北京及其周边地区冬季SO2的变化与输送特征

利用实施北京市奥运空气质量保障计划"北京市与周边地区空气污染物的输送、转化及北京市空气质量目标研究"项目的有利时机,于2007年1月15～27日在中国科学院大气物理研究所北京站、香河站和兴隆站,采用先进的差分吸收光谱仪(DOAS)和SO2气体分析仪取得了高质量SO2浓度的连续观测资料,同时还获取了相应的常规气象资料和系留气艇探测的常规气象参数廓线资料.分析和讨论了北京及其周边地区的SO2污染的变化过程特征、日变化特征、输送特征、源排放特征以及与天气过程和气象条件的紧密联系.研究表明:1)北京站、香河站和兴隆站的SO2浓度逐日变化明显,变化趋势一致,通常处于同一个天气系统控制之下,SO2污染呈现区域性分布特征.2)冬季SO2浓度日变化明显,夜晚最高,15时(北京时)最低.3)SO2浓度与大气稳定度、风速、风向密切相关,风速越小、大气越稳定,SO2浓度越高;当吹西南风时,SO2浓度升高,西北风时浓度明显降低.4)HYSPLIT后向轨迹数值模拟结果和OMI卫星反演表明周边地区的SO2长距离输送对站点的贡献不能忽视.     

中国地区卷云消光后向散射比的星载激光雷达遥感

利用两年的星载激光雷达数据对中国地区卷云的消光后向散射比［又称激光雷达比 (简称LR)］进行了研究分析。其中结合多次散射对光学厚度的依赖关系式和LR与透过率之间的关系式来求取LR, 并提出五条质量控制标准来保证数据质量的可靠性。统计结果指出LR的月季变化并不是很明显, 均值在24左右。中国地区的LR在热带辐合带相对较高, 并随纬度的降低而增加 (大约从22到27)。同时, 从这个结论得出, 为了更好地求取卷云的光学厚度, 在中国地区为星载激光雷达选取的LR常数应该随纬度变化而改变。     

中国地区夏季云粒子尺寸的时空分布特征

利用CloudSat卫星资料,分析了2006～2008年中国地区夏季月平均云粒子有效半径的垂直和区域变化特征。结果显示,水云粒子有效半径在对流层低层达到最大,并随高度增加而减小。30°N纬度带的水云相对以南及以北纬度带的粒子有效半径偏大。6月水云粒子有效半径较大,应与梅雨季节有密切联系。对于中国北部和中部,水云粒子有效半径在西部较东部偏大,而在南部地区,东西部差异不明显。不同纬度带上的冰云粒子有效半径相类似,在冰云下边界最大,随高度增加而减小。水云和冰云的云粒子尺度的年际变化不明显。对上述特征的成因分析表明,高原地形以及东亚夏季风对月平均云粒子有效半径具有明显影响。所揭示的云粒子有效半径特征为天气和气候模式改进、人工影响天气及云—辐射—气候相互作用等研究提供了重要的基础信息。     

华北及其周边地区秋季气溶胶光学性质的星载和地基遥感观测

利用2004～2009年秋季臭氧监测仪的3级观测资料,分析了华北及周边地区的气溶胶光学性质。结果表明:大部分区域气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)和气溶胶紫外吸收指数(Ultra Violet Aerosol Index,UVAI)平均值分别高于0.8和0.75;高气溶胶事件发生频次统计表明,AOD高值(>0.4)频发于北京及其周边地区,UVAI高值(>1.0)频发于河北中部及南部地区;华北及其周边地区绝大多数城市平均AOD和UVAI分别高于0.7和0.60,而张家口、承德和阳泉3个城市的平均AOD和UVAI值分别低于0.6和0.65。作者进一步研究了2006年10月30日的一次霾事件中气溶胶的光学性质以及其时空分布特征。结果表明,霾由华北地区输送至渤海海域,并向东北方向输送;香河地基EZlidar激光雷达的垂直观测结果进一步表明,工业和城市型气溶胶主要集中在1500m以下,其中高浓度部分集中于650m以下,平均峰值位于285m,平均消光系数达2.15km-1;CALIOP卫星观测资料结合后向轨迹分析表明,大气低层气溶胶类型以工业和城市型气溶胶为主,而高层则由于上游大气输送沙尘粒子的混入使气溶胶类型转变为污染—沙尘型。霾事件期间,香河站CE-318太阳光度计观测的AOD平均值(标准差)从背景值0.08(0.04)升高至1.17(0.14);ngstrm指数平均值(标准差)从背景值0.90(0.10)升至1.12(0.09);核模态、积聚模态和粗模态的气溶胶粒子数柱总量均增加,其中细粒子所占比例明显升高。     

利用MODIS卫星资料反演中国地区晴空地表短波反照率及其特征分析

利用MODIS地表双向反照率产品(MOD43B1),结合地表海拔高度和地表覆盖类型资料,计算并分析了中国地区晴空反照率的时空分布,以及地表反照率与地形和地表覆盖的关系.首先,利用改则自动气象站的地基观测对MODIS地表反照率进行了对比验证.验证结果表明卫星观测可以较好地反映反照率随时间的变化,MODIS地表反照率与地表实测反照率符合较好.年平均地表反照率与海拔高度有很好的相关,反照率的高值出现在高海拔山区.冬春季节,我国高海拔山区因积雪覆盖成为反照率的高值区;夏秋季节,地表反照率主要受地表土壤湿度和植被盖度的影响,沙地和沙漠地带反照率最高.最后,计算了中国典型地表类型的反照率随时间的变化,结果表明大部分地表类型的反照率具有较大的时间变化,地表反照率在春秋季节较大,夏季反照率较小.     

大气科学：一个充满活力的前沿科学

着眼于未来发展的若干战略问题,阐述了对当前大气科学发展的状况与趋势的意见,提出了我国未来发展大气科学的思路和重点任务建议,还分析了我国大气科学研究中存在的若干问题并提出一些政策建议。     

卫星遥感地面紫外辐射的参数化方法

提出了一个从卫星观测推算地面UVB辐射通量密度和红斑生物紫外辐射剂量的新的参数化方法。该方法基于一个简单的模式:大气辐射传输介质被简化成三个等效层:臭氧单独构成的吸收层，空气分子、云和气溶胶粒子组成的散射层，以及地面反射层。地面紫外辐射通量密度和生物紫外辐射剂量可以由臭氧层的等效透过率、散射层和地面的联合反射率计算。臭氧层的等效透过率可由大气臭氧总量计算。散射层和地面的联合反射率可由不存在臭氧吸收的紫外或可见光通道的反射辐射强度测量得到。该反演算法形式简单，只包含很少几个可从卫星测量获得的参数。它通过了一个可靠而相对复杂的基于DISORT的紫外辐射传输模式的检验。在广泛的计算条件下，包括晴天、云天、以及混浊大气，用这个简单算法计算的地面紫外辐射通量密度和红斑生物紫外辐射剂量与精确算法的结果相差无几。另外，还实际运用这个算法利用卫星观测资料反演地面紫外辐射通量密度，与地面实际观测资料做了比较，符合较好。     

MEASUREMENT OF CARBON MONOXIDE COLUMN CONTENT AND OTHER ATMOSPHERIC TRACE GASES FROM INFRARED SPECTRA

The measurement of column content of carbon monoxide,methane,and other atmospherictraces gases as well as aerosols has been conducted during the fall of 1992 and 1997,using aninfrared spectrometer of moderate resolution in the cooperation of the Laboratory for MiddleAtmosphere and Global Environment Observation(LAGEO),Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences,with the Institute of Atmospheric Physics,Russian Academy ofSciences.The variation characteristics of atmospheric CO column content in Beijing area arepresented.The analysis of the measurement shows that the CO column concentration of 0.10 mgcm~(-2)can be considered as the background over Beijing area.and the concentration as high as 0.75mg cm~(-2)was observed under some unfavorable meteorological situations.     

用MODIS反演北京城市地区地表反照率精度以及算法改进

MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer)地表反照率的精度在乡村地区已经得到了检验,但是至今没有在城市地区的有关研究。地表反照率的精度在很大程度上取决于大气订正的精度,作者利用2002年以来的北京AERONET(国际气溶胶检测网络)站点Cimel气溶胶观测资料对反射率进行大气订正,通过对比来评价MODIS地表反照率算法中大气订正的精度。结果发现,MODIS大气订正在蓝光波段具有明显的过度订正现象,MODIS大气订正后地表反射率平均偏低0.03。MODIS地表反照率在冬季有约75%的缺测,这是因为冬季严重的空气污染使得MODIS云检测得到晴空观测较少。MODIS使用三参数双向反射率函数（BRDF）要求16天以内至少有3次以上的晴空观测（MODIS算法中要求7次）。通过分析MODIS反演得到的三参数,发现虽然它们的绝对值具有明显的季节变化,但是它们的比值是十分稳定的,这样使BRDF函数降低到只需要一个参数,有效降低了对晴空观测次数的要求,这一思想可以应用到热带等晴空日数较少的地区。     

RETRIEVING OVER-OCEAN PRECIPITABLE WATER FROM THE SSM/I MEASUREMENTS WITH SEVERAL REGRESSION ALGORITHMS

A collocated SSM/I and radiosonde measurement data set provided by the NASDA(Japan)was used to retrieve the total precipitable water(PW)over oceans.The retrieval results obtainedwith several regression algorithms were compared against the radiosonde measurements.It isshown that:(a)the routinely operational algorithm of Alishouse et al.(1990)yields significantunderestimation in high PW regime and overestimation in low PW regime;(b)a cubic correctionby Colton and Poe(1994)is not sufficient and globally improves slightly the retrieval results;and(c)the regression algorithm with the form of brightness temperature(T_b)function In (280-T_b)gives a little largely scattered retrievals in whole PW range but without considerable over-andunderestimates in low and high PW regimes.To improve the estimation of the oceanic precipitablewater from the SSM/I measurements,a composite algorithm with different forms of T_b function inlow.medium and high PW regimes is proposed and tested.