOD与水平能见度之比值能够较全面地考虑水平和垂直两个方向的要素变化,衡量沙尘天气强度更具有合理意义,值得更深一步的探讨。     

基于微波辐射计的宁夏六盘山西侧大气水汽变化特征

采用隆德气象站2 a德制微波辐射计与同期1 h降水量资料,利用统计法分析了六盘山脉西侧大气水汽含量以及云液态水含量的时间分布特征,并分析了92次不同降水性质、不同降水量级的降水个例,得到降水前跃增时间的变化特征。剔除降水背景结果统计表明:(1)六盘山西侧大气水汽含量和云液态水含量有明显的季节变化,其中夏季是大气水汽含量最多的季节,平均为23.44mm,占年均水汽含量的47.7%。(2)大气水汽含量和云液态水含量日变化呈一谷一峰分布,春、夏、秋三季均在午后出现最大峰值,冬季在11:00出现峰值;大气水汽含量低值区春、夏、秋季出现在日出前后,冬季出现在22:00。(3)87.0%的降水个例在降水发生之前大气水汽含量都在12.00 mm以上,且其值随着降水的量级增大而增大。(4)降水前云液态水含量发生明显跃增现象,春、夏季表现强,根据降水性质及降水量级不同,降水前跃增时间也不同。研究结论对把握人影作业时机具有一定的参考价值。     

半干旱荒漠化草原春季边界层特征的一次综合探测

利用“沙尘气溶胶辐射模型及气候环境生态效应研究”项目加强观测期在二连浩特气象站进行的温、风、湿探空观测资料及架设在朱日和气象站的气象激光雷达资料,采用综合评定法分析了内蒙古半干旱荒漠草原地区大气边界层的厚度、结构特征和变化规律,同时利用气象激光雷达回波资料及气溶胶消光系数在垂直高度上的分布特征,确定了朱日和地区边界层的高度及日变化特征。结果显示,用探空资料综合评定得到的二连浩特地区大气边界层总体厚度偏大,边界层最大厚度达到2 300 m,稳定边界层高度在300 m左右;1 000 m附近为风向的转变高度,其下全为偏东风,其上全为偏西风,边界层风速切变较大;午后到夜间,近地层有东风急流出现,急流最强可达12 m·s-1,急流高度在300 m;在600 m高度附近出现逆湿,低层逆湿现象夜间比白天显著。气象激光雷达资料显示,朱日和地区春季晴日混合层最大厚度可达2 400 m,出现在16:00左右。     

乌鲁木齐市低空大气逆温特征分析

为了分析乌鲁木齐低层大气逆温变化特征,通过利用乌鲁木齐市气象站2000-2004年的探空观测资料,从逐日探空原始记录中提取得到贴地逆温、脱地逆温的底部、顶部高度、温度,分析它们的变化情况。乌鲁木齐市低空大气温度层结全年以弱稳定为主,一年四季都存在逆温层。冬季是逆温特征最为显著的季节,强度最强,平均为1.06℃/100 m。冬季逆温发生频率最高,平均为89%,贴地逆温厚度最厚,平均为860 m,脱地逆温底高平均为534 m,顶高平均为1 187 m。由于蒙古反气旋的冷空气在准噶尔盆地堆积,使得乌鲁木齐冬季近地面大气稳定。     

陕西省霾天气变化特征及气候成因分析

通过对比选用14时实测值法利用1981—2016年全省96站14时相对湿度和能见度数据重建全省历史霾数据序列，分析区域内霾天气的特征及相关气象要素的特征，并探讨大范围持续霾天气过程对应的环流形势，研究霾天气过程的成因。结果表明：关中地区是我省霾天气的高发区，其次是陕南的汉中盆地，陕北出现最少。全省霾日数总体呈较明显的上升趋势，2000年后增加显著。从季节变化来看全省及各区域均为冬季霾日数最多，秋季次之，夏季霾日数最少。各区域均在5～8 km能见度、60%～70%相对湿度、静小风时易出现霾天气，西安及关中全年和四季在偏东北风向时霾天气频率较大。冬季地面风速小，相对湿度较大，近地面风场辐合及逆温层的存在，造成关中大气垂直扩散能力较弱，大气污染物发生堆积、累积效应易形成关中地区持续霾天气及严重大气污染。     

乌鲁木齐近30年低能见度气候特征

为探寻乌鲁木齐市低能见度的变化规律,分析城市发展、大气污染对能见度的影响,利用乌鲁木齐市气象站的常规气象资料和环境监测站的大气污染资料对乌鲁木齐近30年低能见度进行统计分析,结果表明:大部分低能见度出现在11月至次年3月份,占全年总次数的97%,出现频率为4.5%,其中12月份出现频率最高,为7.4%;夏半年低能见度出现频率很低,6~8月几乎没有低能见度出现;夜间20时至早晨08时是低能见度的高发时段。近30年低能见度的年出现频率随年代增加而减小的倾向度为0.52%/10 a。冬半年和夏半年低能见度出现频率随年代增加而减小的倾向度分别为0.68%/10 a和0.08%/10 a。低能见度出现时相对湿度≥85%,同时伴有24小时正变湿、负变温、负变压,冬半年平均风速<2 m/s;浓雾、低空逆温及大气污染是造成乌鲁木齐市低能见度的主要原因。本文还对城市化发展、空气污染对能见度的影响进行了正反两个方面的讨论,认为冬半年低能见度出现频率随年代增加而减小的速率远远大于夏半年的原因除气候变化外,与乌鲁木齐加大冬季大气污染治理,实施集中供热有关。     

大连浮尘天气特征与浮尘观测标准研究

基于大连近4 a的可吸入颗粒物自动监测和气象资料,研究了浮尘天气中PM10以及能见度、相对湿度、风向风速等气象要素变化特征。结果显示,浮尘影响明显,浮尘发生后PM10质量浓度突然升高,浮尘天气日平均和过程平均PM10浓度均超过300 μg·m-3,并且平均持续时间超过16 h;相对湿度为13%~97%,能见度自动监测值在1 049~9 002 m之间,北风频率最高,风速在0~12 m·s-1之间。经过综合分析,提出沙尘暴下游台站基于可吸入颗粒物自动监测的浮尘天气新观测标准。该标准既可以对远距离飘尘影响区进行科学的定量评价,又与现有标准保持较好的一致性,并可作为预测预报的依据。检验表明效果较好,有较强的实用性,可以修正人工观测漏记或错记情况。     

塔克拉玛干沙漠中心的沙尘气溶胶观测研究

沙尘气溶胶严重影响中国北方的空气质量,作为一种重要气溶胶并影响区域的辐射平衡。塔克拉玛干沙漠每年释放大量的沙尘气溶胶,而位于塔克拉玛干沙漠中心的塔中站,提供了对沙尘气溶胶的近距离观测。利用该站地面太阳光度计的观测数据分析了沙尘气溶胶的年变化特征,并分析了该站光学厚度、能见度、大气飘尘质量浓度（PM10）和大气总悬浮颗粒物浓度（TSP）之间的相关性。结果显示,气溶胶的440 nm光学厚度在春季最高、秋季最小,440 nm光学厚度与能见度呈现负幂函数关系,TSP与PM10呈现线形相关关系,PM10与能见度呈现负幂函数关系。     

陕西强沙尘暴、特强沙尘暴天气气候特征分析

 从陕西1954—2003年所有沙尘暴记录所对应的3次或4次定时能见度观测资料中挑出最小能见度小于500 m的作为强沙尘暴记录,小于200 m的作为特强沙尘暴记录。然后挑取在一次过程中有3个或3个以上气象站出现强沙尘暴的过程共41次作为强沙尘暴过程,有3个或3个以上气象站出现特强沙尘暴的过程共6次作为特强沙尘暴过程。分析结果表明,20世纪90年代是陕西强沙尘暴、特强沙尘暴过程最少的时期。陕西强沙尘暴过程主要发生在春季,冬季次之,其中春季4月最多, 冬季2月最多。除春季、冬季外,6、11月也有发生。根据41次强沙尘暴过程出现前一日08时500 hPa环流形势分析,将造成陕西强沙尘暴天气的环流形势及影响系统分为蒙古冷（横）槽型、脊前下滑槽型、短波槽东移型和西北气流型4类,其中蒙古冷（横）槽型是造成陕西强沙尘暴天气最多的一种形势,占总次数的44%。陕西6次特强沙尘暴过程的环流形势及影响系统全为蒙古冷（横）槽型。根据地面冷空气入侵陕西的路径分析,将造成陕西强沙尘暴天气的冷空气路径分为西路、西北路、北路三条。     

毛苔草、漂筏苔草沼泽地与大豆地近地层晴夜气温和相对湿度分布及对比研究

采用野外定位观测方法,在2008年6～9月期间选取16个晴夜,在三江平原典型毛苔草、漂筏苔草(Ass.Carex pseudocuraica-Carex lasiocarpa)沼泽地及其邻近大豆地中,在距地表0.5m、1.5m、3m和5m四个高度上进行了气温和相对湿度观测;根据实测数据,分析了沼泽地和大豆地各高度夜间气温和相对湿度的分布规律及其差异。研究结果显示,晴夜,沼泽地和大豆地近地层气温的垂直分布都为逆温分布,与之相对应,二者的相对湿度垂直分布都为湿型分布;以四个高度的16夜平均气温和相对湿度为基础数据,计算得到的沼泽地近地层气温(相对湿度)的垂直递增(减)率为0.53℃/m(1.76%/m),大豆地则为0.34℃/m(1.35%/m),沼泽地近地层气温(相对湿度)的垂直递增(减)率略大(小);对比两种下垫面晴夜各观测高度的气温和相对湿度,发现只在0.5m高度上二者有明显差异,沼泽地16夜平均的气温比大豆地低0.85℃,其相对湿度比大豆地高4.39%,这是因为沼泽地植被冠层的平均高度接近0.5m,夜间植被冠层的长波辐射最强,所以其气温相对较低,相对湿度相对偏高,而大豆地的最低气温出现在地面;沼泽地和大豆...     

2018年中国第9次北极科学考察走航期间北极低层大气垂直结构特征分析

利用中国第9次北极科学考察期间获取的大气探空资料,分析了走航期间北极低层大气垂直结构特征。分析发现:(1)对流层中部大气的平均温度递减率为5.67℃·km~(-1),与北极中心区的结果比较一致,高空急流特征比较显著,尤其是高纬地区;(2)本航次观测到的边界层逆温层底高度、厚度和温度差的中位数分别为306 m、299 m和3.2℃,与SHEBA(Surface Heat Budget of the Arctic Ocean)的结果比较一致;(3)低空急流高度和风速的中位数分别为456 m和11.40 m·s~(–1),大多数时次的风速分布在6～14 m·s~(–1)之间;(4)本航次观测到只有67.27%的低空急流高度位于最低逆温层之下,而考虑多层逆温后, 92.73%的低空急流位于逆温层之下。     

夏季强沙尘暴内部热力动力特征的个例研究

根据对流体在热低压条件下激发强沙尘暴的机理,并应用Rennó和Ingersoll于1996年提出的热机自然对流理论,对2004年7月12日甘肃省酒泉基准站发生的强沙尘暴内部动力热力结构进行了探讨。结果表明:①在沙尘暴发生前的一小时大气底层处于干热状态,垂直方向巨大的温度梯度有利于干对流发展。②激发强沙尘暴的对流体的切向旋转速度和垂直运动速度的大小,很大程度上决定了沙尘暴的强弱。③利用酒泉站探空资料计算出的沙尘暴对流体的最大切向旋转速度为11.4 m·s-1,垂直运动速度为14.0 m·s-1;地面沙尘暴观测系统记录的平均环境风速仅为5.5 m·s-1,瞬间最大风速只9.3 m·s-1。     

洪河国家级自然保护区夏季晴天沼泽大气边界层温湿度变化特征

采用水平分辨率为0.5 km的WRF-CLM3.5中尺度数值模式,模拟研究了洪河国家级自然保护区及其周边地区(46.8°N~48.75N,132°E~135°E)2011年7月19~20日的大气边界层气温、相对湿度和风速的物理特征,以及2011年6月6~8日、7月18~20日和8月26~28日大气边界层高度的日变化特征。结果表明,WRF-CLM模式可以较精确地反映研究区沼泽及其周边农田的近地层气温和相对湿度的差异,与实际观测结果一致。在夏季晴朗的白天,湿地上空气温低于周边农田约1~3℃,相对湿度比周边区域高4%~8%;湿地上空呈现"冷湿岛"中心,相对湿度随高度先增加后降低,高度界线可达900~1 500 m;日落后,沼泽降温增湿作用逐渐削弱,0︰00~2︰00,沼泽与周边区域近地层都发展有较强的逆温层,厚度可达600 m,与之相对应的相对湿度则随高度的升高而降低,影响高度在400~800 m。夜间,沼泽近地层风速随高度的变化小于白天,低空风速小于高空风速;白天午后风速梯度最小,夜间逆温层顶出现低空急流中心。洪河国家级自然保护区大气边界层高度模拟结果显示,夏季沼泽区晴天大气边界层高度日变化曲线为单峰曲线,白天边界层发展高度大于夜间,最高值出现在13︰00左右,高度可达约1 900 m。     

卫星数据和地面观测结合的珠三角地区颗粒物质量浓度统计估算方法

利用卫星观测的气溶胶光学厚度资料和模式模拟数据,与地面颗粒物观测资料结合,探讨近地面颗粒物质量浓度的估算方法。具体包括：利用区域气侯模式RAMS（Regional Atmospheric Modeling System）模拟的边界层高度对气溶胶光学厚度进行垂直订正,获得近地面颗粒物消光系数;利用模式模拟的相对湿度和颗粒物吸湿增长经验模型对消光系数进行湿度订正,获得近地面颗粒物干消光系数;并基于干消光系数与颗粒物质量浓度地面站点资料建立的统计关系估算获得每个像元的颗粒物质量浓度。利用地面站点观测的颗粒物浓度资料验证表明,基于卫星资料可以获得近地面颗粒物质量浓度,而且细颗粒物质量浓度具有更好的估算精度。     

塔克拉玛干沙漠腹地大气气溶胶散射特征研究

利用沙漠腹地塔中气象站积分浊度计的2004年观测资料,结合同期PM10质量浓度、能见度和常规气象资料,分析了塔克拉玛干沙漠腹地气溶胶散射系数的变化特征,以及气溶胶散射系数与PM10质量浓度、能见度的关系。研究表明,2004年塔中气溶胶散射系数、PM10质量浓度、能见度日平均值分别为124.74±187.30 Mm-1,538.9±841.7 μg·m-3,12 748±7 274 m。塔中气溶胶散射系数小时平均值出现频率最高的区间主要在100 Mm-1以下,中午气溶胶散射系数小,早晚气溶胶散射系数大;冬春两季的凌晨空气中含有较多的粒子,气溶胶散射系数较大;气溶胶散射系数小时平均值与PM10质量浓度变化规律基本一致,2004年1—6月的气溶胶质量散射系数平均值为0.37 m2·g-1;散射系数与能见度日平均值非线性相关较好,两者呈负幂函数关系。