《气象与环境科学》征稿简则

依据最新的大气分子光谱数据集(HITRAN 2004),利用逐线积分辐射传输模式,模拟计算了大气顶射出红外辐射光谱及其对大气CO2浓度变化的灵敏度,发现:大气CO2 4.3 μm吸收带,特别是2 2412 249 cm-1、2 2502 258 cm-1、2 2592 267 cm-1和2 3822 390 cm-1波段射出的红外辐射,随CO2浓度的增加而显著降低,且很少受其他大气成分变化干扰,因此特别适于用来遥感探测大气CO2浓度的变化.根据最优非线性反演方法,反演获得了015 km的大气CO2廓线,结果表明,利用上述4个通道的红外辐射值,可精确反演出自由对流层的CO2浓度变化.     

利用红外辐射光谱反演大气CO2浓度的理论研究

依据最新的大气分子光谱数据集(HITRAN 2004),利用逐线积分辐射传输模式,模拟计算了大气顶射出红外辐射光谱及其对大气CO2浓度变化的灵敏度,发现:大气CO2 4.3 μm吸收带,特别是2 2412 249 cm-1、2 2502 258 cm-1、2 2592 267 cm-1和2 3822 390 cm-1波段射出的红外辐射,随CO2浓度的增加而显著降低,且很少受其他大气成分变化干扰,因此特别适于用来遥感探测大气CO2浓度的变化.根据最优非线性反演方法,反演获得了015 km的大气CO2廓线,结果表明,利用上述4个通道的红外辐射值,可精确反演出自由对流层的CO2浓度变化.     

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。     

FY 2D静止气象卫星OLR反演模式

介绍FY2D卫星OLR反演模式的建立过程以及模式与NOAA卫星OLR反演模式的相互对比,包括：地球大气红外辐射传输方程,全球3812条大气廓线的大气顶射出辐射率、射出长波辐射通量密度的模拟计算,3812条廓线FY2D窗区通道1、2、水汽通道的通道辐射率模拟计算, 通道辐射率的临边变暗订正关系式的确立、3个通道波段的窄波段辐射通量密度的模拟计算。通过3812条廓线的窄波段辐射通量密度与OLR的XY坐标散点图,建立OLR回归关系式;并通过NOAA17 AVHRR通道5 OLR反演模式与FY2D窗     

风云三号气象卫星红外分光计探测大气CO2浓度的通道敏感性分析

依据红外分光计（InfraRed Atmospheric Sounder,IRAS）光谱通道特征,发展了基于IRAS的大气辐射传输计算模式。以大气分子吸收光谱数据集（HIgh resolution TRANsmission,HITRAN） 2004为初始谱线输入资料,利用该模式模拟计算IRAS在CO2 吸收带的10个通道辐射率测值对CO2浓度变化的响应,并对比了其与大气温度和水汽、O3等气体浓度误差对辐射率测值的影响,探讨了利用风云三号气象卫星探测大气CO2浓度的可行性。结果表明,IRAS的通道4最适于用来监测大气CO2浓度的变化,当CO2体积混合比浓度变化在10×10-6时,对应的辐射率变化同仪器等效噪声辐射率相当,所以IRAS在理想状态下,最高可分辨的大气CO2浓度变化约为10×10-6。     

FY-2D静止气象卫星OLR反演模式

介绍FY-2D卫星OLR反演模式的建立过程以及模式与NOAA卫星OLR反演模式的相互对比,包括:地球大气红外辐射传输方程,全球3812条大气廓线的大气顶射出辐射率、射出长波辐射通量密度的模拟计算,3812条廓线FY-2D窗区通道1、2、水汽通道的通道辐射率模拟计算,通道辐射率的临边变暗订正关系式的确立、3个通道波段的窄波段辐射通量密度的模拟计算.通过3812条廓线的窄波段辐射通量密度与OLR的X-Y坐标散点图,建立OLR回归关系式;并通过NOAA-17 AVHRR通道5 OLR反演模式与FY-2D窗区通道2 OLR反演模式形式的互比,得出两星的OLR反演模式接近,给出2007年2～4月OLR产品个例和产品精度分析.     

大气红外窗区(10.5-11.5μm和11.5-12.5μm)辐射传输的敏感性试验

大气窗区卫星红外遥感的辐射资料可应用于地表温度的确定,但必须考虑大气影响。为此,本文利用辐射传输模式和中纬度及青藏高原模式大气,用数值模拟的方法研究了大气和地表状态(大气温、湿廓线、地表温度与高度)的改变对大气顶红外窗区射出辐射的影响以及射出辐射对发射方向(天顶角)依赖关系。主要结论见正文小结。     

温室气体吸收带重叠对CO2红外辐射效应的影响

利用精确的逐线积分模式,研究了大气主要温室气体H2O、CO2、O3、N2O和CH4吸收带重叠对红外冷却率的影响。同时,通过CO2浓度加倍的敏感性试验,详细讨论了重叠效应对CO2辐射效应的影响。结果表明：气体吸收带重叠对大气红外辐射计算具有重要的影响。在这5种大气主要的吸收气体中,N2O和CH4的重叠效应对总冷却率影响很小,在实际应用中可以忽略两者的重叠作用,采用近似方法处理其贡献。重叠效应对CO2辐射效应影响的总趋势是减弱由于其浓度增加而导致的温室效应的增强,主要贡献来自于CO2 15 μm带的两翼,以及以960 cm-1和1064 cm-1为中心的次级弱吸收区。在垂直方向上,重叠效应主要表现在减弱了地表大气的增温强度,并使对流层大气由原来的冷却作用转变为增暖作用,而对平流层大气的影响很小。此外,由于大气H2O含量的变化,重叠效应还表现出明显的季节性和纬度变率。     

基于FY-3/IRAS利用非线性模式反演OLR

FY-3系列卫星星载IRAS仪器设有26个通道,其中20个通道用于探测地球大气在红外波段的热辐射,通道辐射率代表了地球大气系统在大气顶的向外辐射光谱信息,与总波段的射出长波辐射（OLR）通量相关性高。该文基于逐线辐射传输模式计算软件LBLRTM对全球2521条大气廓线的大气顶射出辐射率模拟数据,计算了每条廓线的OLR和FY-3B/IRAS,FY-3C/IRAS通道辐射率,用统计回归方法建立了利用IRAS的多通道辐射率计算OLR的非线性理论回归模式;应用模式和FY-3B/IRAS,FY-3C/IRAS的L1级数据,处理得到2016年4月1-30日的全球日平均、月平均OLR格点产品。与Aqua/CERES,Terra/CERES仪器宽波段观测OLR产品对比表明:对于水平分辨率为1°×1°的全球月平均OLR格点产品,均方根误差为2.22 W·m-2,相关系数为0.9982 W·m-2,平均偏差为-0.2 W·m-2,表明FY-3/IRAS仪器定标及反演模式均达到较高水平。文中还回顾了历史上不同气象卫星的多种OLR反演算法模式,并对不同模式精度进行了比较。     

晴空时大气红外遥感及其反演问题 I. 理论研究

本文首先研究了晴空情况下大气温、湿廓线及表层温度等参数的同步反演问题。利用一阶变分原理，从红外辐射传输方程中得到了大气温度、水汽权重函数的解析形式，然后利用牛顿非线性迭代法求解大气温度廓线、大气水汽廓线和表层温度。并从“最佳信息层”的概念出发，指出水汽遥感反演的两个特点。     

大气CO2富集对根际NaCl盐渍的人参果植株干物质生产和水分利用的影响

对单株砂培盆栽的半木质化枝条扦插生根的一月龄人生果（Solanum muricatum Ait.）栽培品种＂Xotus＂,每周浇两次200mL NaCl质量浓度分别为0mg·L-1和25mg·L-1的Hoagland营养液处理2个月,第二个月在控制空气CO2体积分数为（350±10）×10-6、（700±10）×10-6和（1050±10）×10-6的植物生长箱内试验。结果表明,人参果植株干物质生产量和耗水量受根际NaCl盐渍而下降,又随大气CO2升高而增加。根际NaCl盐渍能增大植株叶片蒸腾系数、根/冠比和干物质向枝干和根部分配的比例及积累量,降低根系吸收水分的效率和耗水量。升高大气CO2能促进叶片发育及干物质向地上部其他器官和地下部组织分配,增加总叶面积、比叶干重和各种器官中干物质增长量,提高干物质生产率和水分利用率。根际经25mg·L-1NaCl盐渍处理的植株,总干物质增长量和水分利用率相应下降50%～54%和24%～37%;与350×10-6CO2的处理的植株相比,700×10-6及1050×10-6CO2的处理分别使这两项指标提高到79%～106%和61%～88%以及133%～189%和99%～142%。大气CO2富集能改善受NaCl盐渍的植株干物质生产力、提高水分利用率。根际NaCl盐渍和大气CO2富集对人参果植株干物质生产和水分利用有生物互作效应。它们的共同作用会促进植株干物质的增长及叶片中合成的干物质向其他器官分配,提高干物质生产率和水分利用率,同时减少总叶面积、枝条和根系干重、根系吸水效率、植株耗水量和叶片蒸腾系数。因此,全球大气CO2富集将有利于该作物的干物质生产和水分利用。     

新疆博湖地区大气向下红外辐射特性及其对云识别应用的研究

为加强新疆戈壁地区云的自动观测,利用辐射传输模式SBDART和新疆博湖地区历史气候资料,分析了当地大气向下红外辐射对大气影响因子的敏感性和利用全天空红外辐射进行云识别分类的可行性,并提出了一种基于典型云族红外阈值的云分类方法。结果表明：（1）水汽、云、天顶角、能见度等对中红外波段向下红外辐射值都有较大影响;（2）当能见度较差时,气溶胶对向下红外辐射的贡献不可忽略,并由于局地气溶胶辐射特性难以确定,因此是利用天空向下红外辐射进行云识别时的一个不确定因素;（3）根据8～14μm波段不同云族的辐射特性差异分析,阈值法是进行云识别和云族区分的有效方法。但该方法应用效果的好坏依赖于实测探空数据和历史气候数据的有效性及准确性。     

大气沙尘辐射特性的卫星观测

对１９９１年３－５月在ＨＥＩＦＥ实验区过境的１０次ＡＶＨＲＲ测量资料和同期大气浑浊度观测资料的分析结果表明,ＡＶＨＲＲ资料可用于大气沙尘对地系统辐射能收支影响的研究。     

大气NO2柱浓度多轴差分吸收光谱测量技术及应用

介绍了以太阳散射光为光源的多轴差分吸收光谱技术（Multi-Axis Differential Optical Absorption Spectroscopy,简称MAX-DOAS）,以及MAX-DOAS仪器试验应用.试验中选取中午仪器测量的天顶散射光光谱为参考光谱即Fraunhofer参考光谱,并将测量光谱进行消噪、波长校准以及去除Fraunhofer结构处理.利用分子吸收光学厚度和Ring效应光学厚度对处理后的测量光谱进行最小二乘法拟合,反演出了大气NO2差分斜柱浓度（Differential Slant Column Densities,简称DSCD）.分析了天津武清NO2的差分斜柱浓度反演结果,用简单快捷的几何法将NO2差分斜柱浓度转化成对流层垂直柱浓度（Vertical Column Densities,简称VCD）.研究表明,MAX-DOAS可以有效地监测污染地区对流层NO2的垂直柱浓度.     

风廓线雷达对塔克拉玛干沙漠晴天边界层的探测分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站2010年8和10月边界层风廓线雷达资料,分析了沙漠晴天边界层湍流、大气温度、水平风速风向以及垂直速度的发展演变特征和日变化规律。研究表明：（1）大气折射率结构常数（C_n~2）能较好地反映晴空湍流对电磁波的后向散射能力,可以详细刻画湍流发展旺盛区域的高度、强度及其演变特征;沙漠夏季白天湍流发展剧烈,旺盛区域顶部可达4000 m高度左右。（2）RASS系统对沙漠边界层大气温度的探测具有较好的可信度,其近地边界层温度符合一般的日变化规律,昼夜温差显著,白天高温维持时间长,升温过程相对滞后于近地表气温。（3）风廓线雷达对大气风场的探测结果与地面风速风向一致,沙漠晴天主要受东风和东北风控制,风速较小,平均在2.0～6.0 m·s~（-1）范围变化。（4）沙漠腹地大气垂直速度变化符合静力平衡理论,铅直方向运动很弱,一般在-1.0～1.0 m·s~（-1）范围波动。     

用5L混合云室观测抚顺市大气冰核浓度

利用改进的Bigg型混合云室于2011年5-11月在辽宁省气象局抚顺大气成分站对近地层大气冰核浓度进行了测量。根据测量结果,分析冰核浓度日际变化和季节变化特征,讨论了风、气压、气温和湿度以及天气状况等气象要素对大气冰核浓度的影响。结果表明：观测期间,抚顺市大气冰核浓度平均为30个·L_-1（-20 ℃时）;冰核浓度随活化温度的降低呈指数式增加;气象因子对冰核浓度有一定的影响,不同季节影响的程度不同。     

瓦里关山大气二氧化碳浓度变化及地表排放影响的研究

利用非色散红外气体分析方法，在不受人为污染直接影响的瓦里关山进行了大气CO2的连续测量，给出了我国内陆高原大气CO2本底浓度的变化特征，观测表明内陆大气CO2随陆地植被的生长而有明显的日变化及季节的周期变化，其季节变化规律与全球大气CO2本底值的地理分布相一致。瓦里关山大气CO2的年增长率在1993年明显偏低，1994年又有较快的“回升”。地表CO2排放的观测研究还给出了冬季高原草甸土壤的排放特征，测量表明在冬季陆地植被光合作用基本停滞的情况下，土壤CO2的排放率相对增强，其最大排放量可达170 mg/m2·h以上。     

基于观测的污染气体区域排放特征

利用2006年9月—2007年8月河北省固城生态与农业气象试验基地 (固城站) 反应性气体观测数据获得了CO与NO_x,CO与SO₂,SO₂与NO_x体积分数比的变化特征,并将观测得到的体积分数比与从INTEX-B等排放源资料得到的排放比进行比较研究。当风向来自北方向 (北京) 时,固城站的CO和NO_x体积分数显著高于其他方向,而来自南方向 (保定、石家庄) 时,SO₂体积分数显著高于其他方向。固城站观测到的CO与SO₂,CO与NO_x体积分数比分别为43.7和31.6,较排放比高出2~12倍。分析表明:排放源清单对CO排放低估了大约2倍以上,生物质燃料燃烧,尤其是收获季节大规模秸秆燃烧排放可能是重要的且被低估了的源。从观测数据估计得到秸秆燃烧期比平时CO大约多排放了90%±30%,忽略秸秆燃烧期额外排放对CO排放强度估计有重要影响。未来排放源清单编制和使用需要更加关注我国农业区秸秆燃烧排放对排放强度的影响。     

环杭州湾地区自然植被净初级生产力的变化特征及其成因

利用1971—2006年环杭州湾地区25个气象站的降水、温度和云量资料及全球CO2年平均体积分数资料,采用LPJ全球动态植被模式（Lund-Potsdam-Jena Dynamic Global Vegetation Model）,通过模拟环杭州湾地区的植被年净初级生产力（Annual Net Primary Productivity,ANPP）,分析了该地区ANPP的变化特征,并探讨了植被ANPP变化的可能原因。结果表明：1）就环杭州湾地区,36a间植被ANPP均表现出不同程度的增加,尤其以嘉兴市北部、绍兴市东部较明显;全区平均增加速率为1.5243g·m-2·a-2;2）通过多元线性回归分析发现,环杭州湾地区平均云量与植被ANPP的关系最为密切,偏相关系数为-0.5175,而温度、降水与植被ANPP的关系不明显;同时,植被ANPP对气候变化的响应存在一定的地域性差异;3）在全区平均情况下,36a间由温度下降、降水增加、云量减小、CO2体积分数升高引起的植被ANPP变化趋势分别为-0.0813、-0.0171、0.7601、0.8673g·m-2·a-2,其对应的贡献率分别为-5.18%、-1.09%、48.38%、55.21%。由此可见,该地区植被ANPP变化的主要强迫因子是CO2体积分数和云量,而降水变化对植被ANNP的变化作用不大。