欧亚大陆晴天大气电场变化特征统计分析

对欧亚大陆中纬度陆地9个晴天大气电场观测站点的观测数据进行了分析。结果表明:欧亚大陆中纬度陆地9个站点晴天大气电场强度的日变化主要成单峰单谷和双峰双谷两种波形。各站点的晴天大气电场强度季节变化也较为明显:冬季晴天大气电场强度值较大,夏季晴天大气电场强度值较小。晴天大气电场强度值的日变化总体上与大气电导率呈负相关,与爱根核浓度、绝对湿度呈正相关,并且温度梯度也对其有一定的影响。     

成都地区不同天气条件下大气电场特征研究

对某一地区大气电场的研究有助于了解该地区大气电场特征,对分析该地区各种天气过程的特征提供很大帮助。本文利用成都地区2009~2015年大气电场资料,分析结果表明:成都地区晴天大气电场日变化基本上呈现出双峰双谷型,峰值出现在06:00和14:00,谷值出现在03:00和22:00;阴天大气电场有明显的双峰值,相对于晴天大气电场值更小;大雾大气电场强度均为正值,电场强度小于该时段晴天大气电场值;雷电条件下地面电场的起始、发展、结束阶段地面电场变化明显。      

北京地区不同天气条件下近地面大气电场特征

利用2004年8月—2005年11月近地面大气电场仪的观测资料, 对北京地区不同天气条件下近地面大气电场特征进行分析。结果表明:北京地区晴天近地面大气电场日变化呈双峰双谷, 谷值分别出现在北京时05:00和12:00, 峰值分别出现在07:00和23:00, 并且表现出一定的季节变化; 晴天大气电场的变化与气溶胶含量的变化有密切关系, 两者呈正相关; 晴天大气电场与绝对湿度之间也表现出很强的相关性, 在一定程度上反应了水汽对大气电场的作用; 沙尘天气下风速均达到一定强度, 近地面大气电场为负值, 并且变化剧烈, 电场强度与PM₁₀之间呈现较强的负相关, 而电场强度与风速之间没有表现出明显的相关性。     

近地面大气电场数据EMD方法分析

将经验模态分解(EMD)方法应用于2009年夏季近地面大气电场资料的分析,分解出雷暴和晴天天气大气电场的不同时间尺度变化分量,并提取两类天气状态下的大气电场振荡特征进行对比.结果表明:EMD方法适合应用于近地面大气电场资料的分析,雷暴天气大气电场以晴天天气大气电场作为背景场,包含了周期振荡平稳的晴天天气成分;晴天天气大气电场能量集中于长周期振荡分量,而雷暴电场能量主要是集中于短周期振荡分量.发生雷暴前,IMF(本征模态函数)1分量的中心频率会出现明显跳跃或其对应幅度明显增大的现象.利用这些特征对随机选出的38次过程进行预报效果检验,得到预警的探测概率为84.2％.     

在北京气象塔上测量城市边界层辐射特征

利用2004年10～12月在北京325m气象铁塔上所测量的长波辐射和短波辐射垂直分层资料,分析了晴空、霾(烟、尘、轻雾)和浓雾天气条件下塔上两层的辐射特征。结果表明,城市边界层大气对短波总辐射有明显的衰减作用,2m处的总辐射280m处的总辐射。在晴好天气下,衰减比例为11.2%;在霾和雾天气下,衰减比例分别达到22.3%和36.6%。在塔上280m处测量的晴天城市地表反照率为0.12,而在霾和雾天气条件下分别为0.17和0.29。大气逆辐射(向下长波辐射)的日变化没有短波辐射的明显且有规律,晴好天气的辐射通量密度最小,霾天较大,雾天最大,2m处的大气逆辐射一般高于280m处的。向上长波辐射呈明显的日变化,且2m处的向上长波辐射日变化幅度280m处的。净辐射具有典型的日变化,晴天日变化幅度最大,霾和雾天的日变化幅度减小。晴天辐射加热最显著,278m厚气层的辐射加热达1.35℃.h-1,霾天为1.13℃.h-1,雾天为0.40℃.h-1。个例分析表明,在近地面气层内,霾中的气溶胶粒子和雾中的水滴对辐射产生程度不同的影响,并影响到辐射平衡,进而影响不同高度气层的加热和冷却,导致边界层结构的改变。     

西北干旱区夏季晴天、阴天边界层结构及其陆面过程对比分析

以2006年夏季敦煌野外观测的探空资料为基础,对比研究了西北的荒漠区晴天、阴天大气边界层的构造以及对应的陆面过程。结果表明,西北荒漠区晴天和阴天的对流边界层以及稳定边界层均比中国中部、东部地方发展旺盛。相比而言,晴天的边界层在构造和陆面过程都和阴天存有较大差异。晴天对流边界层高度可达3.5 km,稳定边界层高度约为1 km,而阴天这两者的日最大高度分别仅约为2.5km和0.2 km。除边界层高度外,西北荒漠区的比湿表现为阴天高于晴天,晴天比湿随高度变化幅度大于阴天,阴天从地表开始向上200 m内出现较弱的逆湿现象,而晴天不出现逆湿现象。造成晴天、阴天边界层的不同原因主要是热力因子和动力因子差异。首先,强烈的太阳辐射、较大的感热通量转化率使得晴天比阴天热对流发展更加旺盛;其次,近地面水平风速晴天的速度均比阴天大,这种以湍流形式的动力作用也为晴天边界层的发展高度大于阴天提供了一定的动力背景。对流边界层在发展初期受陆面热力因子影响很大,没有了稳定边界层的限制后就会迅速发展,而且发展在时间上与净辐射、地表温度、感热通量的日变化中表现出一定的滞后性,这与能量的转化和传输有关。     

沙尘对南疆沙漠腹地太阳辐射的影响

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中大气环境观测试验站(83°39'E,38°58'N)总辐射、散射辐射和直接辐射的观测资料,分析了塔中大气透明系数变化和沙尘对总辐射、直接辐射、散射辐射的影响。结果表明,10-12月塔中大气透明系数最好,春、夏季最差;晴天大气透明系数最高(0.57),沙尘暴天气最低(0.07)。晴天、浮尘和扬沙天气总辐射最大可达1000 W·m-2以上,而沙尘暴天气最大可达700 W·m-2。晴天散射辐射值大多在400 W·m-2以下,主要集中在100~200 W·m-2范围内;有沙尘的天气大多在600 W·m-2以下。沙尘对直接辐射的衰减最大,晴天、浮尘、扬沙和沙尘暴天气下直接辐射200 W·m-2的概率依次为41.2%,72.5%,78.1%和100%。随着大气中沙尘增多,散射辐射逐渐向高值区域集中。沙尘天气下各辐射日变化曲线波动很大,其中总辐射和直接辐射减小很多;总辐射和散射辐射日变化曲线形态相似、量值接近。大气透明系数与总辐射、直接辐射和散射辐射关系密切。     

太原市大气电场特征分析

本文主要使用大气电场监测系统资料,分析了太原市大气电场的日变化和年变化,着重分析了高污染地区大气电场值明显高于其他地区的典型特征。在其他不受污染的陆地区域,晴天电场值维持在＋120V左右,而太原市会达到＋600v以上。分析其原因主要是：太原市大气常年污染较严重,主要为气溶胶状态污染物,有粉尘、烟液滴、雾、降尘、飘尘、悬浮物等,导致大气电导率降低,大气电场强度显著增加。日变化为双峰双谷型,主高值出现在傍晚,次高值出现在午前;主低值出现在清晨,次低值出现在午后,与太阳和人类活动保持较好的一致性。年变化为单峰单谷型,极大值出现在冬季,极小值出现在夏季。     

平凉地区闪电电场恢复波形的分析

主要利用甘肃平凉地区2013年5月18日—9月1日地面大气电场仪实际测量的大气电场资料,研究了平凉地区闪电放电后地面大气电场恢复波形的变化特征。研究表明:(1)平凉地区闪电放电之后地面电场恢复波形主要分为3个阶段:第1阶段,闪电发生时,地面大气电场强度迅速增大,而在闪电完成放电之后,地面电场强度显著变小;第2阶段,地面大气电场强度减小的过程较为缓慢,电场发生极性的反转,且电场强度呈现出线性的变化趋势;第3阶段,地面电场强度的波动幅度较小,电场幅值处于稳定变化趋势,电荷屏蔽层对每个阶段的影响不同,且在电场恢复阶段还会有很多的小电场突变。(2)当地面大气电场强度达不到一定值时,电荷屏蔽层的影响较小。     

基于地基GPS遥感的大连地区大气水汽总量变化特征

基于大连地区地基GPS综合观测网遥感反演了大气水汽总量（PWV）,分析了大连地区PWV空间变化、逐月变化和日变化特征以及PWV变化与降水的关系,并利用大连本站2005-2011年的探空资料拟合了大连地区地面温度和大气加权平均温度的关系。结果表明：大连本站的PWV与探空积分的水汽含量相关系数达到0.988,均方根误差为2.5 mm。大连地区PWV南北分布比较均匀;PWV最大的月份为7-8月,最大月平均值约40 mm,PWV最小的月份为1月,最小月平均值小于4 mm;大连地区PWV春季和冬季日变化幅度约0.5 mm,夏季和秋季日变化幅度约1.3 mm。夏季和秋季的PWV日变化呈单峰型,春季和冬季的PWV日变化呈多峰型; 在降水发生前8 h 大气水汽总量有明显增加过程,对降水的发生有指示作用。     

一个准稳态的全球大气电路模式

本文用一个全球大气电导率模式和一个全球大气电路模式,计算了地形、大气气溶胶及太阳活动对大气电参量的影响,并估算了它们对地面电流密度和电场的分布影响。结果表明:地形的存在使电离层电势增加,雷暴分布的改变对大气电参量平均值无影响;气溶胶浓度与电离层电势及晴天电阻成正相关。宇宙射线与电离层电势及气—地电流成正相关;气溶胶浓度和宇宙射线的变化也会影响到晴天区电场以及雷暴区地面电流密度和电场;太阳质子流的注入使全球地面电场和电流密度增大,电离层电势不变。     

Lunar phases and atmospheric electric field

The association between the lunar phases and the atmospheric electric field has been investigated from the superposed epoch analysis of the lone series of continuous data of the vertical electric field for Colaba, Bombay (18o53’N, 73o48’E 11 mASL) for the period 1947-1966. Also the periodicities in the atmospheric electric field have been studied from the spectral analysis of the data. The study has indicated that when the full moon is within 4o of the ecliptic plane i. e., Bf 4o, the electric field peaks on the day of the full moon followed by a steep fall in the field val-ues up to 4 days following the full moon day and there after it showed a steep increase. Also, the electric field has exhibited 5-9 day periodicity and its multiples are nearly always present. The periodicity in the electric field corresponds with the average time interval between the successive magnetic sector boundary (MSB) crossings i.e., 7 days. On most of the occasions, the MSB crossing day is associated with a maximum of one or more of the wavelengths derived from the spectral analysis of the atmospheric electric field.     

Apposite of atmospheric electric parameters with the energy coupling function (ε) during geomagnetic storms at high latitude

In this paper we are concerned with the variation of the atmospheric electric field and the air–earth current due to the excessive power generated by the solar wind-magnetosphere dynamo during geomagnetic storms, recorded at Maitri in Antarctica during 2004. A major part of the power generated by the solar wind-magnetosphere dynamo is used in the formation of the ring current and the rest is utilized for Joule heating and auroral particle precipitation. The method adopted by Frank-Kamenetsky et al. [Frank-Kamenetsky A.V., Troshichev O.A., Burns G.B., Papitashvili V.O., 2001. Variations of atmospheric electric field in the near-pole region related to the interplanetary magnetic field. J. Geophys. Res. 106, A1, 179–190.] was utilized to delineate the variations due to the signatures of tropical thunderstorm activity from the geoelectric data; while statistical methods used in our earlier studies were used to delimit variation due to the constant buffeting of the solar wind. We find that the solar wind-magnetosphere energy coupling function (ε) to be well correlated with the atmospheric electric parameters during the onset of geomagnetic disturbances. However the correlation breaks down during minor storms and sub-storm events.     

我国部份地区雷暴活动、大气电场等与太阳活动的关系

本文用时序迭加法统计分析了1976—1985年太阳黑子一个完整周期内太阳活动与雷暴活动及地面大气电场之间的可能相关性。结果表明:高纬度地区有较好的相关性,耀斑爆发以后雷暴指数有明显增大趋势,最大关联日在+5日以后。中、低纬度地区几乎不存在相关性。随着耀斑强度增强,相关性也增大,且影响区域从高纬度向中、低纬度移动。在耀斑爆发后2天左右,地面电场强度增大,其关联日比雷暴指数提前。太阳黑子数和雷暴活动之间的相关性很微弱。本文又从全球电路概念出发,简单地解释了形成上述相关性的可能原因。     

Variations in the atmospheric electric field and Meteorological parameters at a Tropical coastal urban station during 1936–40 and 1962–66

Summary The seasonal and diurnal variations in the vertical component of the atmospheric electric field, air temperature, relative humidity and horizontal wind speed were studied using the surface data for the two periods (1936–40) and (1962–66) recorded at the tropical urban station, Colaba, Bombay (18°51N, 72°49E, 11 m ASL), located on the west coast of India.The atmospheric electric field during the latter period (1962–66) is significantly higher (up to 42.3%) than the earlier period (1936–40). This has been attributed to the enhanced particulate concentrations in the atmosphere. The increase noticed in the atmospheric electric field is a maximum during winter and minimum during the monsoon. The atmospheric electric field exhibited a marked semi-diurnal oscillation with peaks at 0900 LST and 2200 LST during winter, premonsoon and post-monsoon seasons of both the periods. During the monsoon season the double oscillation is not marked.The variations noticed in the surface air temperature and the relative humidity are in agreement with those observed in the atmospheric electric field. The horizontal wind speed showed a decrease which has been attributed to the surface roughness resulting from urbanization.With 7 Figures     

大连区域海陆风环流的数值模拟

本文基于海陆风环流的形成机制,在研究分析海陆风环流形成的物理模型基础上,建立了海陆风环流的数学模型。根据此基础,以大连地区海陆风环流为计算实例,模拟了海陆风形成的压力场、速度场、温度场和湍流动能场的日变化及太阳辐射日变化的过程地面的能量变化及导致的湍流动能的变化,预测出海陆风环流的水平湍流扩散系数和动量、温度和湍流动能的垂直湍流扩散系数,为求解海陆风中的污染物扩散浓度以进行环境污染损失评价提供参考。应用此模型,对大连地区的海陆风环流进行了数值模拟,定性与定量地给出了海陆风场中的速度、压力、温度及湍流动能分布情况和主要参数值。结果表明,海陆风环流的大气压力场局地日变化较小,温度场变化较明显。在中午前后,动量、温度和湍流动能的垂直扩散系数达到了最大值。模拟结果与其他文献模拟结果的对比表明,本文建立的模型模拟与实验的结果相符,但预测精度仍需要进一步检验。     

Possible solar influence on atmospheric electric field

A physical hypothesis for the electrical coupling of the troposphere, ionosphere and magnetosphere has been proposed. It is shown that the vertical mass exchange takes place in the troposphere, ionosphere and magnetosphere by the gravity wave feedback mechanism through a chain of eddy systems. The vertical mass exchange gives rise to a vertical aerosol current which is responsible for the generation and mainte-nance of atmospheric electric field and also the variations in the H-component of the geomagnetic field. Any per-turbation in the troposphere would be transmitted to ionosphere and vice versa. A global perturbation in ionosphere, as the one caused by solar variability, is transmitted to troposphere influencing weather systems/geomagnetic/atmospheric electrification processes.The theory relating to the above physical mechanism is discussed. Also, results of analysis of at-mospheric electrical field data for Colaba, Bombay (8°53’ 56”N, 72° 48’ 54”E, 9.8 m ASL) and solar activity indices (Ap index, DST index and MSB crossing dates) for the 31 year period from 1936-1966 which provide statistical evidence for solar influence on atmospheric electrification processes are presented.