京津冀夏季强降水下冰云宏微观特征

根据Aqua MODIS 2级云产品和Cloudsat的2级产品资料，结合降水数据和MODIS L1B级辐射率数据，对发生在京津冀地区夏季的三次强降水过程中冰云的宏微观物理量的特征进行分析，并探究这些物理量和降水强度的关系。结果表明：在水平分布中，强降水过程中降水强度高值区内云相为冰云，冰云云顶高度在8~17 km，冰云粒子有效半径、冰云光学厚度、冰水路径分别最高可达60 μm、 150、 5 000 g?m^-2；冰云光学厚度、冰水路径、冰云云顶高度随降水强度增大而增大。在垂直分布中，冰云主要分布在3.5 km以上，发生强降水站点的冰云为深对流云，冰云粒子有效半径、冰水含量、冰云粒子数浓度分别最高可达150 μm、 3 000 mg?m^-3 、 500 L^-1；冰云粒子有效半径高值区存在于云层中下部，且随高度上升而减小，冰云粒子数浓度高值区存在于云层中上部，且随高度上升而增加，冰水含量高值区则存在于云层中部；冰云粒子有效半径、冰水含量、冰云粒子数浓度在9 km以上随降水强度增大而增大。     

层状云微物理属性垂直分布的季节变化——以新疆地区为例

利用CloudSat卫星资料2B-CLDCLASS和2B-CWC-RVOD数据集,分别揭示了层云与层积云的云粒子等效半径、数浓度及含水量等微物理属性的垂直分布特征及其季节变化规律。结果表明：层云所在的云层高度比层积云高,特别是春季,层云可以延伸到11.0 km处,而层积云云层所在高度最高出现在夏季,最高延伸到8.5 km处。层云中的冰水分布在1.0~11.0 km,液态水分布在0~9.0 km,而层积云的冰水和液态水均分布在0~9.0 km。层云与层积云的冰粒子等效半径、水云粒子数浓度、液态水含量呈现随云层高度的增加而减小的趋势,冰粒子数浓度随云层高度增加呈增大趋势,冰水含量呈峰值分布,峰值出现在6~10 km范围内。各季节层积云粒子等效半径、粒子数浓度及水含量的最大值均大于层云的对应值,从这方面看,层积云更适合作人工增水对象。     

冰云粒子微物理属性在一次强降雨过程中的垂直分布

采用美国宇航局NASA的Cloud Sat卫星资料2B-CWC-RVOD和2B-CLDCLASS,并结合CERES Aqua MODIS Edition 3A资料,分析了一次降水过程中云类型和云中冰粒子微物理属性的垂直分布特征,探讨其与降雨量大小的关系。结果表明:冰云分布在2~11 km,越小的云参量值的出现频率越大。冰粒子有效半径在垂直高度上的分布存在明显的分层现象,且随着高度的升高呈变小的趋势。半径150μm的粒子集中在2~4 km;半径在100~150μm的粒子85.6%分布在2~6km;而半径50μm的粒子在整个云层均有分布,且分布比例随云层的升高而增大。冰水含量在垂直高度上呈近似正态分布,高值分布在云层中部6~7 km,且正在降雨地区云的冰水含量和柱含量值比非降雨区大。冰粒子数浓度随云层高度的上升呈增大的趋势。     

天山山脉强降水云宏微观物理属性的空间分布特征北大核心CSCD

天山山脉是新疆重要的水源地,分析这一区域降水云的宏观和微观物理属性的垂直和水平分布,对于科学高效地开展人工增水作业具有重要意义。利用CloudSat和Aqua卫星资料对天山山脉3次强降水过程云高、云厚、冰粒子等效半径和直径(IER、IED)、水粒子等效半径(LER)、冰水含量(IWC)、液态水含量(LWC)、冰水路径(IWP)、液态水路径(LWP)的分析表明:(1)天山山脉强降水云分布在0.9~9.4 km范围内,天山东、西部云底偏低、云体偏厚,而中部云底偏高、云体偏薄。降水云占有率天山中部、东部分别为5%,西部为15.6%。(2)天山山脉强降水云IER以0~60μm为主,LER以0~5μm为主,IWC和LWC集中在0~50 mg·m^(-3),强降水云从低层到高层这些微物理量的低值段占优势,天山山脉西部、中部这些微物理量的低值段随高度呈单峰分布,西部和中部峰值分别出现在云层下部和中上部;天山山脉东部这些微物理量的低值段随高度呈双峰分布,极大值出现在云层下部和上部。(3)天山南脉、天山西部强降水云的IED较小,而天山中部、东部较大;天山中部云的LER较大,天山东部、西部、天山南脉较小;IWP从大到小依次排序为中部、东部、西部、天山南脉;天山中部云的LWP略大于天山西部和东部,天山南脉最小。     

天山山脉强降水云宏微观物理属性的空间分布特征

天山山脉是新疆重要的水源地,分析这一区域降水云的宏观和微观物理属性的垂直和水平分布,对于科学高效地开展人工增水作业具有重要意义。利用CloudSat和Aqua卫星资料对天山山脉3次强降水过程云高、云厚、冰粒子等效半径和直径(IER、IED)、水粒子等效半径(LER)、冰水含量(IWC)、液态水含量(LWC)、冰水路径(IWP)、液态水路径(LWP)的分析表明:(1)天山山脉强降水云分布在0.9~9.4 km范围内,天山东、西部云底偏低、云体偏厚,而中部云底偏高、云体偏薄。降水云占有率天山中部、东部分别为5%,西部为15.6%。(2)天山山脉强降水云IER以0~60μm为主,LER以0~5μm为主,IWC和LWC集中在0~50 mg·m~(-3),强降水云从低层到高层这些微物理量的低值段占优势,天山山脉西部、中部这些微物理量的低值段随高度呈单峰分布,西部和中部峰值分别出现在云层下部和中上部;天山山脉东部这些微物理量的低值段随高度呈双峰分布,极大值出现在云层下部和上部。(3)天山南脉、天山西部强降水云的IED较小,而天山中部、东部较大;天山中部云的LER较大,天山东部、西部、天山南脉较小;IWP从大到小依次排序为中部、东部、西部、天山南脉;天山中部云的LWP略大于天山西部和东部,天山南脉最小。     

基于 MODIS 和 CloudSat 的京津冀降水冰云季节分布特征

利用 2008 年 9 月~2016 年 8 月 Aqua MODIS 和 CloudSat 卫星数据，筛选出京津冀地区的降水 冰云，同时将其分为 4 个区域讨论，得到关于该地区降水冰云 4 个季节的分布特征，为该地区的人 工影响天气提供依据。结果表明：京津冀整个地区的降水冰云在夏季的发生率都较高，且发生率 有上升的趋势。从整个地区看来，京津冀地区的降水冰云的云顶高度在冬季最低、夏季最高，云顶 温度的最小值在冬季最高、夏季最低；京津冀地区的降水冰云在春夏秋 3 季均以单层云为主，而在 冬季则以双层云为主；京津冀地区的降水冰云的类型按春夏秋冬分别为 7 种、7 种、6 种和 5 种，且在 夏季该地区的降水冰云以深对流云为主（占 48.3%），而其他季节以雨层云为主；京津冀地区降水冰 云微物理量（包括冰水含量、粒子数浓度、粒子有效半径）主要分布高度分别为 0~13.5 km（春季）、 3.5~17.0 km（夏季）、1.0~14.0 km（秋季）、0~11.0 km（冬季）。冰水含量、粒子有效半径和粒子数浓度 的分布高度和最大值均在夏季最高，但粒子有效半径在秋季最低，冰水含量和粒子数浓度在冬季 最低。这 3 种微物理量随高度的分布特征夏季在京津冀各分区较为一致，都呈单峰结构，在其他季 节差异较大。     

新疆层云和层积云冰粒子属性的季节变化

利用CloudSat 卫星资料,选取冰粒子的等效半径（IER）、数浓度（INC）、含水量（IWC）,统计分析了层云、层积云微物理量的垂直分布和季节变化。层云/层积云小粒子（0～50 μm）、中等粒子（50～80 μm）、大粒子（≥80 μm）出现频率分别为18.7%/16.3%、77.6%/62.6%、3.7%/21.2%。在IER 垂直分布上,层云小、中等粒子在云层中部出现较多,层积云小粒子在云层上部出现较多,中等、大粒子在云层中部出现较多。层云/层积云INC低值段（0～50 L^-1）、中值段（50～100 L^-1）、高值段（≥100 L^-1）出现频率分别为90.1%/76.5%、9.6%/19.5%、0.3%/4.1%。在INC垂直分布上,层云低、中值段在云层中部出现较多,层积云低、中值段分别在云层中部、上部出现较多。层云/层积云IWC低值段（0～50 mg·m^-3）、中值段（50～100 mg·m^-3）、高值段（≥100 mg·m^-3）出现频率分别为96.7%/82.8%、3.2%/13.4%、0.1%/3.7%。在IWC垂直分布上,层云低值段在云层中部出现较多,层积云低、中值段分别在云层中部、上部出现较多。     

新疆北部小时降雪特征及大暴雪天气影响系统研究

新疆北部是我国降雪高频区之一,随着全球变暖降雪量呈显著增加趋势,对新疆气候产生重要影响,由于观测资料限制对该区域小时降雪研究还未开展,影响降雪精细化预报和服务能力提升。因此,利用新疆天山山区及其以北（以下称“新疆北部”）2012年11月—2021年2月50个国家气象站小时降雪观测资料,分析了冷季（11月—翌年2月）小时降雪特征,并按日降雪量从高到低挑选30个大暴雪过程分析其小时降雪特征、影响系统及典型环流配置。结果表明：（1） 阿勒泰北部、塔城盆地、伊犁河谷为降雪小时数（SHN）高频区,可达200 h·a^-1以上;天山山区SHN高频区为海拔1800~2000 m的中山带,达127.3 h·a^-1,2000 m以上降雪很少。（2） 北疆和天山山区小时降雪量（R）≤1.0 mm·h^-1量级SHN占比分别为91.7%和91.9%,对降雪量贡献分别为70.7%和68.9%,R>1.0 mm·h^-1为小时极端降雪事件,对北疆和天山山区降雪量贡献分别为29.3%和31.1%。（3） 极端暴雪过程平均SHN为25.5 h,平均降雪量为30.7 mm,雪强约为1.2 mm·h^-1,大暴雪过程由长时间降雪导致,降雪持续时间是开展大暴雪研究和进行预报服务的关键点,造成大暴雪过程的影响系统主要有中亚长波槽、中亚低涡、乌拉尔山长波槽和西西伯利亚低涡（槽）,占比分别为30.0%、6.7%、13.3%和50.0%,中纬度长波槽（涡）和北方西西伯利亚低涡（槽）系统各为50.0%。     

腾格里沙漠东南缘飞播区白沙蒿植被密度与土壤水分关系的研究

对腾格里沙漠东南缘飞机播种区不同密度白沙蒿(Artemisia sphaerocephala Krasch)人工草地的土壤水分和植物生长状况进行研究。结果表明,白沙蒿密度在5.1~9株·m^-2时,整个生长期土壤水分处于严重亏缺状态, 0~100 cm土层水分含量仅为0.55%~0.7%,白沙蒿死亡率高达55%~76.7%;密度在1.9株·m^-2时,其土壤水分含量在0.65%~1.01%,白沙蒿死亡率为21.1%;密度在1.25株·m^-2时,土壤水分在0.79%~1.48%,白沙蒿无一株死亡,且植株个体生长状况好于密度大样地,并有自繁育苗补偿,这表明研究区种植白沙蒿的适宜密度在1株·m^-2左右。裸露沙地0~100 cm土壤含水量为1.3%~2.48%。     

新疆及周边中亚地区中亚低涡背景下云中液态水分布研究

利用2003—2014年5~9月中亚低涡发生时的AIRS Version 6 Level 2卫星资料，分析中亚低涡活动规律以及云中液态水空间分布。结果表明：（1） 北涡型中亚低涡共发生97次，南涡型共88次。中亚低涡中心更易向南移动。（2） 整体来看，云中液态水呈现山区多盆地少的趋势，在帕米尔高原、天山和昆仑山脉的山区以及咸海附近均大于100×10^-6 kg·m^-2。在准噶尔盆地、哈密盆地和塔里木盆地东部地区小于1×10^-6 kg·m^-2。（3） 中亚低涡发生路径越偏南，云中液态水柱越低。关于云中液态水柱，北涡路径较南涡路径更多。研究结果将为进一步认识中亚低涡强降水天气系统提供参考。     

西北干旱半干旱区一次层状云系微物理特征分析

利用西北干旱半干旱区一次飞机探测资料、卫星资料，分析了层状云微物理结构以及作业前后云微物理变化，结果表明：（1） 此次层状云系垂直结构配置为冷暖两层，云层发展厚实。云的垂直和水平分布极不均匀。相对层积云，高层云小云粒子浓度低，大云粒子浓度高，液态含水量高。小云粒子浓度尤其是峰值区域与平均直径呈明显反相关。大于60个·cm^-3和35个·L^-1的小云、大云粒子浓度分别主要由3.5~10 μm、50~200 μm粒径段决定。（2） 不同高度云粒子谱为单峰或双峰分布，总体呈单调递减趋势，但云形成和增长条件存在差异。强可播、不可播和可播性冷云粒子谱基本符合负幂指数的单调递减规律，云粒子浓度差异较大，自然冰晶浓度不可播云较高，可播云次之，强可播云较低。（3） 作业后小云粒子浓度明显降低，在6.5~20 μm粒径段降低了2个量级左右，大云粒子浓度明显增加，谱宽增大，尤其在大于150 μm粒径段。     

喀什地区PM10输送路径及潜在源区

基于HYSPLIT模型和2019年9月至2020年8月喀什地区大气颗粒物逐时数据,利用聚类分析、潜在源贡献因子法（PSCF）和浓度权重轨迹法（CWT）分析喀什地区四季PM₁₀传输路径与潜在源区,揭示研究期间喀什地区不同季节PM₁₀的潜在源分布及其贡献水平。结果表明：喀什地区PM₁₀、PM_2.5年均值分别为237.3±268.3、89.3±82.3 μg·m^-3,大气颗粒物以PM₁₀为主;喀什地区气流输送路径主要来自中亚西风气流,其次是来自中国新疆南部;PM₁₀秋季主要贡献源区分布在中亚部分地区以及中国新疆南部区域,贡献水平为250—450 μg·m^-3;冬季主要贡献源区与秋季相似,贡献水平为150—300 μg·m^-3;春季重点贡献源区主要分布在新疆南部塔克拉玛干沙漠区域,贡献水平为250—500 μg·m^-3;夏季主要贡献源区与春季相似,贡献水平为150—250 μg·m^-3。喀什地区重点防范应是塔克拉玛干沙漠沙尘气溶胶的影响,其次是中亚西风气流携带的大气颗粒物远距离输送。     

乌鲁木齐市近几年大气颗粒物中重金属的浓度特征

采用重量法对2014年、2015年、2017年采暖期乌鲁木齐市新疆农业大学大气颗粒物TSP、PM₁₀、PM_2.5进行采集，使用TAS-990型火焰原子吸收分光光度计、PF3型原子荧光光谱仪、石墨炉原子吸收分光光度计测定颗粒物中5种重金属元素的质量浓度，利用富集因子法分析重金属元素的富集程度及来源。结果表明：该采样点采暖期大气颗粒物TSP、PM₁₀的质量浓度在近几年均呈现出下降趋势，PM_2.5的质量浓度变化趋势为：2017年＞2015年＞2014年；重金属元素As的质量浓度在不同粒径大气颗粒物中均为最高值，且采暖期大气颗粒物中除Cr以外的重金属含量、重金属元素的富集程度近几年均呈现明显的下降趋势；重金属As、Cr、Zn、Hg元素更易富集于细颗粒物中。     

东南极夏季中山站邻近固定冰DMS、DMSP分布初探

中国第30次南极科学考察期间,在中山站邻近固定冰区采集了两支海冰冰芯并首次分析其中的DMS、DMSP含量。结果表明,两支冰芯上层均含有较高浓度的DMSP+DMS,分别高达114.93及134.41 nmol·L-1。冰芯中DMS、DMSP+DMS浓度随深度的增加而递减。两支冰芯顶部DMSP+DMS高值的成因不同,冰芯1主要受藻类活动影响而产生DMSP+DMS高值,冰芯2主要是由于雪层及薄冰层阻碍,致使DMS在冰芯顶部聚集产生DMS高值。因为海冰底部较高生物量的海冰融化进入水体,所观测的剩余海冰底部Chl a、DMSP+DMS值均较低。在海冰的融化过程中,卤道内的卤水可发生垂向运输,致使冰芯中Chl a、DMSP+DMS的垂直分布有所不同。冰芯的Chl a、DMSP+DMS总量分别为6.79和10.20、51.83和88.41μmol·m-2,与前人研究结果比较,在海冰融化过程中,海冰中Chl a、DMSP+DMS总量变化的总趋势是递减的。