酸雨观测中pH测量负偏差的统计分析

该文对1992—2011年的酸雨观测资料中存在的pH测量负偏差进行统计分析。结果显示:除西北地区、青藏高原外的大部分酸雨观测站不同程度地出现pH值测量负偏差,总体上南方地区台站的pH测量负偏差问题较北方地区突出;随着测量仪器的更新换型、观测业务规范化管理水平的提升以及一些针对性技术措施的实施,存在pH测量负偏差问题的观测台站比例从20世纪90年代的40%以上下降为25%,观测资料中受pH测量负偏差影响的数据比例由10%下降到2%。pH负偏差的量值与降水pH值之间存在一定依存关系:降水pH值越低,负偏差问题越严重,pH负偏差的主要量值分布区间为-0.6~0,约占负偏差数据的80%。     

电导率加和性质及其在酸雨观测数据质量评估中的应用

大气降水中离子成分的电导率具有可加和性, 国际上已经普遍应用该原理对大气降水离子成分观测的数据质量进行分析和评估, 即所谓的相对电导率差 (conductance percent difference, CPD) 方法。该文应用CPD方法对我国4个大气本底观测站的电导率和降水离子成分数据进行了数据质量分析, 针对我国的降水电导率范围偏高等特点, 对国外推荐的CP D统计检验指标的适用性进行了讨论, 指出在我国应用CPD方法时宜采取pH值分组的方式, 并根据这种分组方式的统计分析, 估计4个大气本底观测站的部分pH值观测数据可能存在-0.05左右的测量误差。该文还依据降水中离子成分电导率的可加和性原理, 提出K-pH不等式方法, 可以用于中国气象局酸雨观测站网的pH值和电导率数据的现场校验和数据质量的分析评估。应用K-pH不等式方法对观测数据进行现场质量检验时, 对pH值小于5.0范围的酸性降水效果尤其显著。应用K-pH不等式方法对1992—2005年间全国酸雨观测站观测数据的统计分析显示, 部分酸雨观测站的pH值测量数据可能存在-0.1~-0.3左右的系统性负偏差。     

全国酸雨观测网未知水样考核结果的统计分析

应用客观统计方法,整理分析了1992年以来全国酸雨观测站网的11次pH未知水样和2次电导率未知水样的考核结果。分析显示,采用稀释和pH调制的标准缓冲溶液作为pH未知水样,其测量偏差随pH标准值的变化不显著,历年的测量标准差均小于0.2pH单位。pH未知水样测量偏差的波动状况指示出观测台站仪器和人员的技术状态变化,对仪器更新、人员培训以及新业务规范的执行等业务建设和质量管理活动有显著的正面响应。对pH未知水样测量偏差的统计还显示,2001年后pH平均测量偏差出现负偏态分布特征,该特征在总体偏差较大时尤为明显,说明部分技术状态不良的台站往往容易出现较大的系统性负偏差。根据考核结果,按照世界气象组织(WMO)推荐的方法,计算除1992年外各次考核的pH值测量的修正绝对中值偏差为0.03～0.10pH单位,1992年和2006年电导率测量的修正绝对中值偏差为4%～5%。修正绝对中值偏差的逐年波动情况反映了全国酸雨观测网pH测量的总体偏差也明显地受台站技术状态波动的影响。     

酸雨观测异常数据的试验分析和处理方法

本文就酸雨观测仪器在测量操作中出现的异常状态进行了试验和分析,且对校错电极常数、测温系统故障、“后测K值”3种异常状态,结合酸雨观测业务实践进行了试验、分析和讨论.推导出校错电极常数的电导率订正公式;制定了仪器测温系统故障的应急观测方案;指出“后测K值”会导致数据严重失真,测量中必须严格遵循“先测K值”规程;并建议在《酸雨观测业务规范》修订时,增加本文有关的分析和处理方法.     

上海地区酸雨气候特征及成因分析

基于宝山及浦东两个气象站的酸雨历史观测资料,分析了上海地区酸雨长期变化的气候特征及其形成原因,并对比分析降水酸度的空间分布差异。宝山站降水总体上呈弱酸性,多年平均pH值为5.21,酸雨率为24%。降水pH值年际变化仅呈现微弱下降趋势,电导率K值呈明显地逐年上升变化,平均每年增加2.0 μs·cm^-1,而酸雨率波动较大,由2004年8%增至2009年48%。降水pH值在冷季较低,暖季较高,电导率K值正相反。浦东酸雨平均pH值4.38,低于宝山的5.08,酸雨率浦东79.5%,远高于宝山的33%。大气污染物SO₂、NO₂及PM₁₀浓度与酸雨pH值呈负线性相关,而与电导率K值呈正相关。大气颗粒物含量、污染物化学组成、降水量、风向等对降水pH值及酸雨率变化具有重要的影响作用。     

酸雨观测异常数据的试验分析和处理方法

本文就酸雨观测仪器在测量操作中出现的异常状态进行了试验和分析,且对校错电极常数、测温系统故障、"后测K值"3种异常状态, 结合酸雨观测业务实践进行了试验、分析和讨论。推导出校错电极常数的电导率订正公式;制定了仪器测温系统故障的应急观测方案;指出"后测K值"会导致数据严重失真, 测量中必须严格遵循 "先测K值"规程;并建议在《酸雨观测业务规范》修订时, 增加本文有关的分析和处理方法。     

酸雨观测记录审核流程和质量控制

陕西省目前有15个台站开展酸雨观测业务,其中有5个属于国家级酸雨观测站。除西安站外,其它台站酸雨观测始于2006年。中国气象局规定[1],酸雨观测站每日08时(北京时,下同)为酸雨观测降水采样日界。当日08时至次日08时降水量达1.0 mm以上必须采集一个酸雨观测样品,测量降水酸度pH值,电导率K值。每日16时前     

长春市酸雨变化特征及其影响因素分析

利用2012—2015年长春市酸雨观测资料和同期气象要素观测资料、探空资料及大气污染物监测资料,对长春市酸雨的变化特征及气象条件对酸雨的影响进行了分析,并研究了大气污染物浓度对酸雨的作用。结果表明:2012—2015年长春市由轻度酸雨区逐渐发展为中度酸雨区,降水pH值呈波动下降的趋势,秋季和冬季降水的pH值低于春季和夏季,降水的电导率K值呈相反的变化态势。长春市区酸雨更易发生在小量级降水中,受偏南风或偏西风影响时,酸雨污染严重;降水pH值随逆温温差和逆温厚度的增大而减小。长春市降水pH值与前一日的SO_2和NO_2浓度呈显著的负相关关系,可见NO_2和SO_2浓度对长春市酸雨污染的贡献更大。     

广州地区酸雨长期变化趋势分析

根据1992—2012年的酸雨观测记录,对广州地区的酸雨变化特征及其长期趋势进行了统计分析。结果表明,近21年,广州地区酸雨年、季、月变化明显,降水年均pH最低出现在1998年,其年均pH为3.43,最高出现在2012年,其年均pH为4.65。降水pH大体经历了两个阶段,1998年以前降水pH呈现波动式下降,平均变化率约为-0.14a-1,1999年后降水pH逐年增大,特别是2009年后降水pH稳步增长,平均变化率约为0.03a-1;春季酸雨污染严重,夏、秋季次之,而冬季酸雨污染相对较轻;各月降水pH均较低,pH最高月出现在12月,平均值为4.36,2月pH最低,为3.95。在污染源稳定的情况下,降水强度影响pH,降水量增大时,降水pH越高,降水电导率K也越低;风速越大,降水pH则越高,降水电导率K则越小,酸雨发生频率也越小;风向影响降水pH,出现偏西风时,酸雨污染相对严重。     

酸雨自动观测与人工观测对比试验研究

选取2021年1月—2022年5月乌鲁木齐市国家基本气象站、2021年1月—2022年12月伊宁国家基本气象站以及2020年4—12月、2021 年1—8月、2022 年3—5月喀什国家基准气候站的酸雨观测数据共计206条,开展自动和人工酸雨观测对比试验,分析pH值和电导率（K值）之间的差异。研究结果表明：（1）在pH值和电导率的一致性方面,乌鲁木齐气象站和喀什气象站电导率的一致性明显大于pH值的一致性,乌鲁木齐气象站电导率和pH值数据均具有显著的线性正相关性,喀什气象站的电导率数据显示有较高的线性相关性,而pH值的相关性则具有中等线性相关性,而在伊宁气象站pH值和电导率的相关性都相对较弱;（2）在平行比对相关性方面,乌鲁木齐气象站的pH值和电导率的人工观测和自动观测结果具有较好的相关性,而喀什气象站的pH值人工观测和自动观测结果的相关性较差,伊宁气象站的降水的pH值和电导率的人工观测结果也与自动观测结果相关性较差;（3）人工观测和自动观测结果之间的差异可能是多种因素综合影响的结果,其中包括采样方式和观测方法的不同,以及观测时间的差异等,人工观测受制于观测人员的经验和操作水平,而自动观测则更加精确和稳定,此外,观测时间的不同也可能导致观测结果的差异,自动观测可以实时监测,避免了漏采或误采现象。     

酸雨观测质量考核方法的改进与评估

本文汇总整理了20余年来中国气象局酸雨观测站网未知水样考核数据,对比分析了2005和2007年考核成绩评定方法和考核水样制备方法改进前后的差异,对方法改进的效果进行了评估。分析显示,改进后的方法与WMO-GAW的标准技术方法接轨,成绩评定更加客观,考核水样pH值、电导率和化学组成与实际降水相近,更加有利于真实准确地反映台站降水测量的技术状态,对整个观测站网业务质量的不断改进提高起到了积极的促进作用。     

全球地面降水月值历史数据集研制

全球降水历史数据是开展气候、水循环等研究的基础。收集整理全球12个数据源降水历史月值资料,通过站号、站名甄别不同数据源中相同台站,对344个通过相关系数、一致率、均值t检验、方差F检验的台站多源资料进行拼接,尽可能多地融合各套数据产品优势,最终形成全球降水历史月值数据集(CMA Global PrecipitationV1.0, CGP)。数据集重点解决当前国际数据产品在东亚地区站点稀少、同时应用多套数据应用门槛较高等问题。数据集收录3.1万个台站共计1.87×107组月降水记录, 4152个台站序列长度达百年。与美国大气海洋局(NOAA)的全球降水数据集(GHCN-M V2.0)对比,CGP新增1万个站点、0.5×107组有效观测记录和1030条百年序列,其中141条百年序列通过多源整合技术获取。CGP的站点和数据量优势主要体现在东亚、东欧、西伯利亚等站点稀疏地区。基于CGP分析的全球降水时空特征与国际同类产品的结果较一致。新增的数据虽然没有改变全球降水分布的总体特征,但对区域性的百年降水变化检测有一定影响。基于CGP的全球降水百年序列结果显示,20世纪前半叶全球降水量偏小,近20年是1900年以来全球降水量最大的时期,各纬度带、各个国家或地区的降水长期变化趋势呈现显著的差异。      

GPRS/GIS技术在自动雨量监测网中的应用

为提高沈阳市气象事业的现代化水平和服务水平,利用分组无线业务(GPRS)和地理信息系统(GIS)技术将分布在沈阳市各个县区的46个自动雨量站组建成自动雨量监测网。GPRS具有快捷登录、高速传输、永远在线、按量计费等优点,为监测网提供了可靠的通信子网。GIS在信息处理上具有空间分析的优势,不但可以进行自动雨量站的空间定位、雨量属性查询,还可以利用空间插值方法将离散的雨量数据转换成连续的雨量空间分布,使雨情的表达方式更为直观,提高了雨情的分析与处理水平。     

A joint dataset of fair-weather atmospheric electricity

A new open access dataset ATMEL2007A (http://ael.physic.ut.ee/tammet/dd/) takes advantage of the diary-type data structure. The dataset comprises the measurements of atmospheric electric field, positive and negative conductivities, air ion concentrations and accompanying meteorological measurements at 13 stations, including 7 stations of the former World Data Centre network. The dataset incorporates more than half a million diurnal series of hourly averages and it can easily be expanded with additional data. The dataset is designed for importing into a personal computer, which makes possible the appending of private data and safely protecting it from public access. Available free software allows extracting data excerpts in the form of traditional data tables or spreadsheets. Examples show how the dataset can be used in the research of the correlations and trends in atmospheric electricity and air pollution.     

Two Ultraviolet Radiation Datasets that Cover China

Ultraviolet(UV) radiation has significant effects on ecosystems, environments, and human health, as well as atmospheric processes and climate change. Two ultraviolet radiation datasets are described in this paper. One contains hourly observations of UV radiation measured at 40 Chinese Ecosystem Research Network stations from 2005 to 2015. CUV3 broadband radiometers were used to observe the UV radiation, with an accuracy of 5%, which meets the World Meteorology Organization's measurement standards. The extremum method was used to control the quality of the measured datasets. The other dataset contains daily cumulative UV radiation estimates that were calculated using an all-sky estimation model combined with a hybrid model. The reconstructed daily UV radiation data span from 1961 to 2014. The mean absolute bias error and root-mean-square error are smaller than 30% at most stations, and most of the mean bias error values are negative, which indicates underestimation of the UV radiation intensity. These datasets can improve our basic knowledge of the spatial and temporal variations in UV radiation. Additionally, these datasets can be used in studies of potential ozone formation and atmospheric oxidation, as well as simulations of ecological processes.     

热带气旋强度资料的差异性分析

通过对比西北太平洋3个主要预报中心(中国气象局(CMA)、日本东京台风中心(RSMC Tokyo)和美国联合台风警报中心(JTWC))的16 a数据,分析了不同来源的热带气旋(TC)强度资料的差异性。结果表明:CMA与RSMCTokyo和JTWC的TC强度均值分别相差0.6和1.7 m/s,均通过1%信度的统计检验,即存在显著差异;3个中心对同一TC确定的强度最大差异超过30 m/s;CMA资料的台风数多于RSMC Tokyo和JTWC,年台风频数的均方差也最大,但是3个中心资料的各级TC频数差异均无统计显著性。对比有、无飞机探测时段的资料发现,对TC进行飞机探测可在一定程度上减小各中心在确定TC强度方面的分歧。为了初步了解上述资料问题对TC强度预报的可能影响,采用一个气候持续性预报方法,取不同来源的TC强度资料进行了4 a(2000—2003年)的预报。发现据JTWC资料所得TC强度预报有最大的均方根误差,RSMCTokyo的最小,CMA居中;据CMA和RSMC Tokyo(CMA和JTWC)资料,对相同TC相同时次24 h预报的平均绝对偏差达2.5(4.0)m/s,最大可相差16(21)m/s。可见,西北太平洋TC强度的基本资料问题增加了预报的难度。     

内蒙古地区下垫面变化对土壤湿度数值模拟的影响

利用第二次全国土壤调查土壤质地数据（SNSS）和中国区域陆地覆盖资料（CLCV）将陆面过程模式CLM3.5（Community Land Model version 3.5）中基于联合国粮食农业组织发展的土壤质地数据（FAO）和MODIS卫星反演的陆地覆盖数据（MODIS）进行了替换,使用中国气象局陆面数据同化系统（CMA Land Data Assimilation System,CLDAS）大气强迫场资料,分别驱动基于同时改进土壤质地和陆地覆盖数据的CLM3.5（CLM-new）、基于只改进陆地覆盖数据的CLM3.5（CLM-clcv）、基于只改进土壤质地数据的CLM3.5（CLM-snss）和基于原始下垫面数据的CLM3.5（CLM-ctl）,对内蒙古地区2011～2013年土壤湿度的时空变化进行模拟试验,研究下垫面改进对CLM3.5模拟土壤湿度的影响。将四组模拟结果与46个土壤水分站点观测数据进行对比分析,结果表明:相对于控制试验,CLM-clcv、CLM-snss和CLM-new都能不同程度地改进土壤湿度模拟,其中CLM-clcv主要在呼伦贝尔改进明显,CLM-snss则在除呼伦贝尔以外的大部地区改进显著,CLM-ctl模拟的土壤湿度在各层上均系统性偏大,而CLM-new模拟土壤湿度最好地反映出内蒙古地区观测的土壤湿度的时空变化特征,显著改善了土壤湿度的模拟,体现在与观测值有着更高的相关系数和更小的平均偏差与均方根误差。     

ERA-Interim和NCEP/NCAR再分析数据气温和气压值在中天山山区适用性分析

利用在天山山区海拔超过1 500 m的气象站的逐日气温和气压数据与同期经过水平方向和垂直方向插值后ERA-Interim和NCEP/NCAR两套再分析数据进行回归分析,研究再分析数据在天山山区不同季节的适用性,并验证再分析数据偏差与气候区的一致性。结果表明:从整体上,ERA-Interim数据气压和气温的可信度优于NCEP/NCAR数据,但在局部存在差异。两套再分析数据的偏差与气候分区、高程和季节相关。中天山山区再分析数据气温偏差呈现暖偏差,而天山南坡呈现冷偏差。两套再分析数据的气温偏差在高山带呈现暖偏差,在中山带呈现冷偏差。春秋两季气温的偏差小于夏冬两季。气压的偏差在夏季低于其他三季。而偏差可能会导致以再分析数据为驱动的气候模式结果的偏差。