强沙尘暴发展与干飑线—黑风暴形成的一个机理分析

该文分析了１９９３年５月５日黑风暴的发展过程和景观以及天气形势，研究了干飑线和强冷锋前干飑线发展同黑风暴爆发的关系。分析结果指出：由于强冷锋过境时冷锋前干飑线移至被强烈太阳辐射加热的地表以及条件不稳定大气层结结构，干飑线进一步发展至使黑风暴爆。黑风暴的沙墙是类似于飑线阵风锋面的干飑线阵风锋面的干飑线沙暴锋面。它是阵风锋面前沿反向上升气流卷起干燥地表尘沙面形成的。     

黑河中上游不同下垫面动量总体输送系数和地表粗糙度对比分析

利用廓线法计算了黑河中上游地区盈科农田站、冰沟稀疏草地站、阿柔牧场站和大冬树山垭口积雪观测站的总体输送系数和地表粗糙度。结果表明,地表粗糙度与植被覆盖度和高度以及下垫面的性质有关,夏季地表粗糙度大小是农田站最大,其次是牧场站和稀疏草地站,高寒草甸站最小。下垫面状况还影响动量总体输送系数对稳定度的依赖程度,地表粗糙度大的地区强于地表粗糙度小的地区。     

反演寿县TMI微波频率的地表比辐射率

利用一个微波辐射传输模式，晴天下的大气探测廓线，地面的部分观测资料以及卫星观测的亮温，计算了淮河流域能量和水循环实验(HUBEx)中，寿县地区的热带降雨观测卫星微波成像仪(TRMM／TMI)微波频率的地表比辐射率。通过比较所计算的微波地表比辐射率随地表状况的改变，发现地表微波比辐射率随地表状况的变化存在敏感性，并且其变化是合理的。本中，地表肤温设定等于地表空气温度，并且仅计算了寿县的地表比辐射率，在HUBEx区域上的地表比辐射率的计算需要更多的观测资料。     

利用FY-1D极轨气象卫星分裂窗区通道计算陆表温度

根据理论和经验上已证明的地表温度与AVHRR窗区通道4、5的亮度温度存在线性或非线性关系, 通过对2818条全球晴空大气廓线做不同比辐射率地表的FY-1D窗区通道4、5辐射率的模拟计算, 推导出FY-1D极轨气象卫星的红外通道4、5亮温与地表温度的二次回归关系式。同时详细介绍了由这一回归关系式和FY-1D高分辨率图像传输 (HRPT) 遥测数据计算陆表温度的方法, 最后给出陆表温度计算结果的精度:用中国地面气象台站的0 cm地温观测数据与相同时刻的分辨率为0.01°×0.01°经纬度的卫星陆表温度相对比, 两者非常吻合, 绝大部分台站|ΔT|＜3.0 K。     

非单一水平均匀下垫面空气动力学参数的确定

文章介绍了一种利用单一高度风速、温度湍流资料确定空气动力学参数的方法。该方法无须进行风速廓线的测量，可以应用于非单一水平均匀下垫面和非中性层结，避免了主观性。用该方法计算了北京城市北部边缘325 m气象塔附近的零值位移d和地表粗糙 z0。结果表明:该处下垫面零值位移d和地表粗糙度z0与风向有很强的依赖关系，与气象塔周围的城市建设相对应。     

激光雷达与微波辐射计联合观测大气边界层高度变化

为了研究苏州地区大气边界层结构的日变化及季节特征,利用2014年1—7月期间大气颗粒物激光雷达对苏州上空大气气溶胶进行了连续观测。选定2014年1月15日、3月16日、5月7日与7月22日全天的消光系数探测数据,通过优化后的梯度法得到了该地区的大气边界层高度,分析了其日变化特征,并分析了边界层高度与地表的温湿变化之间的相关性。结果表明除1月15日外,边界层的变化与地表温度存在明显的正相关,而与地表的相对湿度存在负相关。同时,对站点微波辐射计观测得到的温湿廓线与边界层内消光系数廓线进行了联合研究。研究结果表明,微波辐射计湿度垂直廓线与激光雷达消光系数廓线探测得到的边界层具有良好的一致性。     

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。     

基于Landsat TM/ETM＋数据的北京城市热岛季节特征研究

利用1988—2006年20景LandsatTM和ETM＋数据分析了北京市城市热岛的季节变化特征。通过反演地表温度,建立统一的城市和农村区域,计算了城市热岛强度,并采用多项式拟合获取了城市热岛强度的季节变化曲线;同时,分析了热岛强度季节特征与气候因子的关系。另外利用4景2005—2006年不同季节Landsat TM影像,分析了不同季节城市热岛的空间变化特征,并选择穿越北京城区的两条不同方向剖线（SE-NW和SW-NE）,分析了沿剖线方向城市热岛与地表类型的关系。结果显示,北京城市热岛具有明显的季节变化特征,与总云量的季节变化关系显著。最大热岛强度出现在夏季,呈现片状发散和零星热岛并存的空间分布特征。冬季为冷岛特征,其空间分布与夏季热岛一致。春秋两季热岛强度最小,但春季热岛空间差异较大。在相同季节,城市热岛强度和空间尺度在不同剖线方向具有明显的差异,这与不同地类的空间分布有关。     

地表类型影响区域水循环的模拟试验

利用1992-2001年10a逐日降水、气温、湿度、风速和气压资料，使用气候要素逐步插值方法，修改VIC模式同一栅格中多种覆盖类型蒸发的计算方法，采用遥感等4种地表覆盖类型，考虑植被分布不均匀性，计算各种植被类型对地表水循环的贡献，结果表明：1）均匀落叶阔叶林地表年平均流量误差为-24．82％，均匀农田地表年平均流量误差为21．82％，《中国资源与环境数据库（1：400万）》（REDC）地表年平均流量误差为-14．32％，遥感地表的年平均流量误差最小，为1．43％，与实测吻合。2）采用均匀落叶阔叶林地表类型计算的蒸散，与降水年平均分布一致，与地形无关；均匀农田地表类型计算的蒸散，受地形影响明显；REDC地表类型计算的蒸散空间分布与地表植被类型有较好的对应关系。3）VIC-3L具有描述各类地表类型的能力，能够模拟出同一网格单元中多种植被类型对地表蒸散、径流等的作用，计算得到的蒸散、蒸发、径流等地表水平衡分量和空间分布显示出与均匀地表类型结果明显的不同。4）应用遥感地表覆盖类型，计算的地面蒸散、径流、土壤湿度和积雪升华的空间分布表明，地面蒸散受植被类型的影响是显著的。     

从Himawari08卫星估算晴空地表长波辐射及其日变化特征初探

通过446183条全球晴空大气廓线的红外辐射传输模拟和统计回归,建立了由Himawari08成像仪通道遥测数据估算晴空地表上行、下行长波辐射通量的反演模式,模式应用于成像仪观测资料,处理出晴空地表上行、下行长波辐射通量实时产品,2016年2~6月的产品精度验证试验结果为:与相同时刻的AQUA卫星CERES仪器同类产品相比,地表上行通量均方根误差R_e=7.9 W/m2,相关系数R=0.9399,地表下行通量R_e=14.5 W/m2,R=0.9586;与由中国地面气象站地面气温和相对湿度观测经Brunt、Brutsaert经验公式计算的实时地表下行长波辐射通量相比,R_e=15.34 W/m2,R=0.8786;与用陆表温度计算的地表上行长波辐射通量相比,R_e=12.6 W/m2,R=0.9977。研究了2016年2、6月的晴空地表长波辐射产品,发现陆地晴空上、下行通量有着与太阳加热地表增温相应的明显日变化特征,峰值出现在12:00（当地时间,下同）至14:00,低谷出现在04:00至07:00,下行通量与上行通量几乎同步变化或约有延时,陆地上2个通量归一化的日变化指数类似一个半正弦曲线,而海面长波辐射通量则没有明显的日变化规律。     

利用遥感地表参数分析上海市的热岛效应及治理对策

从NOAA-AVHRR数据提取出晴空状况下上海市的地表反照率、地表温度和植被指数参数，分析了冬夏两季遥感地表参数所反映的热岛效应变化。发现在冬夏两季的白天和夜晚都存在明显的城市热岛效应，在冬季夜晚的热岛效应比白天强，而在夏季夜晚的热岛效应比白天弱。这是由于下垫面的差异，导致白天城区地表温度大大超过郊区。城区的地表反照率和植被指数始终小于郊区。进一步的相关分析表明，夏季城市的地表温度与植被指数、地表反照率存在显著的负相关，相关系数分别为-0．975、-0．712。通过提高植被覆盖率和地表反照率，可以减小城市热岛效应。     

晴天地表太阳辐射的参数化

讨论了晴天地表太阳总辐射和地表太阳净辐射瞬时值的参数化方法。首先利用辐射传输模式和中纬度夏季标准大气廓线,分谱带计算晴天各种大气条件下地表反射率取定值时的地表太阳总辐射,并把所得的结果作为标准资料,提出参数化方案。然后将地表反射率的影响作为误差项进行订正,从而得到各种地表反射率条件下的晴天地表太阳净辐射的计算方法。该方法的拟合精度较高,拟合值与辐射模式标准值的平均相对误差在0.3%以下。该参数化公式可以用于大尺度数值模式中地表辐射平衡的计算,以期达到地表辐射平衡计算与模式积分同步进行的目的。     

植被退化对典型草原冬季地表积雪的影响

冬季积雪是典型草原重要的水分生态过程之一，也是草场春季降雨之前的重要水分来源。通过野外雪深样线调查和产量样方测定，对3个不同退化样地内的冬季积雪特征及分布格局及其影响因子进行了系统的分析，初步得出以下结论：（1)群落内的积雪覆盖层从表面到底面雪层分为新雪、压实雪和深房积雪3种;（2)植被退化，特别是严重退化,将显著降低冬季地表积雪厚度，其主要因素为立枯的高度和密度，立枯的高度越高，量越大，积雪深度就会越深；锦鸡儿灌丛的存在对冬季地表积雪有重要的影响，灌丛中积雪的重量与锦鸡儿的高度、体积存在显箸的正相关。     

基于ＬａｎｄｓａｔＴＭ／ＥＴＭ ＋数据的北京城市热岛季节特征研究

利用１９８８—２００６年２０景ＬａｎｄｓａｔＴＭ和ＥＴＭ＋数据分析了北京市城市热岛的季节变化特征。通过反演地表温度,建立统一的城市和农村区域,计算了城市热岛强度,并采用多项式拟合获取了城市热岛强度的季节变化曲线;同时,分析了热岛强度季节特征与气候因子的关系。另外利用４景２００５—２００６年不同季节ＬａｎｄｓａｔＴＭ影像,分析了不同季节城市热岛的空间变化特征,并选择穿越北京城区的两条不同方向剖线（ＳＥ ＮＷ 和ＳＷ ＮＥ）,分析了沿剖线方向城市热岛与地表类型的关系。结果显示,北京城市热岛具有明显的季节变化特征,与总云量的季节变化关系显著。最大热岛强度出现在夏季,呈现片状发散和零星热岛并存的空间分布特征。冬季为冷岛特征,其空间分布与夏季热岛一致。春秋两季热岛强度最小,但春季热岛空间差异较大。在相同季节,城市热岛强度和空间尺度在不同剖线方向具有明显的差异,这与不同地类的空间分布有关。     

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。     

利用MODIS大气廓线产品计算空气相对湿度的方法研究

森林火灾遍及全球，损失巨大。火险天气指数（FWI）是森林火灾预警和管理的有效工具。相对湿度（RH）是计算天气火险指数一个非常重要的参数。然而，由插值方法得到的RH在远离气象站点的地方往往存在很大的误差。因此，尝试利用MODIS遥感数据计算基于像元的高分辨率RH。MODIS的MOD07大气廓线产品，可以提供大气可降水量和地表气温数据。基于地面水汽压和大气可降水量的经验关系，利用MODIS数据计算了地表空气的相对湿度，平均绝对误差小于5％。结果表明，利用MODIS数据能简单而有效地计算地表空气的相对湿度，拓展了遥感技术在森林火险管理中的应用。     

青藏高原地区云对地表净辐射的影响

利用１９８２年８月－１９８３年７月青藏高原地面热源观测实验资料，分析了云量，云状对地表净辐射的影响，计算了与云对地表净辐射强迫作用有关的参数。研究表明：地表净辐射是云量的线性函罢 ２对地表净辐射的影响有明显的季节性差异，在春季和夏季，云对地表净辐射的影响非常强烈，并且地表净辐射随云量的增多而减小，在秋季和冬季，云对地表净辐的影响较小，并且地表净辐射随云量的增多百增大。     

青海省甘德两次降雪过程的微气象特征分析

利用青海省甘德两次降雪过程的微气象观测数据,探讨了两场降雪过程雪深、雪密度、雪中含冰量、雪中含水量和雪面温度的变化情况,分析了地表反照率与雪密度、雪中含冰量及雪中含水量的关系,结合降雪过程近地面温、湿、风廓线特征分析了积雪对近地面温、湿、风梯度的影响。结果表明:积雪覆盖会导致地表反照率显著增加,降雪过后正午时地表反照率可高达0.8～0.9。随着积雪的消融,地表反照率逐渐减小;积雪反照率与雪密度和雪中含冰量呈正相关,与雪中含水量呈负相关;地表积雪覆盖会导致近地面温度梯度绝对值减小,相对湿度梯度绝对值在凌晨减小、午后增大,地表积雪覆盖对近地面风速梯度变化并无特定的影响。     

红外超光谱资料(AIRS)反演“云娜”台风外围晴空大气温度廓线的研究

研究反演了2004年8月11日“云娜”台风附近晴空像元大气温度、臭氧廓线及表层温度、地表气压、地表比辐射率等参数,并与观测资料进行了对比验证。在研究了用高空间分辨率的MODIS成像仪的云检测信息来进行空间匹配,客观确定高光谱大气垂直探测器AIRS的云检测的基础上,用特征向量统计法反演的廓线作为物理反演法的初始猜值,然后利用牛顿非线性物理迭代法求解表层温度、表层气压、大气温度廓线和臭氧廓线等,并将反演结果与多种观测资料进行了对比验证。结果表明,反演得到的廓线水平分辨率可达到13.5 km（星下点）,垂直分辨率达到101层,反演误差较小,可以弥补高原、沙漠以及高原等地方常规观测资料的不足。     

近15年北京夏季城市热岛特征及其演变

根据北京地区20个地面气象观测台站1990-2004年7月的气温资料，分析了最近15年来北京夏季城市热岛的最新特征和变化趋势，也分析了城市热岛与气温，城郊地表温度差与地表温度，气温和地表温度间的关系。结果表明：北京夏季夜间出现了强热岛，郊区城市也出现了热岛现象，但白天城市热岛相对夜间不明显。夜间城市热岛强度呈逐年增强趋势，但白天这种趋势不明显。夜间城市热岛与气温呈正相关，气温高的年份，城市热岛强度相对也大；夜间城郊地表温差与地表温度呈正相关，地表温度越高，城郊地表温差越大；夜间，气温与地表温度呈正相关，气温越高，地表温度也高。白天，这些相关相对夜间来说不那么明显。研究成果对北京城市发展规划和高温灾害的防治有一定的科学参考价值。