CO2和O3浓度倍增及其交互作用对大豆影响的试验研究

以大豆“中黄-14”为试验材料, 利用OTC-1型农田开顶式气室, 首次模拟研究单独CO₂和O₃浓度倍增及其交互作用对大豆生物量、产量及其构成因子、同化产物分配形式和收获指数的影响。与未通CO₂和O₃的处理相比, 单独CO₂浓度倍增对生物量、产量、荚果串数、荚数、籽粒数、籽粒重具有正效应, O₃为明显的负效应, 通气时段越长效果越明显; 持续的CO₂浓度和O₃浓度倍增交互作用表现为CO₂的影响大于O₃; CO₂和O₃交互作用逐渐达到浓度倍增的处理, 由于O₃剂量逐渐累积和阶段性增加, 对大豆刺激逐渐增强, 最终O₃的负效应与CO₂的正效应相近。单独O₃浓度倍增抑制光合产物向根和籽粒的输送, 向叶茎的输送明显增强, 使根冠比 (RSR)、子粒与茎杆比 (GCR) 明显下降, 长期作用可使大豆收获指数 (HI) 减小, 叶重比 (LWR) 显著增加, 且随通气时间的延长影响增大; CO₂浓度倍增及其交互作用对RSR、LWR、GCR和HI影响相对较小, 仅在±10%左右。     

边界层方案对华北低层O3垂直分布模拟的影响

利用WRF-Chem模式,采用3种边界层参数化方案 (YSU, MYJ和ACM2),针对1个晴空、静稳日 (2013年8月26日20:00—27日20:00(北京时)) 进行模拟,着重分析不同边界层参数化方案对夜间残留层形成及日出前后O₃浓度垂直分布形式的模拟效果,并与固城站地面及垂直同步观测资料进行对比。结果表明:3种边界层参数化方案均能够模拟出温度及风速的区域分布形式以及风温垂直结构的变化特征;相比之下,MYJ方案模拟的夜间边界层高度较YSU方案和ACM2方案明显偏高,该对比结果可能是导致近地面污染物浓度模拟差异的重要原因;在夜间稳定层结至日出后稳定状态打破的边界层结构演变过程中,采用YSU方案和ACM2方案模拟的温度和风速垂直扩线形式与观测结果更为接近;同样采用非局地闭合的YSU方案和同时考虑局地和非局地闭合的ACM2方案,对于边界层高度内O₃浓度垂直分布形式的模拟效果具有明显优势。     

热带深对流云对CO、NO、NOx和O3的垂直输送作用

利用2005年11月至2006年2月ACTIVE (Aerosol and Chemical Transport in tropIcal conVEction) 外场试验期间在澳大利亚北部达尔文地区取得的CO、O3、NO和NOx飞机探测资料, 并结合HYSPLIT后向轨迹模式结果, 分析这几种气体成分在对流卷云砧内外的分布情况, 并探讨热带深对流云对于污染气体的垂直输送作用。分析结果显示, 在孤立对流云卷云砧中, 云砧内部O3、NO、NOx浓度均大于云外; 而CO则不同, 只有在近地面浓度高时才如此, 在近地面浓度较小时, 卷云砧内部的浓度反而小于云外。进一步分析造成这两类气体分布差异的原因, 发现CO主要借助深对流云将对流层下层以及对流云周围环境中的CO夹卷并动力垂直输送到对流云顶部卷云砧中, 而对于O3、NO和NOx来说, 除了上述作用以外, 还可能与对流云内部其他物理机制(如闪电), 造成新的O3、NO和NOx有关, 这些新生气体随着风暴内部强烈的上升气流被最终输送进云砧中。     

O3,CO2浓度及太阳光谱变化对作物光合作用影响的数值模拟研究

对光合作用 蒸腾作用 气孔调节进行耦合 ,从生物化学尺度扩展至冠层尺度 ,发展了一个冬小麦冠层光合作用生态动力模式 ,模式考虑了O3,CO2 和光谱变化对作物光合的综合影响。利用美国光合作用实测资料对模式进行验证 ,叶片模式通过了相关显著性检验并具有较高的准确度。数值分析表明 :当O3 浓度由 0× 10 -9V/V上升至2 0 0× 10 -9V/V时 ,冠层光合速率下降 2 9%左右 ;当CO2 浓度由 330× 10 -6V/V上升至 6 6 0× 10 -6V/V时 ,冠层光合速率增加大约 37% ;当光谱比例系数由目前的 0 .5下降至 0 .4时 ,冠层光合速率将下降 2 7%左右。对于污染严重、易发生光化学烟雾的城郊附近 ,在阳光强烈的典型晴天 ,中午O3 浓度达到 2 0 0× 10 -9V/V时 ,即使气候条件不发生改变 ,CO2 浓度对作物光合作用的正效应也不足以弥补O3 浓度升高所造成的负效应 ,冠层光合速率将比目前干洁地区略有下降 ,如果进一步考虑光合作用有效辐射光谱成分下降至 0 .4左右 ,冠层光合作用将比目前的BASE值下降 35 %左右。     

唐山市PM2.5和O3行业来源解析

京津冀位于华北平原腹地,面临着严重的空气污染问题,尤其是河北省的重点工业城市唐山,长期位于全国空气质量最差的前十名。为改善空气质量,过去的十多年间我国颁布实施了多项污染防治计划,但唐山的PM_2.5和夏季O₃浓度仍超国家标准。为此,使用WRF(Weather Research and Forecasting Model)-CMAQ(Community Multiscale Air Quality Model)模型量化了唐山市2020年PM_2.5和O₃浓度的行业贡献并分析其协同控制可行性。工业源对唐山市PM_2.5浓度贡献最大,约占45%,其次是居民源约占16%。冬季能源、居民源和农业源占比为全年最高,分别达17%、19%和11%。O₃浓度的背景值约占一半以上,4月占比最高。在非背景值中,唐山O₃浓度最大来源为工业源,约占53%,其次是交通源,约占22%。生物源、交通源和能源行业的贡献在7月有所上升,分别约10%、27%和20%。不同污染情...     

华南前汛期垂直温差与强对流天气发生频率

利用2004-2009年3-6月清远站探空资料,得到垂直方向11种温差,对它们与强对流的相关性进行统计,选出相关性较高的850与700、850与500、400与100 hPa等压面垂直温度(T(850-700)、T(850-500)和T(400-100))进行研究,对其在各区间出现强对流的频率进行统计.结果表明,不同月份强对流日低空温差变化幅度较小,高空温差变化幅度较大;随着低空温差和高空温差的增加,强对流的频率基本上呈增加的趋势;强对流主要集中在T(850-500)＞20℃、T(850-700)＞6℃的区域,T(400-100)为64～66℃、T(850-500)为23～26℃、T(850-700)为8～11℃的区域频率更高;对于大范围强对流天气,T(850-500) ＞24℃或T(850-700)达到10℃时,通常是风雨相伴,大范围强降水为主的可能性极小;T(400-100) ＜60℃时,出现大范围强降水的可能性非常小.     

华北平原夜间对流性天气对地面O3混合比的抬升效应

2013年6—9月在河北省固城站观测到多次夜间对流性天气伴随地面O₃混合比快速抬升的过程,并引起次日清晨到中午O₃混合比升高。大多数对流过程中,O₃混合比在半小时内升高至60×10-9～80×10-9,同时NO_x等反应性气体混合比下降,θ_se值降低,说明下沉气流将高空气团带到地面,造成了O₃混合比的升高。通过再分析资料得到下沉气团基本来源于对流层中下层,这一结论与当地进行的一次飞机观测结果吻合。多数对流过程中固城站和北京城区地面O₃混合比和θ_se值有相同的变化趋势和程度。根据观测结果,推测华北地区在夏季和初秋时,对流层中下层存在O₃高值区,混合比约为60×10-9～80×10-9。对流性天气对地面O₃抬升的影响区域与对流系统的影响范围有关,可达到中尺度范围。华北地区光化学污染严重,对流性天气引起的地面O₃混合比抬升程度比较强,对环境的影响值得关注。     

地闪活动背景下气象条件与O3浓度的相关性研究

基于2013～2017年重庆北碚区缙云山、蔡家和天生3个环境监测站点日值数据,结合地闪观测数据和相关气象要素资料,采用数理统计方法分析了气象条件与O₃浓度的关系,并基于HYSPLIT模型研究了闪电日O₃传输路径和潜在源区。结果表明：(1)北碚O₃浓度峰值大多出现在7月,低值大多出现在12月,其浓度分布从高到低依次为缙云山、蔡家、天生。(2)对比闪电日与非闪电日大气污染浓度,闪电日NO₂、CO平均浓度低于非闪电日,O₃则相反,闪电日缙云山O₃浓度超标率明显低于蔡家和天生。(3)NO₂浓度与地闪频次呈负相关,且天生和蔡家NO₂浓度波动大于缙云山,O₃浓度与地闪频次呈正相关。(4)夏季闪电日O₃气团传输路径主要来自南方。(5)地闪活动发生时O₃浓度高于非闪电日,其主要原因是夏季地闪频次较高,电解反应频繁,同时重庆夏季光照时间较长,光化学反应充分,两种反应...     

应用多普勒天气雷达资料分析强对流天气的垂直廓线特征

利用石家庄多普勒天气雷达资料,对2004-2007年的22次冰雹和39次短时强降水天气过程中的各要素进行了对比分析.结果表明:在单体对流云和积层混合型对流云中,冰雹回波的强度、高度均强(高)于短时强降水,并且单体对流云型冰雹和短时强降水的回波强度和顶高均强(高)于积层混合型,积层混合型对流云出现短时强降水比例高于冰雹.在回波中层,短时强降水主要为偏东风和偏南风,冰雹主要为偏西风、偏北风;冰雹平均风速大于短时强降水,在3～6 km的高度风速显著增加.强对流天气出现前均呈现低层辐合,高层辐散;都有较强的上升运动,在天气过程出现后冰雹的下沉运动更强;当高层辐散量大于低层辐合量时,对流云发展加强,反之减弱.     

强垂直温度梯度条件下强对流天气分析与潜势预报

采用19年3~9月常规探空观测资料,对南昌ΔT850-500≥27℃这种强垂直温度梯度与江西强对流天气过程的关系进行了相关分析,并将区域强对流天气、局部强对流天气、无强对流天气的3类情况下的中低层气压、温度、湿度、风场及稳定度进行分类合成分析,结果表明:当南昌ΔT850-500≥27℃时,且有天气系统作为触发条件时,江西强对流天气发生的概率达85%;中低层低槽和切变等影响系统、江南华南暖湿气流、河套地区的冷空气都有利于江西强对流天气出现。对典型个例的探空曲线和对流有效位能分析表明:强垂直温度梯度结合中低层高湿度是强对流天气发生的重要条件。在强对流天气潜势预报中,强垂直温度梯度有时比对流有效位能更有指示性。根据上述分析结果,建立了相应的预报流程,并在业务试用中取得较好的效果。     

强对流天气短时临近预报业务技术进展与挑战

强对流天气短时临近预报业务是国家防灾减灾、重大社会活动和精细化天气预报的迫切需要。虽然我国强对流天气短时临近预报业务已经取得了巨大进展,但与国外先进水平相比还有不少差距。本文总结了近年国内外强对流天气短时临近预报业务现状、技术进展、目前国内的技术支撑状况和所面临的挑战,并提出了相应的应对措施。目前强对流天气短时临近预报技术仍然主要是外推预报技术、数值预报技术和概念模型预报技术等,但快速更新循环的高时空分辨率数值模式预报和新一代静止气象卫星资料将在强对流天气短时临近预报中发挥重要作用。强对流天气监测、分析和机理研究是强对流天气短时临近预报的重要基础;先进的外推预报方法同快速更新循环的高时空分辨率数值模式预报以及二者的融合是未来强对流天气短时临近预报的重要发展方向。     

对流风暴内中气旋特征与强烈天气

利用江苏盐城CINRAD-SA新一代天气雷达2005-2008年的资料分析盐城及周边地区对流风暴内中气旋和各种强对流天气的关系。对SA雷达中气旋探测算法识别的中气旋特征进行统计分析,发现带有中气旋的高顶高底的对流风暴易产生大冰雹;低底和带有较小直径的中气旋的对流风暴有利于龙卷的产生;后侧人流急流进入风暴有时会导致中气旋切变剧增、中气旋的底和顶降低而产生雷雨大风;低底和含有较低旋转速度的前侧中气旋容易导致短时暴雨。含有中气旋的对流风暴通常产生在对流有效位能较高和垂直风切变较大的环境条件下。     

2004年7月两次强对流天气过程的对比分析

对两次强对流天气过程的影响系统、物理量场和雷达回波特征等进行了对比分析.分析表明：两次强对流过程有许多相似之处,高、低空西南急流适宜配置而引起的高低层动力场的耦合是强对流发生的动力条件,强对流发生在低层露点锋区及低层水汽通量和散度辐合、高层则相应辐散的大值区域.高低层相对散度正值越大,其所产生的雨量也就越大.多普勒雷达反射率因子图上弓状回波的后侧出现下沉入流急流,相应速度图上的速度值越大,回波移动速度越快,预示着所造成的地面风力也就越大.     

强对流天气分析与预报中的若干基本问题

大量的预报业务人员对强对流天气中的大多数基本概念和基础理论＂即熟悉、又陌生＂,这是造成强对流分析、预报过程中许多概念和理论被滥用,预报思路不清晰的重要原因。针对上述问题,本文从预报实践的角度讨论了与强对流有关的基本概念、基础理论以及它们在实际强对流预报中的应用问题。内容包括：湿度与水汽质量的关系,冷空气在降水过程中的作用,与静力不稳定、动力不稳定有关的基本理论,探空分析与不稳定参数,螺旋度、湿位涡理论与不稳定的关系,抬升速度、辐合线与对流垂直运动的关系,天气系统空间结构与强对流现象之间的内在关系等。     

2014年春季华南地区两次强对流天气过程对比分析

基于常规观测、气象卫星和雷达等资料,利用WRF模式对2014年3月31日和5月17日发生在华南地区的两次强对流天气过程的水汽条件、不稳定层结、抬升触发机制、垂直风切变,以及分别造成不同程度灾害性天气的机制进行了对比分析。结果表明： 1） 两次强对流天气过程,均是在充足的水汽和不稳定层结条件下,由850 hPa切变线与地面锋面共同抬升触发而成。在移动过程中强对流前部和后部低层都存在有组织的上升和下沉运动,配合大气环境中有利的垂直风切变,有利于强对流系统内部不断触发新的对流单体生成,从而维持了两次强对流过程完整的回波形态和较长的生命史。2） 在低层0—3 km高度,两次强对流均存在风随高度顺时针旋转、垂直风切变,但3月31日过程的风随高度顺时针旋转更显著,风速增大更明显,垂直风切变更大。在移动过程中强回波后部均有冷池结构形成,但3月31日过程的冷池强度、分布范围和厚度都明显强于5月17 日过程。这种显著差异,使得前者更有利于出现大风、冰雹等灾害性天气。 归纳出的基于“配料法”的预报思路：在水汽条件充足、K指数大于38°C、CAPE大于1 400 J/kg、SI指数小于-2,有锋面、切变线等抬升触发条件存在的情况下,在华南地区需要考虑对流天气发生的可能;当低层0—3 km高度出现风向强烈顺时针旋转、风速增大、垂直风切变增强,并出现强冷池中心时,还需要考虑有组织的强对流天气生成,这有利于提前做好冰雹、大风预警预报。     

强对流天气预报的一些基本问题

对深厚湿对流(业务中通常称为雷暴)和强对流天气的发展条件和机理(尤其龙卷发展条件和机理)的科学理解是做好对其预报的基础。本文首先分析了对流有效位能和对流抑制能量与抬升气块温湿状态的关系、对流温度的物理意义、对流发展所需的水汽条件;然后提出了我国重大强对流天气的定义,给出了强对流天气时空分布的一些规律、极端强降水与地面露点的关系、雷暴大风产生机制、冰雹融化层高度与湿球温度之间的物理联系、超级单体风暴和龙卷的环境条件、龙卷的形成机理等;最后对涡度和风矢端图及其与龙卷、中气旋发展的关系进行了分析说明。文中列举的对各个概念不尽相同的解释和阈值以及我们的一些认识和理解,可供相关人员学习和比较。     

河南省一次致灾强对流天气的中尺度分析

利用常规观测资料、中尺度分析产品和雷达资料对2013年8月1日凌晨发生在河南省西部、北部的一次致灾强对流天气过程进行分析.结果表明:这次强对流是在上干冷下暖湿的不稳定大气层结条件下产生的,较大的垂直风切变出现在强对流发生后,可能与强对流天气产生时间较晚有关;地面辐合线是这次强对流产生的触发机制,强对流发生在地面等温线和等露点线的密集区内.云图亮温的低值中心对应地面的强雨区.1日凌晨,对流回波东移加强,先后形成的两条弓形回波,均存在明显的低层弱回波区和中高层的悬垂回波结构,大风发生在弓形带状回波后侧;对流回波带低层有很强的西南风急流,使得强对流回波形成弓形带状回波;强回波带的前沿速度场上,有中尺度辐合线、辐合区、逆风区存在,它们的出现和维持是产生局地强降水的一个有用指标,中尺度系统的存在是强对流风暴产生、维持、发展的必要条件;较大垂直液态含水量的维持为产生强降水提供了有利条件,垂直液态含水量的增减,预示着地面强对流天气的开始和减弱.     

Segregation and Interpretation of Ozone and Carbon Monoxide Measurements by Air Mass Origin at the TOR Station Mace Head, Ireland from 1987 to 1995

Three independent methods have been used to sort the ozone, carbonmonoxide, and other radiatively important trace gases measured at Mace Head,Ireland, and thereby distinguish clean air masses transported over the NorthAtlantic from the more polluted air masses which have recently travelledfrom the European continent. Over the period April 1987–June 1995 theNorthern Hemisphere surface ozone baseline concentrations exhibited a meanconcentration of 34.8 ppb, with a small positive trend (+0.19 ppbyr^-1), while the corresponding trend in air originating fromthe polluted European areas was negative (–0.39 ppbyr^-1). Carbon monoxide measurements from March 1990 toDecember 1994 showed negative trends for both the unpolluted (–0.17ppb yr^-1) and polluted data (–13.6 ppbyr^-1). Overall the continent of Europe was shown to be a smallnet sink of 2.6 ppb for all occasions when European air was transported tothe North Atlantic.     

冷涡背景下不同类型强对流天气的成因对比分析

利用常规气象观测资料、自动站资料、卫星、雷达和NCEP再分析资料,针对2015年8月22日冷涡背景下华北东北部和黄淮地区同时出现的不同类型强对流天气,对比分析引发不同天气的两种中尺度对流系统的演变过程及冷涡背景下不同强对流天气的成因。具体结论如下:(1)同一冷涡背景下,华北东北部位于冷涡中心外围西南象限和地面冷高压前沿,触发的分散性多单体风暴位于冷涡外围的涡旋云系中,引发以短时强降水为主的强对流天气;黄淮地区位于冷涡后部和地面冷锋前,槽后晴空区的多个对流单体,合并后形成人字形飑线系统引发短时强降水、冰雹和雷暴大风天气;(2)环境热力和水汽的差异为形成不同的强对流天气提供了前提条件:华北东北部受高层暖脊影响,地面高压后部的偏东气流带来水汽输送,整层暖湿的条件利于产生强降水;黄淮地区高层有补充干冷空气,利于热力不稳定条件发展,但黄淮地区低层水汽不足,风雹天气在较干环境场中不易被触发;(3)引发不同强对流天气的对流触发机制不同,两处的初始对流均受同一地面辐合线影响,但华北东北部在地形抬升与辐合线共同作用下不断新生单体;黄淮地区的初始局地热对流形成后,其前沿的辐散出流与环境风形成新的辐合,使原辐合线断裂和转向;(4)出现不同强对流天气时垂直风切变不同,黄淮风雹区的中层垂直风切变更显著,有利于形成持续性的强风暴;强对流天气发生时,华北东北部中低层风场的演变与天气尺度系统的变化有关,黄淮地区中低层风的垂直分布与中尺度对流系统的发生发展有关。     

机器学习在强对流监测预报中的应用进展

近年来,机器学习理论和方法应用蓬勃发展,已在强对流天气监测和预报中广泛应用.各类机器学习算法,包括传统机器学习算法(如随机森林、决策树、支持向量机、神经网络等)和深度学习方法,已在强对流监测、短时临近预报、短期预报领域发挥了积极的重要作用,其应用效果往往明显优于依靠统计特征或者主观经验积累的传统方法.机器学习方法能够更...