国家自然科学基金大气科学学科二级申请代码下设研究方向与关键词解读:D0505大气物理学

根据新时代科学基金改革要求,2020年国家自然科学基金委员会调整了大气科学学科申请代码,D0505大气物理学是分支学科板块中的二级申请代码之一。本文介绍了D0505大气物理学二级申请代码的总体框架和下设的边界层大气物理学与大气湍流、云降水物理学、气溶胶物理及气溶胶—云相互作用、大气光学与大气辐射、大气电学与大气声学和中高层大气物理学等6个研究方向及其关键词,指出D0505与其他相关二级申请代码的异同,并统计分析了近5年（2017～2021年）科睿唯安Web of Science数据库上不同方向关键词对应的文献发表情况,探讨了不同研究方向的发展态势。通过系统梳理研究方向及关键词,有助于科研人员在项目申请过程中准确的选择申请代码、研究方向和关键词,提升智能辅助指派效率。     

中国东部地区夏季对流层大气辐射加热的研究

应用TOVS资料及MORTRAN3模式，研究中国东部夏季对流层的太阳短波辐射和红外辐射对大气的加热状况。考虑不同纬度，不同大气状况下12个站点43个样本的太阳加热率和红外冷却率情况，分析发现：在夏季的对流层，太阳加热率随着距地面的高度增加而减小，它的大小及变化率与纬度、天顶角及当时大气的状况有关，同时，太阳加热率也存在日变化。红外冷却率在对流层中、高层有极小值，它的大小及变化率与当时的大气状况及纬度有关。将本文的结果与前人的结论及实况相比较，发现本文较为真实地反映了中国东部地区夏季对流层的辐射加热情况，利用卫星资料计算的结果基本可信，     

辐射和积云对流过程对大气辐射通量的影响

基于中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室发展的全球大气环流谱模式(SAMIL-R42L26),研究了澳大利亚气象局研究中心(BMRC)新辐射方案和新Zhang-McFaflane积云对流方案对大气辐射通量模拟的影响.新辐射方案相比原辐射方案在辐射计算光谱分辨率、气体吸收和计算效率等方面作了很多改进,其对大气辐射通量的模拟能力相应提高.在晴空条件下,大气顶出射长波、大气吸收短波和地表入射短波等与观测的偏差较原辐射方案明显减小,尤其是在对流活跃区域.在云天条件下大气辐射通量与观测的偏差也较原辐射方案减小,但其偏差依然较大,这与模式中积云对流参数化方案模拟能力不足引起的辐射通量偏差有关.为此,换用了新Zhang-McFarlane积云对流方案,其结果表明,对流活跃区水汽含量显著增加,原对流方案中偏强的"双赤道辐合带"现象明显减弱,赤道辐合带地区的大气辐射通量偏差有明显减小,在海洋地区晴空大气顶出射长波和地表入射短波的量值及空间分布均接近观测结果,同时大气顶全球平均能量收支的年变化和观测结果趋于一致,其中模拟的伞球年平均大气顶能量收支和观测的偏差不到0.6 W/m2.试验结果同时表明,在未来研究中引入气溶胶分布、调整相关的云物理和陆面过程等物理参数化方案是进一步提高SAMIL-R42L26辐射通最模拟性能的关键.     

辐射和热源观测资料在天气分柝和预报中的应用

一、引言驱动大气运动的主要能源是太阳,特别是赤道和极地之间净辐射梯度。由于以前有这样一种看法,认为对一个个天气过程或变化的天气特征来说,辐射过程通常是不重要的,所以,至今有关辐射过程的研究工作绝大部分以考虑平均经向廓线为主,也就是说主要从气候学角度来讨论大气中的辐射平衡过程。这也可能与当时的观测条件有关,地面     

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。     

中国大气净辐射的气候特征

根据ＥＲＢＥ和ＩＳＣＣＰ资料以及实测和计算和地表净辐射资料进行了计算，并讨论了我国大气净辐射的气候特征；分析了其与各辐射分量及影响因子的关系。结果表明，大气净辐射与大气吸收波辐射有很高的线性关系，并可由此建立起统一的大气净辐射计算式。     

实际雨滴谱微波辐射与衰减特征

对５００份不同雨型雨滴谱谱进行分析,建立了Ｚ－Ｉ、ｋｔ－Ｉ、ｋａ－Ｉ、Ｌ－Ｉ等２０各雨滴谱微波辐射特征量与雨滴谱本身特征量之间的统计模式,得到了一些有意义的结果。它在大气、信息等学科中有一定应用价值。     

我国西北大气沙尘气溶胶的辐射效应

利用HEIFE地面辐射平衡观测资料和同期NOAA-11/AVHRR卫星遥感资料定量估算春季我国西北大气沙尘的辐射效应。大气沙尘减小地面净辐射冷却地面,对地-气系统和大气的辐射效应均与地表反照率有关,严重浑浊的沙尘大气在沙漠为短波加热和长波冷却,在绿洲则相反,但净效应都是加热。文中给出了4月大气浑浊度系数约由0.1增大到0.6,在沙漠和绿洲上空沙尘层（850～600 hPa）内大气的附加短波、长波和净加热/冷却率。     

利用NOAA卫星HIRS探测器监测东亚地区辐射收支的研究

地球－大气系统的辐射收支是描述地球和宇宙空间能量交换的重要参量，也只有从卫星平台才能直接观测大气顶的地球－大气系统的辐射收支。目前，长期的地－气系统射出长波辐射序列资料是从美国ＮＯＡＡ极轨业务气象卫星的甚高分辨率扫描辐射计测量中计算的，精度不能满足气候监测的要求。本文根据美国ＮＯＡＡ卫星高分辨率红外大气探测器（ＨｉｇｈＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＩｎｆｒａｒｅｄＳｏｕｎｄｅｒ，缩写为ＨＩＲＳ）测量资料，研究了从中推算地球大气系统辐射收支的方法，并对计算出的１９９１年１月份东亚地区的地－气系统的辐射收支各参量、白天和夜间射出长波辐射差别分别进行了对比分析。结果表明，此方法计算的辐射收支分量，能揭示云和地球－大气系统的辐射分布特征及其分布细节，是进行区域气候研究的有效资料。     

硫酸盐气溶胶直接辐射效应在线与离线模拟方法的比较

利用区域气候模式RegCM 2与大气化学模式连接的模拟系统 ,比较了硫酸盐气溶胶辐射强迫的在线、离线模拟方法的硫酸盐柱含量、大气顶直接辐射强迫及地表温度响应。发现 :在线与离线模拟方法得到的硫酸盐柱含量、有无反馈大气顶直接辐射强迫和地表温度响应在许多地区有很大差异 ,这种差异在较小区域平均的尺度上更显著 ,在全区域平均尺度上也较为明显 ,是不能被忽略的 ;结果显示从硫酸盐含量到辐射强迫和地表温度响应逐渐加大的差异 ,说明硫酸盐气溶胶的辐射强迫与模拟方法有关 ,显示出较大的不确定性。     

地面臭氧的变化规律和计算方法的初步研究Ⅰ.紫外波段

通过对广州鼎湖山近地面O3、NOx、太阳辐射、气象参数等项目的观测和理论分析,研究了地面O3与NOx等微量气体及太阳辐射的变化规律,详细讨论了紫外波段、不同天气条件地面O3与NOx,光化学反应、气溶胶、光化辐射等之间复杂的关系.用光能量传输与守恒的观点来考虑大气中与紫外辐射有关的主要过程,并以此来研究大气光化学过程中所遵循的能量规律,建立了一个简单、实用、省时的统计模式,用于计算地面O3浓度.结果表明,不同情况下计算值与观测值均吻合较好.     

青藏高原地面热源状况的研究

青藏高原隆起对我国、亚洲乃至整个北半球的大气环流和天气气候形成起着重要的作用,受到气象学界的普遍重视。其中特别是高原地面对大气的加热作用,更是研究的重要课题之一。而研究高原对大气的加热作用,首先必须了解高原地面辐射平衡和热量平衡状况。为此,在第一次青藏高原气象科学实验期间,深入高原腹地进行了定点野外考察。考察项目包括地面辐射平衡各分量和各项地面气象要素梯度观测。本文对野外考察的概况及取得的主要研究成果作一简要介绍。     

珠穆朗玛峰北坡特殊地形下太阳辐射特征的初步研究

2006年5月27日～6月30日,对珠穆朗玛峰北坡的太阳辐射和气象参数进行了综合测量,主要包括总辐射、反射辐射、大气辐射、地面长波辐射、净辐射、温湿度和风速等。珠峰北坡的各个辐射量和气象参数都表现出明显的、非对称的日变化规律。珠峰北坡的太阳辐射远高于我国的平原地区,总辐射大于太阳常数的现象经常被观测到。研究发现,各个辐射量在9时都表现了一日最大的增长率,并因此导致了此时段及以后时段气温的增加和风速的快速增长,因而珠峰北坡特殊的地形对于地面接收到的辐射特征以及通过辐射过程对气温、大气运动等都产生了非常显著的作用。研究特殊地形条件下的辐射特征、辐射-地表-大气之间的相互作用以及地表和大气对于辐射作用的响应是非常重要的,它将有助于对局地物质与能量交换过程深入、全面的了解。     

现代大气物理学研究进展

简要论述现代大气物理学的主要研究内容与发展历史,重点介绍中国科学院大气物理研究所的科技工作者在云和辐射的相互作用、气溶胶的光学特性、气溶胶的辐射强迫、大气辐射传输、大气组分探测等方面的研究进展与成果,特别是创新性的研究成果.     

不同污染条件下气溶胶对短波辐射通量影响的模拟研究

将高光谱分辨率的气溶胶光学参数化方案应用于高精度的辐射传输模式BCC_RAD（974带）中,研究不同污染状况下气溶胶在地表与近地层大气中造成的直接辐射强迫与辐射强迫效率。发现气溶胶在地表产生的直接辐射强迫为负,在近地层大气中产生的直接辐射强迫为正,且随气溶胶浓度的升高变大,说明大气气溶胶的含量越高,单位气溶胶光学厚度产生的直接辐射强迫越大。将短波划分为3个波段:紫外、可见光和近红外,发现在紫外、可见光和近红外波段中,不同污染状况下气溶胶在地表造成的直接辐射强迫范围分别为:-1.36—-13.66、-3.03—-32.41和-2.74—-28.62 W/m2,在近地层大气中产生的直接辐射强迫范围分别为0.44—4.26、0.99—9.80和0.93—8.87 W/m2。通过进一步对比自然和人为气溶胶的影响,发现人为气溶胶在地表和大气层顶产生的负直接辐射强迫以及对整层和近地面大气造成的正直接辐射强迫均大于自然气溶胶的影响,且上述两种排放源的气溶胶对整层大气辐射收支的影响主要集中在800 hPa高度以下的大气中。按照地表直接辐射强迫大小来分析不同种类气溶胶的影响,结果为硫酸盐>有机碳>黑碳>海盐>沙尘;按照近地层大气直接辐射强迫大小排序则为黑碳>有机碳>沙尘>海盐>硫酸盐。最后,通过分析散射型气溶胶与吸收型气溶胶对辐射通量的影响,还探究了大气中散射与吸收过程的异同。      

由卫星资料估算晴空大气太阳直接辐射和散射辐射

根据光的多次散射理论 ,对水汽、气溶胶、臭氧、混合气体等实行辐射参数化处理 ;利用中国探空站资料和诺阿 ( NOAA)气象卫星垂直业务探测器 ( TOVS)资料反演的探空资料 ,由离散纵标法计算了大气各高度上的太阳直接辐射和散射辐射 ,并与此同时的和同站点位置的卫星可见光、红外测值进行统计回归拟合 ,建立卫星测值与大气中太阳直接辐射和散射辐射的计算模式 ,据此可以利用卫星资料估算太阳直接辐射和太阳散射辐射 ,这对于大气环境光学特性和大气环流、气候变化的研究有重要意义。     

八十年代美国在大气化学方面的任务

一、八十年代美国在大气化学方面的主要任务美国大气科学委员会的工作报告指出,八十年代大气化学方面的主要研究任务是:1.全球大气化学循环,特别是那些影响全球气候和区域气候方面的问题;2.区域性大气化学和污染问题。 1.全球大气化学循环人们在过去几年已注意并关心到,作为人类活动的副产品的气态污染物污染了大气。并且,由于它们在大气中停留的时间相当长久,故对全球热量平衡有相当的影响并破坏大气的有益的特性(特别是O_3层,它保护生物免受紫外线辐射的危害)。已有许多专门的临时性研究,为政策制定者们提供目前的大气化学的许可含量标准。然而,这些研究都着重于大气化学的基本知识。八十年代,需要在以下两个方向作广泛的探索性研究:     

云层与气溶胶对大气吸收太阳辐射的影响

云通过辐射过程对地气系统的能量平衡起着特别显著的调节作用 ,是影响天气、气候以及全球变化的重要因子。近年来 ,有云大气对太阳短波辐射的“异常吸收”又成为云—辐射研究中的一个争论热点。有云大气的短波吸收受到多种因素的影响 ,关于这方面的研究还不够充分。本文通过计算 ,从理论上探讨了若干因素的组合对大气吸收的综合影响。在计算中 ,同时考虑了不同太阳辐射波段、不同太阳入射天顶角、不同云顶高度以及不同下垫面的影响 ,并考虑了包含大气分子、气溶胶和云滴的吸收与散射 ,以及在近红外波段大气自身的热辐射等过程 ,阐明了云与气溶胶在不同波段对大气吸收太阳辐射的影响。     

《大气反应化学》

正大气化学是一种多学科交叉且全面的科学,包括化学、气象学、辐射物理学、环境工程学、生态学、生物学等学科。尽管已经出版了很多很好的关于大气化学的书籍,但是还没有已经出版的教材是专注于相关大气化学反应的。反应化学是大气化学的基石,学术界一直期望能有一本好的教材。该书针对希望更深入地了解与大气化学相关的基本光化学气相和非均相反应动力学的一部分研究生和研究的科学工作者。     

地面臭氧的变化规律和计算方法的初步研究Ⅱ.可见光波段

通过对广州鼎湖山近地面O3、NOx、太阳辐射,气象参数等项目的观测和理论分析,研究了地面O3与NOx等微量气体及太阳可见光辐射的变化规律,详细讨论了可见光波段、不同天气条件地面O3与NOx、光化学反应、气溶胶、可见光辐射等之间复杂的关系.提出以光能量传输与守恒的观点来考虑大气中与可见光辐射有关的主要过程,并以此来研究大气光化学过程中所遵循的能量规律,建立了一个简单、实用、省时的统计模式,用于计算地面O3浓度.结果表明:不同情况下,计算值与观测值吻合得均比较一致.