利用太阳光度计反演渤海湾西岸大气柱水汽总量

利用CE-318型太阳光度计936nm水汽吸收通道的太阳辐射观测值和太阳光度计在该通道的透过率与水汽量关系，采用瞬态法反演了渤海湾西岸大气柱水汽总量。结果表明：利用太阳光度计936nm通道可以反演晴空大气柱水汽总量，其局限性是要在晴空下使用；渤海湾西岸大气柱水汽含量时间分布极不均匀；不同季节晴空日的水汽含量日变化有所不同。     

利用太阳光度计反演大气柱水汽总量方法研究

应用天津大气边界层观测站的CE318型太阳光度计五个波段(440,670,870,936和1020nm)的太阳辐射观测资料,以及MODTRAN3.7辐射传输模式模拟的大气斜程水汽量与CE318太阳光度计936 nm通道水汽透过率的关系函数,研究了反演大气柱水汽总量的方法。结果表明:在大气处于相对不变的状态下,瞬态法和改进的Langley法在反演大气柱水汽总量时其结果的相关系数高于0.97;但在大气状态处于多变时,瞬态法优于改进的Langley法。     

Brewer 分光光度计遥感大气臭氧垂直廓线的研究

利用建立的球面分层大气散射模式,研究了Brewer仪器工作波长进行Umkehr短法反演所包含的信息量,给出Brewer仪器探测大气臭氧垂直廓线方法。同时,用气溶胶光学厚度计算得到气溶胶订正系数,建立了Umkehr反演的程序。用此程序对Table Mountain资料进行气溶胶修正,得到了较好的结果。对北京测站1991年1—3月资料进行由气溶胶造成的臭氧反演廓线的误差计算,结果表明,用常规反演方法得到的各层臭氧含量的误差与平流层气溶胶光学厚度有一近似线性的关系;进行气溶胶修正后,与国外的臭氧反演廓线的误差修     

利用太阳光度计反演郑州地区水汽含量

利用CE-318型太阳光度计936 nm波段的太阳辐射观测资料,采用改进的Langley法反演了郑州地区大气柱水汽含量,并分析了大气柱水汽含量与地面水汽压之间的关系。结果表明:郑州地区大气柱水汽含量的季节变化:夏季>秋季>春季>冬季,日变化为早晚低,中午高;郑州地区大气柱水汽含量与地面水汽压之间存在着良好的线性关系。     

应用全球定位系统、太阳光度计和探空仪探测大气水汽总量的对比分析

介绍了应用全球定位系统(GPS)和太阳光度计估算大气水汽总量的方法。大气中的水汽会对GPS信号的传播造成显著的影响,故可以利用GPS观测估算水汽总量或可降水量(PW);在近红外940 nm波段,水汽对太阳直射辐射的吸收作用会直接影响到太阳光度计观测的信号,利用水汽吸收透过率与水汽量的关系,应用太阳光度计的辐射观测资料也可以反演出无云情况下的水汽总量。将锡林浩特观象台2008年5—7月的GPS、CE-318型太阳光度计和探空仪3种观测的水汽量进行了比较,三者对水汽量的变化趋势描述较为吻合,相关系数在0.88以上,说明GPS和太阳光度计都能捕捉到大气中的水汽变化信息;但在水汽量的具体数值上存在差异。统计分析表明:相对于探空来说,GPS-PW稍高于探空值约0.18 g/cm2,太阳光度计PW值则低于探空。太阳光度计便于携带,观测简便;GPS可全天观测无需标定,利用GPS-PW对太阳光度计反演中的模拟参数进行校正是一种可行的方法。     

MicrotopsⅡ型太阳光度计的使用、计算及定标

通过研究文献和在使用仪器过程中积累的一些经验,介绍MicrotopsⅡ型5通道手持式太阳光度计的特征、仪器使用前的参数设置、使用中应该注意的问题以及大气气溶胶光学厚度(AOD)的计算原理和仪器定标方法,以便为仪器的使用者提供借鉴。对广州热带海洋气象研究所2004年9月19日在国家南岭森林公园的一次对比试验观测数据进行分析,结果显示,两台仪器大气气溶胶光学厚度值非常接近,500 nm通道的AOD值相差小于0.01,说明两台仪器的厂家定标常数仍然适用。     

利用台站资料定标太阳光度计效果评估

运用Langley方法、采用法国CE318太阳光度计在台站的观测记录为光度计定标,提出一种较客观的数据处理方法,主要分为4步：①利用Langley法对全年资料进行预处理,得到各通道定标常数、Langley法线性拟合相关系数、550nm的气溶胶光学厚度等;②以线性拟合相关系数的阈值大小（如440nm相关系数大于等于0．99）、定标期间550nm的平均气溶胶光学厚度小于等于0．15、半天（上午或下午）参与拟合的数据个数大于等于8组为条件,对预处理数据进行筛选;③根据光度计电压信号图像、最大值再次选取定标常数;④对最终选出的多组定标常数取平均值。对2002、2005年,乌鲁木齐、塔中、哈密、和田4个站点光度计资料进行试验,定标系数与出厂定标值（2002年）、北京定标值（2005年）比较后,4个站点的定标误差基本控制在8．5％以内（和田除外）,说明这种定标步骤有一定的参考价值。     

CE318型太阳光度计定标方法研究

太阳光度计定标值在气溶胶光学厚度的计算中至关重要,广泛采用的 Langley定标法对大气环境要求苛刻,用以计算定标值的数据筛选困难,基于此提出一个基于数理统计的筛选流程,形成一套自动、普适的太阳光度计定标流程。首先对原始数据进行质量检验,粗筛选去掉明显不能用于定标的数据,通过三重稳定性检验去除观测中的不确定值;将日观测数据分为上、下午分别进行Langley定标,在拟合过程中去除离群值,筛选拟合相关性高、观测时间范围大的数据;最后对定标结果进行三倍标准差筛选,最终得到定标结果。     

CE318太阳光度计观测资料应用前景及其解读

2002年中国气象局在沙尘暴各观测站点安装了CE318太阳光度计,用于探测大气气溶胶。为了使研究人员了解CE318太阳光度计工作原理、数据存储格式及解读方法,使这批观测数据很好地发挥作用,该文介绍了气溶胶气候效应的研究现状,分析了应用太阳光度计这种地基手段探测气溶胶的优势以及探测数据的应用前景。同时,针对光度计原始观测资料直接应用的瓶颈问题———资料解读方案进行了讨论,包括定标、气溶胶光学厚度的计算、光度计数据质量控制方法等。结合新疆塔中站光度计观测资料,列举了采用Langley法进行定标和计算气溶胶光学厚度的步骤。     

1993年春季南极中山站上空大气臭氧的观测分析

利用球载电化学O3探空仪于1993年南半球春季在南极中山站测量了O3和温度垂直廓线，三次观测到O3 柱总量＜ 220 Du的低值，O3浓度减少从9月开始，9月中旬～10月中旬达到最大。典型O3垂直廓线表明，O3量损失最大区域在高度13～23 km之间，此高度与PSCs和火山气溶胶的存在高度有很好的对应关系。本文给出观测结果及初步分析。     

The Effect of Three Different Absorption Cross-Sections and their Temperature Dependence on Total Ozone Measured by a Mid-Latitude Brewer Spectrophotometer

Abstract

The influence of variations in atmospheric temperature and ozone profiles on the total ozone column (TOC) derived from a Brewer MKII spectrophotometer operating in Thessaloniki, Greece, is investigated using three different sets of ozone absorption cross-sections. The standard Brewer total ozone retrieval algorithm uses the Bass and Paur (1985) cross-sections without accounting for the temperature dependence of the ozone cross-sections which produces a seasonally dependent bias in the measured TOC. The magnitude of this temperature effect depends on the altitude where the bulk of the ozone absorption occurs. Radiosonde measurements for the period 2000 to 2010 combined with climatological ozone profiles were used to calculate the effective temperature of ozone absorption and investigate its effect on the retrieved ozone column. Three different ozone absorption cross-section spectra convolved with the instrument's slit function were used: those of Bass and Paur (hereafter BP), currently used in the standard Brewer retrieval algorithm; those of Brion, Daumont, and Malicet (Malicet et al., 1985; hereafter BDM); and the recently published set by Serdyuchenko et al. (2013 hereafter S13). The temperature dependence of the differential ozone absorption coefficient ranges between 0.09 and 0.13% per degree Celsius for BP, between ?0.11 and ?0.06% per degree Celsius for BDM, and between 0.018 to 0.022% per degree Celsius for S13, resulting in a seasonal bias in the derived TOC of up to 2%, 1.8%, and 0.4%, respectively. The temperature sensitivity of the differential ozone absorption coefficient for the Brewer spectrophotometer at Thessaloniki for the BP and BDM cross-sections is found to be within the range reported for other Brewer instruments in earlier studies, whereas the seasonal bias in TOC is minimized when using the new S13 cross-sections because of their small temperature dependence.     

拉萨地区1998年夏季臭氧总量及垂直廓线的观测研究

该文根据1998年6~10月上旬在拉萨地区进行的臭氧总量及臭氧垂直廓线的观测结果, 并结合同期同纬度其他两个臭氧站数据资料, 证实了以拉萨地区为代表的青藏高原在夏季存在“臭氧低谷”的现象.分析表明, 地基和卫星观测的臭氧总量有一定误差. Umkehr观测反演结果表明夏季拉萨地区平流层臭氧分布和同纬度其他地区相比略有不同; 在对流层, 探空资料显示了该地区对流层臭氧有低值分布的特征.     

漠河地区臭氧的观测和计算

1997年3月上旬,在黑龙江漠河地区对地面和整层臭氧、太阳辐射等进行了短期观测,以初步了解该地区臭氧和辐射的变化规律以及它们之间的相互关系.研究发现,漠河地区近地面臭氧日变化明显,其峰值出现在每日10:00(北京时间)左右,并早于紫外辐射(UV)峰值出现时间.整层大气臭氧总量的日变化特征不明显.基于UV能量守恒,建立了臭氧与其影响因子-光化学、散射、UV等因子之间较好的定量关系和经验模式,并将其用于计算地面、整层大气臭氧小时值和日平均值.结果表明,计算值与观测值吻合的都比较好,它们相对偏差的平均值分别为:地面臭氧小时值(11.9%)和日平均值(9.0%);整层大气臭氧小时值和日平均值-7.4%、1.8%.因此,地面和整层臭氧的经验算法是合理和可行的.利用散射辐射/直接辐射(D/S)和散射辐射/总辐射(D/Q)可以描述大气中的物质如气溶胶、云等的散射作用.采用D/Q表示散射作用可以提高地面臭氧和整层大气臭氧计算的准确度,特别是对云量较大的情况.       

地基与星载仪器观测大气臭氧总量分析

本文选取多个臭氧总量观测站点,采用"三重制约法"分别对下列3组仪器观测臭氧总量数据进行统计分析,解算出不同观测资料的误差标准差,进而对比研究各种仪器的精度特征:1)1996~2003年期间地基WOUDC(World Ozone and Ultraviolet Radiation Data Centre)观测网络仪器(包括Brewer、Dobson和Filter臭氧测量仪)与星载TOMS(Total Ozone Mapping Spectrometer)和GOME(The Global Ozone Monitoring Experiment)仪器;2)2004~2013年期间WOUDC与星载OMI(ozone monitoring instrument)和SCIAMACHY(scanning imaging absorption spectrometer for atmospheric chartography)仪器;3)2004~2013年期间地基SAOZ(Système D’Analyse par Observations Zénithales)与星载OMI和SCIAMACHY仪器。结果表明,1996~2003年期间TOMS V8和GOME观测精度相当,分别为7.6±2.8 DU/46(其中,7.6±2.8 DU为所分析站点观测资料的平均精度及其标准差,46为站点数目)和7.6±1.5 DU/46。TOMS V8观测精度优于TOMS V7(8.5±3.0 DU/46),验证了前者对后者有所改进。2004~2013年期间OMI和SCIAMACHY在WOUDC地基站点观测精度接近,分别为6.6±1.4 DU/21和6.0±1.6 DU/21。SAOZ地基仪器精度为8.4±3.6 DU/8。对于3类WOUDC地基仪器,Brewer站点观测资料的平均精度最优(7.9±3.3 DU/12),Dobson次之(8.7±2.3 DU/19),Filter最差(14.7±4.0 DU/15)。相比于卫星,3种地面仪器观测平均精度较差(10.5±4.3 DU/46),这主要是由于Filter精度较差引起。中国境内的瓦里关(Brewer)、香河(Dobson)和昆明(Dobson)3个地基站点仪器观测精度均较优,分别为7.8 DU、6.7 DU和6.6 DU。尽管不同站点之间存在一定差异,但整体来说,地基与卫星仪器在中国境内3个站点观测臭氧总量吻合较好。     

OMI-TOMS与OMI-DOAS臭氧柱总量产品在中国地区的比较

臭氧是十分重要的痕量气体,它具有活跃的化学反应特性和较强的辐射特性,直接影响全球气候变化和人类的生活环境,因此,获得准确的臭氧柱浓度信息十分重要。搭载在AURA上的OMI探测仪可以测量大气中的臭氧含量,其获得的臭氧产品有两种,一个是基于TOMS V8算法反演得到的OMI-TOMS产品,另一个是由DOAS算法得到的OMI-DOAS产品。本文首先分析了两种算法产品的统计特征,结果表明两者具有较好的一致性;其次,分别分析了两种算法与像元位置的关系,在不受行异常现象影响的像元处,两种算法均不受像元位置的影响;此外,本文还研究了云和太阳天顶角对两种算法的影响,有云时两者的差异更大,云量在70%时两者的差异最大,而且,当有云存在时,两者的偏差随着太阳天顶角的增加而增加。平流层SO_2和吸收性气溶胶对两种算法没有显著影响。     

2022年9月福建邵武边界层臭氧异常升高的气象成因

【目的】为揭示边界层O₃异常升高及大气热力、动力条件对其影响的机理。【方法】该文基于多源观测资料,采用天气分型、统计合成和物理量诊断等方法,探究了2022年9月福建邵武（国家级气象探空站、O₃探空观测科学试验基地）出现边界层O₃异常升高的特征及大气热动力的综合作用。【结果】2022年9月邵武近地层O_3-8h异常正距平最高达125.4%;在非光化学时段（21时—次日07时）O3较多年平均值增长137.1%;边界层O₃体积混合比（OVMR）明显高于不同季节的平均状态,21日O₃探空观测到边界层O₃总量为全年同层探空观测的极大值。O₃异常升高是副热带高压和3个台风外围共同影响的结果,导致全月较30 a气候态平均呈现：太阳辐射偏强、低云量偏少、地面气温升高,相对湿度偏低、降水量偏少,偏北风持续时间长且风速偏大;7日和21日边界层O₃总量高值日的气象探空廓线呈现大气层结稳定、空气干燥、湿层薄,同时下沉对流有效位能DCAPE值较高,在200～800 J·kg_-1之间,即存在明显的下沉气流;低层主导风为偏东风,风速在4～8m·s_-1之间。【结论】气象要素配置与大气的热力、动力条件一方面有利于O₃光化学生成,另一方面有利于上风向高浓度O₃水平输送和边界层高浓度O₃垂直下沉侵入,而后者是O₃异常升高的主要来源。     

北京地区太阳紫外辐射的观测与分析研究

利用北京地区太阳辐射和其它常规气象观测资料，得到了到达地面的太阳紫外辐射的计算公式，并将计算值与观测值进行了比较，两者吻合得比较好。最后给出了北京地区地面太阳紫外总辐射的变化趋势，计算结果表明，地面太阳紫外总辐射对大气浑浊度的变化比对大气臭氧总量的变化敏感得多。     

中国地区近地面太阳紫外辐射的分布及其对大气臭氧层破坏的响应

本文在充分考虑太阳紫外辐射在大气中传输的物理过程的基础上,引入局地地面气压、臭氧和地表反照率的时空变化,利用Delta-Eddington近似法计算了中国地区冬季(1月)和夏季(7月)晴天时地面太阳紫外辐射(0.290—0.400μm)和紫外B辐射(0.290—0.325μm)的分布,并进一步计算出臭氧总量减少5％、15％时紫外B的变化.结果指出,由于臭氧总量的减少,中国北部地区紫外B的增加比南部地区显著.平均而言,臭氧总量减少1％时,冬季紫外B将增加1％左右,夏季紫外B将增加0.6％—0.7％.     

Impact of 4DVAR Assimilation of AIRS Total Column Ozone Observations on the Simulation of Hurricane Earl

The Atmospheric Infrared Sounder(AIRS) provides twice-daily global observations of brightness temperature, which can be used to retrieve the total column ozone with high spatial and temporal resolution.In order to apply the AIRS ozone data to numerical prediction of tropical cyclones, a four-dimensional variational(4DVAR) assimilation scheme on selected model levels is adopted and implemented in the mesoscale non-hydrostatic model MM5. Based on the correlation between total column ozone and potential vorticity(PV), the observation operator of each level is established and five levels with highest correlation coefficients are selected for the 4DVAR assimilation of the AIRS total column ozone observations. The results from the numerical experiments using the proposed assimilation scheme for Hurricane Earl show that the ozone data assimilation affects the PV distributions with more mesoscale information at high levels first and then influences those at middle and low levels through the so-called asymmetric penetration of PV anomalies.With the AIRS ozone data being assimilated, the warm core of Hurricane Earl is intensified, resulting in the improvement of other fields near the hurricane center. The track prediction is improved mainly due to adjustment of the steering flows in the assimilation experiment.