沙尘暴面面观

春天终于来了,北方人在感受花红柳绿、燕舞莺歌之前,总是躲不开几次沙尘的“洗礼”。你知道如何确定沙尘暴天气吗？当你站在户外风沙弥漫的空气中,看不到离你1000米远的地方时,这便是沙尘暴天气了。沙尘暴来时遮天蔽日,户外的人们苦不堪言。狂暴的风沙阻断交通,摧毁通讯线路甚至建筑,毁伤人命。     

沙尘天气频率与相关气象因子的关系

基于北京及其周边14个国家基本气象站1971—2000年气象资料的相关分析,指出风速、相对湿度是影响沙尘天气的关键气象因子,用这两个气象因子构建了月沙尘气象指数。月沙尘气象指数与沙尘天气频率具有较一致的周期性,沙尘天气日的沙尘气象指数是非沙尘日指数的倍数关系。另外,根据月沙尘气象指数在不同月份的分布特征,给出了相应的季节性气象指数计算方法,对14个站计算的结果显示,季节性气象指数与沙尘天气频率有很好的线性关系,这种线性关系具有明显的区域特征。     

不同污染背景下云滴谱离散度对云降水模拟影响的个例研究

云滴谱离散度是云雨自动转化过程参数化中不可忽视的重要参数,对地面降水有着重要的影响。本文利用WRF-Chem (Weather Research and Forecast coupled with Chemistry)模式,对发生在2019年1月3～6日长江中下游地区的一次降水过程进行了模拟。在清洁和污染的气溶胶背景下,设定不同的云滴谱离散度的数值（0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和1.0）,研究云降水微物理的变化。结果表明,该个例降水主要来源于云雨自动转化以及云雨碰并过程。在清洁条件下的地面累计降水量大于在污染条件下的累计降水量,这是因为在清洁条件下云滴数浓度小,有利于云雨自动转化以及云雨碰并过程。虽然云雨自动转化以及云雨碰并过程占主导,但导致地面累计降水量随云滴谱离散度增大而增大的主要原因是：随着云滴谱离散度的增大,冰粒子质量浓度增大,导致融化过程增强,产生更多的雨滴,从而增强地表降水。所得结果将提高我们对云降水对气溶胶和离散度响应过程的理论认识。     

利用多源数据建立GA-BP算法模型估算PM_(2.5)的研究

利用MODIS AOD(Aerosol Optical Depth)3 km分辨率的L2产品并辅以地面气象测量站点和环保监测站点的逐小时数据,对2017—2018年南京地面各站点进行数据匹配,分析估算PM_(2.5)的各相关组合因子,然后利用GA-BP神经网络算法构建卫星数据辅以地面气象数据来估算PM_(2.5)质量浓度的机器学习模型。结果表明:(1)GA-BP神经网络算法对PM_(2.5)进行估算是有效可行的,且比BP效果改善明显。(2)在多源数据的各输入变量中,选择AOD变量加辅助变量的GA-BP算法模型共构建了9组分季节试验,其中应用在2017年数据的试验6最好,表现为秋季冬季夏季春季,秋季R~2最大为0.91(RMSE为11.79μg·m~(-3)),春季R~2最小为0.65(RMSE为8.67μg·m~(-3))。     

梯度法计算空气动力学粗糙度存在的问题

利用2009年春季内蒙古苏尼特左旗风速、空气温湿度的野外观测资料,用梯度法研究荒漠化草原区空气动力学粗糙度Z0时发现,Z0有明显的日、月分布规律。中性条件下,根据风速对Z0的不同影响可分为3个特征区。梯度法计算Zn有风速条件约束,只有在风速较大时计算的Z0真实可靠,确定可靠风速区域是正确应用梯度法计算Z0的关键。乙随风速值的增大成指数关系递减,可从指数函数的收敛性确定Z0。     

基于CloudSat/CALIPSO资料的我国北方2个区域云垂直分布差异研究

选用2008年1月—2014年10月的Cloud Sat/CALIPSO卫星资料,对中国北方两个4°×4°区域云垂直结构及其微物理参量进行了对比研究,区域1(114~118°E,37.5~41.5°N)和区域2(110°E~114°E,37.5~41.5°N)纬度相同经度不同。结果表明:1)区域1(E1)和区域2(E2)暖云层、混合云层和冷云层的云出现概率(Cloud Occurrence Probability,COP)差别较大。E1暖云层COP春季最大,E2则在夏、秋季达到较大值;E1混合层COP最大值出现在冬季,E2则出现在春季;2个区域冷云层COP均在春季达到最大。2)2个区域的COP高值区厚度有明显的季节性差异,E1的COP高值主要出现在夏、冬季,E2则主要出现在春、夏季。E1秋、冬季云体雷达回波最大值强于E2,但春、夏季弱于区域1。3)E2在春、秋季的液水含量、冰水含量、云滴有效半径均高于E1。     

淮河流域混合云频率、云高和含水量的毫米波云雷达资料分析

本文选用2007年1月—2010年2月的Cloud Sat卫星94 GHz探测资料(2B-GEOPROF)对淮河流域混合云出现频率、云高以及含水量分布规律进行了研究。研究结果表明:(1)混合云出现频率和云高具有显著的季节性变化特征,均表现为夏季值高、冬季低;(2)Cloud Sat 2B-CWC-RO反演产品在假设混合云冰水混合比与云内温度(-20~0℃)成线性关系条件下反演的液态水含量(LWP)与地面观测值相差较大,本文利用冰水混合比与云内温度成指数函数关系反演的LWP更接近地面观测值;(3)反演的LWP具有明显的季节分布特征,其季节平均值夏秋季高、春冬季低。混合云随着LWP值的增加,其对应的雷达反照率因子范围和出现的高度层越来越集中,混合云在对流层中下层的出现频率随LWP的增加而增多,出现频率高值区及其分布的高度层也具有明显的季节性特征,并与混合云零度层高度有密切关系。     

沙粒跃移轨迹参数的统计研究

高速频闪摄影从实验技术上加强了对沙粒跃移运动及其参数的研究,但因拍摄沙粒的成像点不完整又存在局限性,用曲线拟合高速频闪摄影的跃移沙粒轨迹可以补足缺失的成像点。本文对高速摄影的沙粒轨迹进行曲线拟合,从拟合曲线反求出沙粒的起跳角θ₀、上升段跃高H₁、上升段跃距L₁、沉降角θ_t、下降段跃高H₂、下降段跃距L₂,并对各参数进行统计分析,得出各参数间的函数关系式,为进一步研究颗粒跃移运动过程提供基础。     

南京北郊气溶胶粒子的光学散射特征

利用三波段积分浊度仪对南京北郊2009-2010年四季气溶胶散射系数进行观测和分析。结果表明：气溶胶散射系数具有明显的季节变化特征,春季最低,秋季最高,冬夏季差别不大;气溶胶散射系数变化范围为51．6～2748．3Mm-1,平均值为478．6Mm-1。气溶胶散射系数的日变化特征为双峰型。空气相对湿度与气溶胶散射系数呈正相关关系：地面风向与气溶胶散射系数关系密切,偏东风时气溶胶散射系数最大,偏南风和偏西风时气溶胶散射系数较小。降水对气溶胶有明显的清除作用。能见度大于5km时,能见度与散射系数呈负相关关系。四季大气中SO2和NO2与气溶胶散射系数存在一定相关性,其中秋季SO,与气溶胶散射系数的相关系数最大（0．68）,春季NO2与散射系数的相关系数最大（0．62）,均通过0．05信度的显著性检验。     

半干旱区PM10质量浓度时空分布特征研究

 利用内蒙古额济纳旗、乌拉特中旗、东胜、朱日和、锡林浩特和通辽6个观测站2005年的PM10质量浓度（MPM）和相关气象要素资料,分析了半干旱地区MPM的时空分布特征。结果表明,在春季,尤其是4月,各个观测站的MPM都会出现极大值;非沙尘日里,MPM在四季中的日变化主要呈现单峰分布,峰值出现时间从春季到冬季逐渐推迟。MPM最大值是反映各观测站沙尘天气强度的主要因子;气象影响指数（IPM）与MPM的相关系数大于0.5。