河西走廊干旱区春季沙尘气溶胶对辐射的影响初步研究

利用2008年春季中美沙尘暴联合观测实验中张掖站晴朗少云天正午的地表辐射和太阳光度计资料,计算分析了沙尘气溶胶对太阳辐射和大气逆辐射的影响,结果表明：沙尘对太阳总辐射有一定程度的削弱作用,经估算,大气浑浊度每增加0.1,太阳总辐射平均减少约10.45 W·m^-2;当大气浑浊度一定时,沙尘粒子越小,对太阳总辐射的削弱效率就越高;大气浑浊度小于0.3时,大气逆辐射有随大气浑浊度的增加而增加的趋势,大气浑浊度大于0.3时,大气逆辐射随大气浑浊度增加有减小的趋势。     

长江源区五道梁的土壤热状况研究

活动层土壤热状况是寒区陆面物理过程研究的重要内容之一。利用五道梁能量收支观测站1993年9月～2000年12月份实测辐射及土壤热通量资料结合五道梁气象站1961-2010时段的气象资料分析了近50 a来该地区活动层土壤的热状况。结果表明：五道梁地区土壤热通量有显著的年际、年代际变化;20世纪60～80年代,土壤热通量小于0.0 W/m²,活动层土壤以放热为主,自90年代以来,土壤热通量大于0.0 W/m²,活动层土壤以吸热为主。过去50 a中该地土壤热通量呈现增大趋势,平均每10 a土壤热通量增大0.31 W/m²。土壤热通量随净辐射的增大而增大。土壤热平衡系数的变化特点与土壤热通量的变化特点一致。60～80年代,活动层土壤热平衡系数<1,该地区冻土相对比较稳定,而自90年代以来此间土壤热平衡系数<1,表明该地多年冻土呈现出退化迹象。活动层土壤热平衡系数可表示为气温、地表温度及水汽压的函数。     

青藏高原地区的大气浑浊度特征

本文通过比较Angstrom大气浑浊度系数的各种计算方法,得出了适合青藏高原地区的大气浑浊度系数的计算方法。据此利用1982年8月至1983年7月青藏高原地区部分观测站的太阳直接辐射资料计算了大气浑浊度系数,分析了它的变化特征。同时利用常规气象要素拟合得出了计算大气浑浊度系数的经验公式,计算和分析了青藏高原地区大气浑浊度系数的时间和空间分布。     

太阳直接辐射光量子通量的气候学计算方法

为了把太阳直接辐射通量密度换算成光量子通量密度,取用了一个简单的大气模式,计算了各种太阳高度、地面气压和大气浑浊度下太阳直接辐射中的光合有效辐射能量通量和光量子通量,从而得到了单位光合有效辐射能量所具有的光量子数。结果表明:这个数是比较稳定的。在平原地区,10—90°的太阳高度范围内,1W.m~(-2)的光合有效辐射通量密度具有4.72±0.11μmol.m~(-2).s~(-1)的光量子通量密度。本文还采用北京地区四个季节定时的太阳直接辐射分光测量资料和高原观测资料检验了模式计算结果的可靠性,获得了满意的结果。     

塔克拉玛干沙漠满西地区夏季太阳辐射特征

根据1988年6-8月塔克拉玛干沙漠满西一井野外日射观测资料,对该地区太阳短波辐射状况进行了初步分析。指出夏季沙漠地区因热力作用强,风沙天气多,大气混浊度常在60以上,散射辐射通量占总辐射通量的一半以上,极大地削减了太阳直接辐射。塔里木盆地中部的直接辐射为低值区,总辐射为弱低值。夏季各月日平均反射率介于22-35%之间,月平均值为30%。     

青藏高原北部五道梁地表热量平衡方程中各分量特征

利用青藏高原北部五道梁地区实测的太阳辐射及气象资料,计算分析了高原北部地面热量平衡方程中各分量特征,定义了一个无量纲参量土壤热平衡系数k。结果显示:五道梁地区地表净辐射及地面加热场强度表现为夏季大,冬季小,地表净辐射累年平均通量为65.5 W/m2;土壤热通量自1997年来有增大的趋势;土壤热平衡系数有增大的趋势,平均值为1.17;感热及潜热是地面热平衡方程中的大项,其中感热居首位,潜热居其次;暖季感热、潜热以相反的趋势变化,Bowen比β值有下降的趋势。     

青藏高原夏季地面有效辐射随高度的变化

根据1979年5-8月青藏高原热源观测资料,作者分析了高原上长波辐射随海拔高度的变化特点.地面辐射随海拔的的变化很缓慢,大气逆辐射随高度增高而很快减小,地面有效辐射在观测高度范围内(500米以下)则随着测点增高而增大.因此,如果将平原地区观测资料配合的计算有效辐射公式用于高原,其值将系统性偏低.为了表示平原与高原不同高度有效辐射的差别情况,作者根据观测资料求得了地面有效辐射与海拔高度的关系式.     

长江黄河源区多年冻土变化及其生态环境效应

应用江河源区五站1980-1998年0cm、5cm、10cm、15cm、20cm、40cm浅层地温资料、钻孔深层地温资料以及勘探资料,详细分析了两大源区的冻土变化,结果表明:近20年来,受气候变暖影响,江河源区多年冻土总体上保存条件不利,区域上呈退化趋势。岛状多年冻土和季节冻土区年均地温升高约0 3～0 7℃,大片连续多年冻土区升幅较小,为0 1～0 4℃。多年冻土上限以2～10cm/a的速度加深。在黄河源多年冻土的边缘地带,垂向上形成不衔接冻土和融化夹层,多年冻土分布下界上升50～70m。冻土退化已对江河源寒区经济和生态环境产生了一系列重要影响。但是,冻土退缩及其对环境的影响还存在很大的不确定性。     

天山奎屯河哈希勒根51号冰川变化监测结果分析

哈希勒根51号冰川位于新疆奎屯市以南的天山依连哈比尔尕山北坡,即奎屯河上游支流哈希勒根河源区。1999年8月,在该冰川上布设了用于冰川变化观测研究的测杆18根;同时,在冰川外围测定了2个基本控制点和3个冰川末端变化观测控制点,运用GPS和全站仪等观测技术及测杆实测等方法,对该冰川进行了末端和运动速度变化的首次观测。嗣后,每年的8月底～9月初进行了重复观测;并在2000年和2006年对该冰川进行了测量制图。通过实测资料分析并对比20世纪60年代冰川状况,结果表明:42年来冰川末端累计退缩了84.51 m,其中,1964-1999年间退缩了49.00 m,年平均退缩量为1.40 m/a;1999-2006年间退缩了35.51 m,年平均退缩量5.07m/a。冰川面积减少了0.123 km~2或8.3%,其中,1964-2000年间减少了0.083 km~2;2000-2006年间减少了0.040 km~2。明显地反映出冰川末端退缩加剧和冰川面积减少增大的趋势。冰川年平均运动速度在1.53～3.05 m/a之间,并有逐年减小的趋势。     

江河源区的草地资源特征与草地生态变化

通过对江河源区草地生态类型与分布、草地资源特征及其利用现状的研究和生产力的评价，并根据70年代以来3期遥感资料和区域调查结果，分析了江河源区草地生态变化态势，结果表明：现状江河源区草地以高寒草原化草甸为主要草地类型，其分布面积占江河源区总草地面积的53.78%。组成草地牧草的主要植物种类的粗蛋白含量超过10%，粗脂肪含量在2%以上，能值储量在9.34KJ.g^-1以上；自70年代以来，由于区域畜牧业的迅速发展，江河源区冷季草场严重过牧，超载牲畜量达理论载畜量的1-5倍，大部分地区夏季草场亦超载，导致江河源区草地生态严重退化，年退化速度达6.64%-34.35%。合理利用草地资源，保护该区域脆弱生态环境已迫在眉睫。     

Oceanic excitation of daily to seasonal signals in Earth rotation: results from a constant-density numerical model

Velocity and mass fields from a constant-density, near-global ocean model, driven with observed twice-daily surface wind stresses and atmospheric pressures for the period October 1992-September 1993, are used to calculate oceanic excitation functions for the length of day (LOD) and for polar motion (PM), and results are analysed as a function of the frequency band. Variable currents and mass redistributions are both important in determining oceanic excitation functions. For bands with periods longer than one month, wind-driven variability is the primary cause of oceanic excitation signals. At higher frequency bands, larger deviations from the inverted barometer response occur, and pressure-driven signals contribute more significantly to the variance in the excitation functions. Oceanic LOD excitation is generally small compared to that of the atmosphere, except for the 2-10 day band. At these scales, adding oceanic to atmospheric excitation series does not lead to better agreement with the observed LOD, although this result may be related to data quality issues. With regard to the excitation of PM, the ocean is in general as important as the atmosphere at most time scales. Combined oceanic and atmospheric excitation series compare visibly better with geodetic series than do atmospheric series alone, pointing to the ocean as a source of measurable signals in PM.     

基于MODIS数据估算晴空陆地光合有效辐射

陆-气圈层物质与能量交换的核心过程是植物的光合作用,而光合有效辐射则是影响光合作用过程的关键因子,在不同的陆地生态系统模型中,都是重要的输入参数。作者以MODIS卫星数据为基础,反演晴空下影响光合有效辐射的大气因子参数大气可降水量、气溶胶,根据辐射传输方程从大气顶层光合有效辐射反演高分辨率陆地光合有效辐射。算法采用查找表替换辐射传输模型,使其能够对大批量、像元级的数据进行处理。将该算法应用于对华北平原的部分区域进行反演,并使用中国生态网络禹城试验站的自动测量数据对结果进行检验,最大误差在10%以内。     

基于神经网络的超光谱热红外辐射传输模型快速算法

基于径向基函数(RBF)神经网络技术设计了一种新的超光谱热红外大气辐射传输模型快速算法,通过模拟实验,确定神经网络样本和输入输出数据,并对典型波段训练出相应的多层神经网络,用于快速计算超光谱热红外大气顶部辐射传输亮度.实验中分别训练了9 μm、10 μm和12μm波长处相应的神经网络,实验结果表明所建算法不仅具有较高的计算精度,而且每个波长对应亮温的计算速度比利用4A模型的计算速度最多可提高100倍以上,同时,在波段的选择上也具有更高的灵活性.     

黄河源区遥感数据的大气校正及其效果分析

利用6S模型结合暗目标法确定TM过境时的最优气象能见度,分别使用MODIS气溶胶产品(MOD04)、最优气象能见度作为TM的气溶胶光学厚度,对黄河源区的Landsat TM数据进行大气校正。以同步野外实测地面数据为标准,比较了两种气溶胶参数输入方法的校正结果,并从光谱曲线、植被指数、草地生物量的估算三方面探讨了大气校正的效果,两种气溶胶参数输入方法均可以对遥感图像进行有效的大气校正,消除因散射增加的辐射能量,同时补偿因吸收而损失的辐射能量。经过大气校正后的TM光谱更接近真实地表光谱,更有助于地物真实光谱信息的提取,同时对与该地区相似气候条件下影像的大气校正有借鉴意义。     

珠海凤凰山林地下垫面观测通量的贡献区分析

根据安装在珠海凤凰山亚热带常绿阔叶林区内的陆―气相互作用与碳通量观测塔观测数据,利用K-M模型计算了对应时刻的通量贡献区,分析得到不同大气稳定度、不同季节、不同时刻下通量贡献区分布的变化规律。提出一种切实可行的评价地表均一性的标准,即计算每个子区域表面积与其地表投影区域表面积的比值,以此确定K-M 模型对该站点的适用性。结果表明：通量贡献区范围的分布,在大气稳定度＞0.1 的情况下与主风向分布范围相近,而在大气稳定度＜-0.1 的情况下与主风向分布范围不完全一致。在冬季,通量贡献区主要分布在北部和东部方向;在季风爆发前的春季,通量贡献区分布和冬季大体相近;在季风爆发后的春季和夏季,通量贡献区在西南方向和东南方向较为集中,这一规律和风速风向的分布规律一致。对于日变化来说,在夜间通量贡献区范围大于白天,其中贡献区最大范围多出现在夜间,但随着季风的爆发,贡献区最大范围出现的时间从T 02:00左右推迟到T 04:00 左右,这可能是由不同季节大气达到最稳定的时段不同所致。贡献区范围最小的情况出现在T 07:00―09:00 之间,这段时间往往也是湍流活动性最强的时段。     

Further evidence for oceanic excitation of polar motion

While the role of the atmosphere in driving variations in polar motion is well established, the importance of the oceans has been recognized only recently. Further evidence for the role of the oceans in the excitation of polar motion is presented. To estimate the equatorial excitation functions, χ ₁ and χ ₂ , for the ocean, we use velocity and mass fields from a constant-density ocean model, driven by observed surface wind stresses and atmospheric pressure, for the period 1993–1995; comparison with similar functions derived from a more complex density-stratified ocean model indicates the effectiveness of the simple constant-density modelling approach. Corresponding atmospheric excitation functions are computed from NCEP/NCAR re-analyses. Results indicate significant improvements in the agreement with the observed polar motion excitation when the simulated oceanic effects are added to atmospheric excitation. Correlations between the polar motion and the geophysical signals at periods of 15–150 days increase from 0.53 to 0.80 and from 0.75 to 0.88 for χ ₁ and χ ₂ , respectively. The oceanic signals are particularly important for seasonal variations in χ ₁ (correlation increases from 0.28 to 0.85 when oceanic excitation is included). A positive impact of the oceans on more rapid polar motion is also observed, up to periods as short as 5 days. The sensitivity of the results to different forcing fields and different amounts of friction in the oceans is also discussed.     

典型干旱区沙尘气溶胶光学厚度及粒度谱分布的初步分析

利用中国科学院沙坡头沙漠试验研究站2001年9月至2002年5月的太阳光度计辐射资料,计算了该地区各月平均大气气溶胶光学厚度（AOT）,并对该地区秋、冬、春三季平均的光学厚度进行了比较,同时对日变化也作了分析。此外,从反演的粒度谱分布也可以看出,春季该地区大气中的气溶胶粒子含量远大于冬、秋两季,并可以反映出春季大气层结的不稳定性,但反演方法的精度有限,还有待进一步提高。     

一次夏季强沙尘暴形成机理的综合分析

利用沙尘暴发生前夕酒泉基准站的探空资料、沙尘暴发生前后地面自动站观测资料和有关台站的常规观测资料对2004年7月12日出现在我国内蒙古西部和河西走廊西端的一次沙尘暴天气过程,从大气层结稳定度、地形因素对沙尘暴影响的机理以及下垫面性质等方面进行了分析,并对天气现象发生时地面气象要素和地温的变化进行了研究。结果表明：①大气层结的不稳定起了激发作用;②该地区特殊的地形条件所造成的“狭管效应”起到了加强作用;③沙尘暴爆发前风速迅速增大,为起沙提供了动力条件;④气压和相对湿度在沙尘暴发生前夕和沙尘暴过程的中后期有明显扰动, 沙尘暴结束后温度、气压、相对湿度和地面等气象要素有显著性突变。     

中国西北干旱区沙尘暴源地风沙大气边界层特征

应用西北干旱区沙尘暴源地甘肃省民勤县1971-2008年共1 811个大风/沙尘暴个例的逐日08：00和20：00高空资料、降水、日最高气温以及沙尘暴实时资料,详细探讨了不同月份和季节干湿变化、沙尘暴强度、沙尘暴出现时间和持续时间的大气边界层垂直结构变化特征。结果表明：（1）沙尘暴发生时4-5月最大混合层较厚,在2 500 m以上;而强沙尘暴发生时6-7月较厚,7月最厚为2 530 m。3-8月沙尘暴发生时最大混合层厚度低于大风发生时的200～400 m;4-5月下午沙尘暴发生时最大混合层较深厚,在2 700 m左右。沙尘暴持续时间与最大混合层厚度成反比。（2）沙尘暴发生时扰动和锋面逆温频次多而强,扰动逆温明显较强,达2.5 ℃/100m,锋面逆温高度在700～1 000 m,扰动逆温高度在150～400 m之间;而大风发生时辐射和锋面辐射逆温频次多而强,强沙尘暴发生时锋面逆温明显较强,这说明沙尘暴多由风场的剧烈扰动和锋面过境引起。（3）白天800 hPa以上有干气层存在,夜间干暖和逆湿现象显著。近地层越干冷、西北风越强,强沙尘暴持续时间越长。     

水汽吸收和下垫面发射率对晴空大气红外窗区遥感影响的综合分析

从数学上探讨了晴空大气红外窗区通道遥感陆面特性水汽吸收和陆面发射率的综合影响。首先,基于辐射传输方程推导出大气水汽含量和陆面发射率(ε)引起红外窗区通道遥感陆面亮温(Tg)变化的数学表达式,指出红外辐射在传输过程中水汽吸收衰减的影响主要是引起大气透过率的变化;分析了在高温高湿和低温干燥等不同地区,红外窗区通道的大气透过率所受到的不同程度的衰减,以及水汽吸收衰减和陆面发射率对不同的红外窗区通道的影响。此外,还建立了一个红外窗区通道遥感陆面温度与地面亮温差ΔT=(Ts-Tg,imax)与水汽含量变化Δq和陆面发射率ε的二元多项式拟合方程,进一步分析大气水汽含量和陆面发射率对不同的红外窗区通道遥感的影响;指出红外短波窗区通道不但受太阳辐射污染严重,而且受陆面发射率变化的影响激烈,特别是在寒冷干燥的亚北极冬季。最后强调,为了精确地反演陆面温度,最好采用热红外窗区通道;必须考虑大气订正,特别是在高温高湿区;同时应该考虑陆面发射率等因子的作用。