塔克拉玛干沙漠腹地晴天与沙尘暴天气大气边界层对比分析

根据2017、2019年7月塔克拉玛干沙漠腹地GPS探空和地面观测数据,利用位温廓线法等方法,对比分析了沙漠腹地夏季晴天和沙尘暴天气大气边界层结构变化特征。结果表明：晴天和沙尘暴天气大气边界层结构特征显著不同。晴天大气边界层各气象要素垂直分布较为均一,白天对流边界层深厚,高度接近5 km,夜间稳定边界层一般在500 m左右。沙尘暴天气边界层内位温和比湿垂直变化较小,风速较大,可达24.0 m/s,其白天对流边界层在1.5 km左右,夜间稳定边界层在1 km左右。晴天辐射强烈,地表升温迅速,湍流旺盛,是形成晴天深厚对流边界层的主要因素。大尺度天气系统冷平流的动力条件,以及云和沙尘减弱了到达地表的辐射强度是形成沙尘暴天气独特的大气边界层结构的主要因素。     

日本MS-130型分光总日射表

1.概况日本EKO公司研制的MS-130型分光日射表能连续记录随太阳高度、云的种类和大气污染状况变化的不同波长的日射量以及由于地表和海洋的季节变化、时间变化和植物生长状态等引起的不同波长的日射量。本仪器可以根据用户要求装上宽带和窄带滤光器。用飞机观测空气污染状况时,还可以利用已达到实用阶段的遥感技术,装上光导纤维,测定各种反照率。 2.应用实例 1)空气污染穿过大气达到地面的各种波长的辐射强度随大气中的水汽量和气溶胶的多少而变化,这种辐射强     

中国西北大气沙尘的辐射强迫

利用CCM3的辐射模式CRM研究大气沙尘的辐射强迫特性。大气沙尘减小地面净辐射冷却地面同时增暖沙尘层大气，最大加热率出现在沙尘层的上部和贴近地面处。地表反照率对地面冷却和大气加热的大小有影响，地面净辐射的减幅和大气加热率在高地表反照率的沙漠大于低地表反照率的绿洲。大气沙尘对地一气系统的辐射强迫同样受地表反照率的影响，存在着一个“临界地表反照率”，其值在0．25～0．3之间。当地表反照率高于“临界地表反照率”(如沙漠)，大气沙尘减小行星反照率增暖地一气系统，反之(如在绿洲)，大气沙尘增大行星反照率冷却地一气系统。     

黑河实验的一些研究成果

本文回顾了黑河实验的执行情况，总结了到目前为止的主要研究成果?得到了干旱地区陆面过程地表参数，地表能量平衡特征和湍流通量参数化的结果，同时得到了干旱地工我陆面过程的物理机制同湿润地区有质的差异这一认识；同湿润地区不同，干旱地区地表蒸散和植被过程并不是地表能量平衡中的控制因子，因为感热并不输送到自由大气仅是大气边界层的强迫因子；而潜热输送给自由大气并且潜热的释放是大气环流的主要能源，但干旱地区很少或     

包含详细水分循环和海冰物理过程的一维气候模式与气候系统内反馈机制的研究

鉴于水分循环和海冰物理过程是气候变化研究中两个比较薄弱的环节，而在以往的一些气候模式中往往简化甚至忽略了其中之一，给气候变化的研究带来了一定的不确定性。因此，我们设计了包含详细水分循环和海冰物理过程的一维气候模式，着重研究了存在气候系统内部的反馈机制，得到以下几点结论:（1）无论在地表还是在大气中，水汽反馈和冰雪反照率反馈均为很强的正反馈，前者比后者要强一些，冰雪反照率反馈在极区比其它地区强一些。（2）降水过程无论在地表还是在大气中均表现为负反馈。（3）在大气中，蒸发过程表现为很强的正反馈；在地表，蒸发过程在中低纬度表现为很强的负反馈，而在高纬度却表现为正反馈。（4）大气中的潜热输送无论在大气中还是在地表均表现为正反馈，其正反馈效应通过放大水汽的温室效应体现出来。(5)大气中的感热输送无论在大气中还是在地表均表现为较弱的负反馈，其负反馈作用通过抑制冰雪反照率反馈而表现出来。（6）不同反馈之间的合成不是两者简单地线性相加，而是以一种非线性方式相互作用。     

包含详细水分循环和海冰物理过程的一维。气候模式与气候系统内反馈机制的研究

紧于水分循环和海冰物理过程是气候变化研究中两个比较薄弱的环节，而在以往的一些气候模式中往往简化甚至忽略了其中之一，给气候变化的研究带来了一定的不确定性。因此，我们设计了包含详细水分循环和海冰物理过程的一维气候模式，着重研究了存在，气候系统内部的反馈机制，得到以下几点结论：（１）无论在地表还是在大气中，水汽反馈和冰雪反照率反馈均为很强的正反馈，前者比后者要强一些，冰雪反照率反馈在极区比其它地区强一些。（２）降水过程无论在地表还是在大气中均表现为负反馈。（３）在大气中，蒸发过程表现为很强的正反馈；在地表，蒸发过程在中低纬度表现为很强的负反馈，而在高纬度却表现为正反馈。（４）大气中的潜热输送无论在大气中还是在地表均表现为正反馈，共正反馈效应通过放大水汽的温室效应体现出来。（５）大气中的感热输送无论在大气中还是在地表均表现为较弱的负反馈，其负反馈作用通过抑制冰雪反照率反馈而表现出来。（６）不同反馈之间的合成不是两者简单地线性相加，而是以一种北线性方式相互作用。     

青藏高原地区大气顶净辐射与地表净辐射的关系

地表净辐射为地气系统净辐射与大气层净辐射之差。对大气层净辐射作不同的假定，可将地表净辐射与大气顶辐射收支之间的关系表示成不同的形式。本文利用１９８２年８月—１９８３年７月青藏高原地区地面辐射收支观测资料及同期ＮＯＡＡ－７辐射收支资料，用统计方法讨论了大气顶净辐射与地表净辐射之间的相关性，建立了两者之间的回归方程，并在此基础上分析了青藏高原地区月平均地表净辐射的时空分布特征。     

那曲地区不同季节陆面过程与大气边界层演变耦合关系的对比分析

陆面过程与大气边界层之间耦合关系是理解青藏高原热力效应的关键环节和难点之一。本文基于那曲高寒气候环境观测研究站2019年5月、 7月和10月地面及探空观测数据分析了青藏高原那曲地区地表能量收支及大气温湿垂直廓线的日变化和季节差异,探讨了该地区干湿季大气边界层高度的演变规律。结果表明,在5月观测期间内受日间净辐射强度变化的影响,对流边界层在晴天较高,为2842 m;阴天较低,为1481 m,强对流天气也可能使其在低层转变成稳定边界层。同时,位于近地层大气的感热和潜热交换为大气边界层的维持和发展提供了能量支持,位温和比湿垂直廓线能够正确反映出那曲地区大气边界层高度的季节性差异,对流边界层高度在5月最高、 10月次之、 7月最低,而稳定边界层在7月最高、 5月次之、 10月最低。     

近地层大气气溶胶对曙暮光辐射强度和天空颜色的影响

采用离散坐标法(DISORT)辐射传输软件包UVSPEC的伪球面模式,计算了300～850 nm波段曙暮光时期地面不同观测仰角的辐射强度和天空颜色.模式选取美国标准大气(U.S. 1976),考虑多次散射效应及水汽、臭氧和二氧化碳的吸收.分析研究了近地层大气不同气溶胶光学厚度时曙暮光天空辐射强度和颜色指数随太阳天顶角和观测仰角的变化.结果表明,曙暮光时天空的红蓝光颜色指数随近地层大气气溶胶光学厚度的变化显著.此方法理论上可以用于近地层气溶胶光学厚度的反演测量.     

边界层温度廓线遥感反演的本地化改进研究

采用MODIS资料和美国发展的MODIS大气温、湿度廓线统计反演算法,估算大气温度、湿度廓线作为初始场,应用101层快速透过率模式(PFAAST)估算了大气透过率,并采用Newton非线性迭代算法反演中国西北荒漠戈壁地区大气温度廓线。结果表明:该方法对边界层高度及以上部分的大气温度反演得比较好,误差基本都在2 K范围内,边界层范围内的温度反演误差较大,反演误差与气溶胶光学厚度增量和地表温度估算误差呈显著正相关关系,与大气水汽混合比的关系较差。文中从敏感性试验和理论分析角度阐述了地表温度和气溶胶光学厚度估算误差对大气温度反演误差的影响,发现不同光谱波段的地表温度权重均随地表温度的增加有不同程度增加,地表温度反演误差增加将增加地表温度权重,提高地表温度估算误差有助于提高地表温度权重的精度;荒漠戈壁地区大气边界层中气溶胶浓度较高,光学厚度较大,使边界层大气透过率降低,进而降低卫星红外遥感波段的地表温度权重和空气温度权重。由于该模式没有很好地考虑边界层中沙尘气溶胶的影响,使卫星反演的大气透过率偏高,以至于高估地表温度权重和大气温度权重,使得反演的表面温度和空气温度偏低。该研究结合太阳光度计获得的光学厚度资料,采用统计方法对气溶胶效应引起的大气透过率误差和表面温度估算误差进行校正,并对物理算法进行本地化改进,实现了边界层温度廓线的反演。     

临震前地球放气与大气顶射出光谱辐射

通过不同分辨率的辐射传输计算，分析了大气中CH4浓度增加对大气顶射出光谱辐射率的影响。在某些波段，射出光谱辐射率在CH4浓度显著增加时会有明显的减少，而气溶胶和水汽等的变化造成的影响又较小。这种通道的射出辐射可反映出大气中CH4浓度的增加，从而有可能通过卫星辐射测量对地震前孕震区大气中CH4浓度增加这一地震前兆进行监测。     

利用可见光与近红外大气窗区的组合通道探测陆面上空气溶胶

本文提出了一种利用可见光与近红外大气窗区内的0.5μm和0.85μm双通道的组合,通过观测地气系统的反射辐射从卫星上遥感陆面上空气溶胶的方法.模拟试验发现,对于不同类型的气溶胶,随着气溶胶光学厚度的逐渐增大,0.5μm和0.85μm双通道的反射辐亮度的差值和比值呈现出明显不同的变化趋势,据此便可以识别出气溶胶的类型,并...     

长春地区紫外光谱（UV-A，UV-B）辐射观测和初步分析

利用我们研制的太阳—大气紫外光谱辐射计，从1992年5月在长春开始试验了野外观测，监视到达地表的太阳直射和大气散射紫外光谱辐射，主要给出长春地区地面紫外辐射，特别是紫外（UV）B段（280～320 nm）光谱辐射的一些基本特点和初步统计特征。由于地表UV-B辐射对生态系统和人类健康有危害作用，其强度随着臭氧减少而增加。该项观测分析将有助于监测和研究臭氧层变薄的实际效应。     

Estimating solar radiation on tilted surfaces with various orientations: a study case in Karaj (Iran)

Summary The aim of this study is the evaluation of models that estimate daily global solar radiation on tilted surfaces from that measured on horizontal surfaces. Global solar radiation incident on a tilted plane consists of three components: beam radiation, diffuse radiation and reflected radiation from the ground. The Klein (1977) method, modified by Andersen (1980), was used for estimating direct solar radiation incident on tilted surfaces and an isotropic model was used for estimating reflected solar radiation incident on a tilted plane. In contrast models for the diffuse radiation component show major differences, which justifies a validation study which has been done. Eight models for derivation of daily slope diffuse irradiance from daily horizontal diffuse irradiance were tested against recorded slope irradiances at Karaj (35°55′ N; 50°56′ E), Iran. The following models were included: Badescu (2002), Tian et al. (2001), Reindl et al. (1990), Skartveit and Olseth (1986), Koronakis (1986), Steven and Unsworth (1980), Hay (1979) and Liu and Jordan (1962). All the models use the same method for calculating beam radiation as well as ground reflected radiation. However, only diffuse component of radiation was compared. Statistical indices showed that Reindl’s model gives the most accurate prediction for the south-facing surface and Koronakis’s model performs best for the west-facing surface. The Relative Root Mean Square Errors (%RMSE), except for Steven and Unsworth’s model that has unacceptable results, for whole data range from 1.02 to 10.42%. In general, Reindl’s model produces the best agreement with the measured tilted data.     

Calibration of a three‐component angular distribution model of sky radiance

Abstract

A three‐component (isotropic, circumsolar and horizon‐brightening) model of the angular distribution of sky (short‐wave) radiance has been tested and validated against a data base of measured sky radiance. The data base encompasses cloud cover 0.0 to 1.0 and solar zenith angles 30 to 80°. Empirical constants have been derived for the model enabling the prediction of sky radiances for any sky condition.     

A polarized microwave radiative transfer model for passive remote sensing

The objective of the present work is to develop a general purpose, polarized, microwave radiative transfer forward model, including calculation of interaction parameters for fast, simultaneous and accurate generation of radiances, for use in a wide variety of atmospheric retrieval applications. This complete polarized model includes the generation of atmospheric profiles, calculation of the interaction parameters and the solution of the vector radiative transfer equations. In the present work, the doubling and adding method is used to calculate radiances. Mie theory is used for spherical particles to evaluate the polarized scattering matrix. Two types of sea surface models applicable for specular and diffuse surfaces respectively are implemented. The model has been validated against standard benchmark cases and experimental data available in literature. While the model is itself generic, parametric studies are performed to study the influence of the vertical structure of the atmosphere, for two polarizations and a set of frequencies to be used on the microwave imager aboard the proposed Indo-French climate research satellite MEGHA-TROPIQUES.     

卫星探测辐射率在数值天气预报中的直接应用

该文叙述在数值天气预报中直接应用辐射率而不经过反演的原因，变分法在辐射率直接应用中的作用，以及介绍变分问题计算中的伴随方法。还指出ATOVS辐射率同样可以在NWP中直接应用。最后，介绍业务NWP直接应用辐射率的情况。     

大气中CO2浓度增加对大气顶射出辐射影响的监测

本文分析了大气中CO2浓度增加对2380-2400 cm-1范围大气顶射出辐射的影响，对温度和其它一些大气成分可能的干扰也进行了考察，提出了可以从卫星上对CO2浓度增加的辐射影响进行监测的通道。     

On the assimilation of satellite sounder data in cloudy skies in numerical weather prediction models

Satellite measurements are an important source of global observations in support of numerical weather prediction (NWP). The assimilation of satellite radiances under clear skies has greatly improved NWP forecast scores. However, the application of radiances in cloudy skies remains a significant challenge. In order to better assimilate radiances in cloudy skies, it is very important to detect any clear field-of-view (FOV) accurately and assimilate cloudy radiances appropriately. Research progress on both clear FOV detection methodologies and cloudy radiance assimilation techniques are reviewed in this paper. Overview on approaches being implemented in the operational centers and studied by the satellite data assimilation research community is presented. Challenges and future directions for satellite sounder radiance assimilation in cloudy skies in NWP models are also discussed.     

Anisotropic model for the diffuse biologically-effective irradiance of solar UV-radiation on inclined surfaces

Summary A model for biologically-effective ultraviolet radiation (UVR) of the sun is described, which allows the calculation of diffuse irradiance on inclined surfaces. A model is presented, for which isotropic scattered and reflected radiance are assumed. Using the horizon as a borderline between the upper and lower hemisphere, the scattering phenomena in the atmosphere for UVR are discussed. In contrast to models for other solar spectral ranges, the radiation field of UVR is close to isotropic. Only the horizon darkening by the long optical pathlengths was included in the model. This term was quantified by the UV albedo.Dedicated to O. Univ.-Prof. Dr. F. Steinhauser.With 1 Figure