太阳辐射模拟的DEM尺度影响因素分析

利用DEM分析方法为起伏地形下太阳辐射模拟提供了条件。然而DEM的尺度效应对太阳辐射模拟产生很大的影响。本文以黄土丘陵和秦岭高山为实验样区,以一系列不同分辨率的DEM,模拟日、月及年总天文辐射,比较其误差大小及地形分析的差异。实验结果显示,随着DEM栅格分辨率的降低,天文辐射逐渐增大;当栅格分辨率大于地面相对高差时,模拟的天文辐射基本稳定,坡向、坡度等地形因子对辐射的再分配作用已不显著。黄土丘陵区,当DEM分辨率接近1000m时,天文辐射年总量的相对误差为22%,超过该区域一个冬季的天文辐射量。秦岭山区地表起伏大,误差较黄土丘陵地区小,最大相对误差为17.8%。总之,地表起伏越小,DEM栅格分辨率对太阳辐射模拟的影响越大。     

基于ECMWF再分析地表资料计算中国区域ZTD的精度分析

利用ECMWF再分析地表资料，结合GPT2w模型提供的水汽递减率和温度递减率计算中国区域对流层延迟值的精度。首先，以中国地区75个探空站2015年地表实测气象参数为参考值，利用ECMWF地表资料得到的气象参数（P，T，e）的精度分别为1.76 hPa、1.96 K、1.98 hPa。然后，以相同测站2010~2015年探空站分层数据算得的ZTD为参考值，对ECMWF地表资料计算的ZTD的精度进行分析，并与利用探空仪地面观测数据为输入参数计算的ZTD的精度进行对比。结果显示，利用ECMWF地表资料计算的ZTD的平均bias为0.07 cm，平均RMS为3.72 cm，在低纬度地区优于利用探空仪地面观测数据为输入参数计算的ZTD的结果。以陆态网237个GNSS测站2015年的ZTD作为参考值，比对利用ECMWF地表资料计算的ZTD的精度，结果为3.41 cm。由此可知，ECMWF地面资料计算的ZTD的精度能满足普通用户对流层延迟的计算需求，可用于缺少气象参数的测站进行对流层延迟值的计算及其他相关应用。     

大气下行辐射简化计算及朗伯假设下大气下行辐射效应计算分析

地表温度反演及真实性检验必须考虑大气下行辐射效应,其简化计算通常假设地表为朗伯体以及大气下行辐射各向同性。本文从理论和方法上分析了大气下行辐射简化计算公式,提出了以某个最佳角度下行辐射值作为半球方向下行辐亮度的平均值来估算大气下行辐射的方法,研究了地表朗伯假设对大气下行辐射效应及传感器入瞳处总辐射的影响,给出了朗伯假设导致的最大可能相对误差的表达式。研究以TERRA-MODIS热红外通道31和32为例,以内蒙古二连浩特地区草场为研究区,输入2004年的探空资料和地温数据到大气辐射传输模型进行实验论证和数值模拟,得到以下初步结论:①对于二连浩特这样的典型内陆地区,忽略大气下行辐射效应最多能引起4K的误差,且随着卫星扫描角增加大气下行辐射效应在增加;②半球空间大气下行辐亮度为各向同性假设不是很合适,但可以获取某个最佳角度的下行辐射作为半球方向下行辐射平均值,以简化计算大气下行辐照度,对于二连浩特地区最佳角度取57°;③地表朗伯假设对大气下行辐射效应计算有影响,最大可能相对误差可达33.3%,随着卫星扫描角增加误差随之减少,综合考虑大气下行辐射效应占总辐射的比重,地表朗伯假设对总辐射影响不大,其带来的误差在可接受范围内。     

青藏高原物质东流的岩石层力学背景探讨

利用地表大地热流观测资料、岩石生热率及热导率数据研究了三江和四川盆地 6个地区的岩石层平均温度结构及强度分布。结果表明 ,整个三江地区岩石层温度较高 ,而四川盆地温度较低 ;在岩石层强度分布上 ,四川盆地为高强度区 ,而三江地区则为低强度区 ;整个三江地区构成了一条青藏高原物质东流的低强度通道 ;由于四川盆地高强度块体的阻挡 ,青藏高原向东的物质流在此转向近南向 ,沿三江地区流逸 ;不同岩石层块体的强度差异可能是控制高原物质流动态势的重要力学背景之一。     

顾及地形影响的火星地表天文辐射时空特征分析

天文辐射指不考虑大气影响，落于地表的太阳辐射类型，亦是太阳能资源评估的重要背景。火星天文辐射及其时空分布特征的研究会为未来火星的探索提供助力，为火星太阳能资源的精细化利用和高效开发以及政府的科学决策提供基础数据。火星地形地貌错综复杂，其规模形态地球难以比拟，故而无法忽略地形对火星地表天文辐射的影响效果。然而，当下对火星天文辐射的计算和研究并未考虑火星实际地表的遮蔽效应且往往是从局部区域进行的研究。本文考虑纬度差异、时序更替的综合影响，以分辨率200 m的数字高程模型作为基本数据，提出了基于DEM计算火星天文辐射的理论模型，利用Hadoop分布式集群提供的并行计算框架以10 min为一个时间单位精细模拟了考虑地形遮蔽影响的火星全球地表天文辐射空间分布。Rb为水平面天文辐射与考虑地形遮蔽因素的天文辐射之比，一般用于评估天文辐射的地形遮蔽程度。基于全球不同纬度使用Rb进行时空分析，通过有交互的双因素方差分析、因子分析、相关性分析探寻地形因子及天文因素对阴坡和阳坡Rb值的影响程度。结果表明：地形对火星全球地表天文辐射的影响效果在时空尺度上具有明显的规律性，其影响程度不仅与地形自身发展情况（包括...     

华东地区MODIS与OMI气溶胶光学厚度数据融合

气溶胶光学厚度（AOD）表征气溶胶对光的衰减作用,体现大气混浊度或大气中气溶胶总含量,其卫星产品是研究近年来不断恶化的大气环境与空气质量的良好数据源。AOD卫星产品种类较多,但数据存在较大的不确定性;气溶胶全球监测网（AERONET）的地基数据精度高,但空间覆盖度较差。泛克里金法（UK）能在数据融合过程中更多地考虑描述对象的空间相关性,并且简单易行、结果可靠。因此,本文采用该方法,结合二次多项式波段插值法和回归分析方法,在AERONET AOD数据的基础上,对2008年11月华东地区臭氧监测仪（OMI）和中分辨率成像光谱仪（MODIS）的AOD产品进行了融合。结果表明：二次多项式的AOD波段插值方法,能提供比Angstrom波长指数法更为精准的AOD插值结果;AOD融合产品的空间分辨率高于OMI AOD,覆盖率大于OMIAOD和MODIS AOD,且其精度优于这2种AOD卫星产品;融合产品图显示,2008年11月,华东地区的AOD总体呈现南低北高的趋势,高值区主要分布在长江三角洲部分地区、安徽东北部、苏鲁交界处,以及山东西部;低值区主要为江苏以南大部。相比于前人研究,本文证实了AERONET AOD站点数据少、融合的数据源（卫星AOD产品）过境时间不一致的情况下,UK方法仍然有效。本文提出的融合系统,可为相关研究提供空间覆盖更全、精度更高的AOD数据。     

海南岛气溶胶时空变化及来源追溯

海南岛独特的区域和国家战略位置,使得了解和掌握该地区气溶胶时空格局特征及其大气污染物传输来源是海南大气环境质量监测和污染防治中重要的关注问题。选取MODIS 3 km分辨率气溶胶光学厚度（AOD）产品MOD04_3K,对海南岛2003—2017年AOD时空变化特征进行分析;以海口市为起始点,采用HYSPLIT模式对8次典型大气污染事件在10、500、1000 m 3个相对地面高度上进行48 h后向轨迹计算,以探究该区域大气污染物来源。结果表明：① 海南岛AOD在空间上呈较为明显的三级阶梯状分布,从西北方向向东南递减,2003—2017年在不同阶梯的空间变化趋势差异十分显著;② 2003—2017年海南岛AOD年均值为0.095,各年均值整体呈轻微升高趋势;季节均值差异表现为“春季>秋季>冬季>夏季”,此差异除受区域天气系统与地方风向特征的影响外,本区旅游业发展造成的大气污染物排放也不可忽视;③ 海南岛（海口市）2013—2017年典型大气污染事件发生期间大气污染气流在3个高度上（10、500、1000 m）的后向轨迹基本保持一致,均主要来自于海南岛东北方向。据此,位于该方向毗邻的珠江三角洲地区陆源大气污染物在东北盛行风的影响下被输送至海南岛,在区域天气系统（如大陆冷高压）和局部天气系统（如海风辐合）共同作用下,是促成该地区大气污染事件发生的重要因素。研究结果对深入理解海南岛近十多年来大气环境状况的变化规律、完善该区域大气污染联防联控机制具有重要的意义。     

细粒子气溶胶光学厚度和谱分布偏振的反演

 细粒子气溶胶物理和光学参数定量卫星遥感反演一直是环境和气候领域研究人员关注的重要课题。气溶胶参数卫星业务遥感产品主要是反演气溶胶光学厚度,它体现大气中气溶胶总含量的信息,而获取气溶胶谱分布函数有助于进一步了解气溶胶物理特性,并提高气溶胶其他参数的遥感探测精度。目前,陆地气溶胶卫星反演面临两个关键问题:一是气溶胶模式;二是地表反射贡献的去除,偏振遥感在这两方面有其独有的优势。本文以多角度偏振方法,采用RT3辐射传输模型建立矢量查找表,利用法国PARASOL探测器一级数据反演了京津唐地区的细粒子气溶胶光学厚度和谱分布参数,并使用AERONET地基观测数据对反演结果进行验证,结果表明:偏振方法能较高精度地实现细粒子气溶胶光学厚度反演,而谱分布的反演还需进一步改进。     

厦门市林地与建设用地对大气气溶胶空间分布的影响分析

分析大气气溶胶空间分布的影响因素有助于理解其变化机制与规律,从而为大气环境质量的调控提供科学依据。本文以厦门市为例,利用MODIS-Aqua卫星遥感影像,反演了大气气溶胶光学厚度。同时,选取Landsat8 OLI卫星数据,进行土地覆被分类。在此基础上,利用相关分析、一元线性回归模型和方差分解,对比研究了城市林地和建设用地对大气气溶胶空间分布的影响作用,得出以下结论：① 暗像元与插值法的结合适合厦门地区春季气溶胶光学厚度的反演;② 建设用地上空气溶胶光学厚度值明显高于林地;③ 林地对气溶胶空间分布的影响作用强于建设用地。本研究对缓解城市大气污染和改善城市生态环境具有重要参考价值和意义。     

天文辐射空间分布与尺度效应研究

天文辐射是地表实际入射太阳辐射的基础背景,也是辐射计算、太阳能资源评估和农业生产潜力估算等方面的重要天文参量。本文基于分辨率为30 m的福建省数字高程模型,使用MATLAB软件提供的并行计算框架模拟了起伏地形下福建省天文辐射空间分布,定量地分析了坡度坡向对天文辐射分布的影响规律,同时探讨数字高程模型对天文辐射产生的空间尺度效应。结果表明：福建省年天文辐射量大部分处于10 000~13 000 MJ/m²,呈现东南沿海向中西部递减的分布特征;不同季节的天文辐射分布受纬度和坡度坡向的影响具有明显的差异性,呈现季节分布的不对称性;不同坡度和坡向对天文辐射的影响与福建省总体上西北高东南低地势特征相吻合,天文辐射量随坡度增大而减小,东、东南和南坡向是天文辐射分布较集中的区域,总体上呈现山脊多、山谷少、阳坡多、阴坡少的地域差异性;数字高程模型的空间尺度效应在起伏较大的福建中西部丘陵地貌表现更加明显,该区域的天文辐射对分辨率的变化更加敏感。     

近50年中国地表净辐射的时空变化特征分析

基于GIS空间分析技术与Mann-Kendall趋势分析方法,对中国陆地区域699个气象站点1961-2010年逐年、季平均地表净辐射进行时空变化特征分析,结果表明:(1)参数拟合后的FAO Penman修正式对模拟站点逐日地表净辐射的总体精度较高,均方根误差为27.9W.m-2,相关系数为0.85,平均相对误差为0.13;(2)全国近50年站点平均地表净辐射在年、季均呈现出较明显的下降过程,年均降幅为0.74W.m-2.10a-1,不同季节的下降幅度存在差异,夏季降幅最大;(3)逐站点分析显示全国大部分站点(59.8%)年均地表净辐射呈显著下降趋势(0.05),东部趋势变化比西部明显,夏季在地表净辐射年际变化中的贡献最大,华北、华中、华南地区的站点在春夏秋季均呈显著下降趋势。     

中国大陆地区ERA5下行短波辐射数据适用性评估与对比

ERA5地表下行太阳短波辐射数据是欧洲中期天气预报中心（ECMWF）最新的,具有高时空分辨率的再分析产品,该短波辐射产品可作为陆面模式大气强迫数据之一,并在区域气候评估、农业以及太阳能资源等方面具有重要应用。本文利用中国区域2011—2018年经过质控的91个国家级地面辐射站点观测数据,对其在中国大陆地区的适用性进行多时空尺度的评估,并与ERA-Interim、CFSR、MERRA2共3套全球大气再分析产品和1套CERES卫星反演SYN1deg的产品进行了比较。结果表明：① 在月均值尺度上,与其他再分析产品比较,ERA5产品与站点数据的Corr最高（0.939）,RMSE最小（28.309 W/m²）,Bias（15.4 W/m²）略大于ERA-Interim产品（13.2 W/m²）;CERES卫星反演产品与站点数据的Corr为0.955,RMSE为20.042 W/m²,Bias为5.3 W/m²;② 5套产品的辐射值均高于地面观测数据,存在高估现象,总体上,ERA5产品在中国大陆地区的整体精度高于其他再分析产品,但与CERES卫星反演产品还存在一定差距,日均值比较结论亦具有相似规律。③ 分区评估结果表明在再分析产品中,ERA5产品在4个区域与观测数据都有更好的一致性,但5套产品均在南部区域表现不佳。并且与东北和北部区域相比,ERA5产品和CERES卫星反演产品在西部区域和观测数据相比的RMSE和Bias也相对偏大。     

SST INTRASEASONAL OSCILLATION AND ATMOSPHERIC FORCING SYSTEM OF THE SOUTH CHINA SEA

ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＳｅａ (ＳＣＳ)ｉｓａｓｅｍｉ ｅｎｃｌｏｓｅｄｏｃｅａｎｂａｓｉｎｌｏｃａｔｅｄａｔａｓｐｅｃｉａｌｇｅｏｇｒａｐｈｉｃｐｏ ｓｉｔｉｏｎ ,ｏｎｅｏｆｔｈｅｗｏｒｌｄ’ｓｐｒｏｎｏｕｎｃｅｄｍｏｎｓｏｏｎｒｅｇｉｏｎｓ,ｗｉｔｈｎｏｒｔｈｅａｓｔｗｉｎｄｓｐｒｅｖａｉｌｉｎｇｉｎｗｉｎｔｅｒａｎｄｓｏｕｔｈｗｅｓｔｗｉｎｄｓｉｎｓｕｍｍｅｒ,ａｎｄｉｓａｃｒｕｃｉａｌｒｅｇｉｏｎｏｆｉｎｔｅｎｓｉｖｅａｉｒ ｓｅａｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｇｒｅａｔ…     

Interannual variations of surface winds over China marginal seas

In a study of surface monsoon winds over the China marginal seas, Sun et al. (2012) use singular value decomposition method to identify regional dominant modes and analyze their interdecadal variability. This paper continues to evaluate the interannual variability of each dominant mode and its relation to various atmospheric, oceanic and land factors. The findings include: 1) The intensity of the winter monsoon over the East China Sea is highly correlated with the Siberian High intensity and anti-correlated with the latitudinal position of the Aleutian Low as well as the rainfall in eastern China, Korean Peninsula and Japan; 2) The western Pacific subtropical high is significantly correlated with the summer monsoon intensity over the East China Sea and anti-correlated with the summer monsoon over the South China Sea; 3) The winter monsoon in a broad zonal belt through the Luzon Strait is dominated by the ENSO signal, strengthening in the La Ni a phase and weakening in the El Ni o phase. This inverse relation exhibits interdecadal shift with a period of weak correlation in the 1980s; 4) Analysis of tidal records validates the interdecadal weakening of the East Asian summer monsoon and reveals an atmospheric bridge that conveys the ENSO signal into the South China Sea via the winter monsoon.     

VARIABILITY OF DAILY PRECIPITATION IN CHINA(1980-1993):PCA AND WAVELET ANALYSIS OF OBSERVATION AND ECMWF REANALYSIS DATA

ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅＡｓｉａｎｓｕｍｍｅｒｍｏｎｓｏｏｎｓｙｓｔｅｍｉｎｃｌｕｄｅｓｔｈｅＩｎｄｉａｎ(ｏｒＳｏｕｔｈＡｓｉａｎ)ａｎｄＥａｓｔＡｓｉａｎｓｕｍｍｅｒｍｏｎｓｏｏｎｓ,ｂｏｔｈｏｆｗｈｉｃｈｆｏｒｍｔｈｅｍｏｓｔｄｒａｍａｔｉｃｍｏｎｓｏｏｎｓｙｓｔｅｍｓｉｎｔｈｅＮｏｒｔｈｅｒｎＨｅｍｉｓｐｈｅｒｅ.ＴｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｌａｔｔｅｒａｐｐｅａｒｓｔｏｂｅｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｒａｉｎｆａｌｌｉｎｅａｓｔｅｒｎＣｈｉｎａ.Ｔｈｅｒｅｗｉｌｌｂｅａｎｅｍｐｔｙ…     

EVALUATION OF DAILY PRECIPITATION IN CHINA FROM ECMWF AND NCEP REANALYSES

ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＷｅａｔｈｅｒｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇａｓａｍａｊｏｒｓｕｂｊｅｃｔｉｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｓｃｉｅｎｃｅｈａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｓｉｎｃｅｔｈｅ 1 950’ｓｉｎｔｏａｍｏｄｅｒｎｓｃｉｅｎｃｅ .Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｗｅａｔｈｅｒｆｏｒｅｃａｓｔｍｏｄｅｌｓａｒｅｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｕｓｅｄｔｏｃｈｅｃｋｔｈｅｔｈｅｏｒｉｅｓ,ｒｕｌｅｏｕｔｔｈｅｏｌｄｉｎｃｏｒｒｅｃｔｏｎｅｓａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｎｅｗｉｄｅａｓ,ａｎｄｓｕｇｇｅｓｔｍｅｔｈｏｄｓ…     

用大气热源表征的东亚夏季风指数的研究

利用1965—2007年NCEP／NCAR再分析资料和同期的中国160站降水资料,在讨论大气热源的气候特征基础上,用整层积分的大气热源定义了一个东亚夏季风指数,并用该指数研究了东亚夏季风和中国气候的关系。研究表明：定义的大气热源季风指数能反映夏季风的异常变化,高（低）指数年对应的东亚夏季风偏强（弱）;该指数与长江中下游降水存在高度的同期负相关,对长江中下游夏季降水有较强的分辨能力。     

用大气热源表征的东亚夏季风指数的研究

利用1965—2007年NCEP／NCAR再分析资料和同期的中国160站降水资料,在讨论大气热源的气候特征基础上,用整层积分的大气热源定义了一个东亚夏季风指数,并用该指数研究了东亚夏季风和中国气候的关系。研究表明：定义的大气热源季风指数能反映夏季风的异常变化,高（低）指数年对应的东亚夏季风偏强（弱）;该指数与长江中下游降水存在高度的同期负相关,对长江中下游夏季降水有较强的分辨能力。     

Does polar amplification exist in Antarctic surface during the recent four decades?

There are numerous studies on polar amplification and its influence on mid-latitude weather and climate. However, assessments on whether polar amplification occurs in Antarctica are rarely conducted. Based on the latest atmospheric reanalysis of ERA5 produced by European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF), we have defined the Antarctic amplification index, and calculated the trend of annual and seasonal Surface Air Temperature(SAT) mean during 1979-2019 for Antarctic Ice Sheet(AIS) and the trend mean of different meridional sectors of Antarctic sub regions including East Antarctic Ice Sheet(EAIS), West Antarctic Ice Sheet(WAIS) and Antarctic Peninsula(AP). Antarctic amplification shows regional differences and seasonal variations. Antarctica shows a slight warming with the largest magnitude in AP. The temperature anomalies indicate the least fluctuations in austral summer, and the more fluctuations in winter and spring. In austral summer, the warming trend domains EAIS and WAIS, while the cooling trend appears over AP. The zonal mean in Southern Hemisphere maintains a warming trend in the low latitudes, and fluctuates greatly in the middle and high latitudes. The strongest Antarctic amplification phenomenon occurs in spring, with the amplification index of 1.20. For AP, the amplification occurs in austral autumn, and the amplification index is 2.16. At South Pole and the surrounding regions, SAT for land only fluctuates largely and shows different trends in different seasons. The mechanism of Antarctic amplification is unclear till now, and its research suffers from the limitation of measured data. This suggests that future research needs progress in comprehensive ground observation network, remote sensing data accumulation, and high-resolution climate modeling with better representation of both atmospheric and cryospheric processes in Antarctica.     

Agriculture development-induced surface albedo changes and climatic implications across northeastern China

To improve the understandings on regional climatic effects of past human-induced land cover changes,the surface albedo changes caused by conversions from natural vegetation to cropland were estimated across northeastern China over the last 300 years,and its climatic effects were simulated by using the Weather Research and Forecasting (WRF) model.Essential natural vegetation records compiled from historical documents and regional optimal surface albedo dataset were used.The results show that the surface albedo decreased by 0.01-0.03 due to conversions from grassland to cropland in the Northeast China Plain and it increased by 0.005-0.015 due to conversions from forests to cropland in the surrounding mountains.As a consequence,in the Northeast China Plain,the surface net radiation increased by 4-8 W/m 2,2-5 W/m 2,and 1-3 W/m 2,and the climate was therefore warmed by 0.1℃-0.2℃、0.1℃-0.2℃、 0.1℃-0.3 ℃ in the spring,autumn and winter,respectively.In the surrounding mountain area,the net radiation decreased by less than 1.5 W/m 2,and the climate was therefore cooled too slight to be detected.In summer,effects of surface albedo changes on climate were closely associated with moisture dynamics,such as evapotranspiration and cloud,instead of being merely determined by surface radiation budget.The simulated summer climatic effects have large uncertainties.These findings demonstrate that surface albedo changes resulted in warming climate effects in the non-rainy seasons in Northeast China Plain through surface radiation processes while the climatic effects in summer could hardly be concluded so far.