大气气溶胶折射率虚部的宽谱反演方法 II.对比实验与应用研究

通过对比观测实验 ,分析了宽谱方法与总辐射 -直射比方法对大气气溶胶折射率虚部的反演结果。对比结果表明 :两种方法对虚部的反演结果分别为 0 0 1 2± 0 0 0 3和 0 0 1 1± 0 0 0 4。另外 ,本文直接利用气象台站的辐射观测资料计算了北京 1 992年的大气气溶胶折射率虚部 ,并分析了北京地区气溶胶的局地辐射气候效应 ,发现北京气溶胶的辐射气候效应在冬季是倾向于加热的 ,而其他季节则倾向于冷却。     

大气气溶胶折射率虚部的宽谱反演方法Ⅱ.对比实验与应用研究

通过对比观测实验,分析了宽谱方法与总辐射-直射比方法对大气气溶胶折射率虚部的反演结果.对比结果表明:两种方法对虚部的反演结果分别为0.012±0.003和0.011±0.004.另外,本文直接利用气象台站的辐射观测资料计算了北京1992年的大气气溶胶折射率虚部,并分析了北京地区气溶胶的局地辐射气候效应,发现北京气溶胶的辐射气候效应在冬季是倾向于加热的,而其他季节则倾向于冷却.     

大气气溶胶折射率虚部的宽谱反演方法 I. 理论

提出了从宽谱太阳漫射辐射信息反演大气气溶胶折射率虚部的新方法。通过敏感性分析发现:宽谱太阳漫射辐射对大气气溶胶折射率虚部的变化非常敏感,而对粒子谱分布、气溶胶折射率实部、地表反射率、大气中水汽和臭氧含量的变化不很敏感或弱敏感,因此可以从中较好地提取大气气溶胶折射率虚部。数值试验表明该方法具有较高的精度。     

大气气溶胶折射率虚部的宽谱反演方法I.理论

提出了从宽谱太阳漫射辐射信息反演大气气溶胶折射率虚部的新方法。通过敏感性分析发现：宽谱太阳漫射辐射对大气气溶胶折射率虚部的变化非常敏感,而对粒子谱分布、气溶胶折射率实部、地表反射率、大气中水汽和臭氧含量的变化不很敏感或弱敏感,因此可以从中较好地提取大气气溶胶折射率虚部。数值试验表明该方法具有较高的精度。     

气溶胶元素碳的测量及其与虚折射率的相关性

大气气溶胶的虚折射率是大气气溶胶的一个重要物理参数,它表示气溶胶对光辐射的吸收特性。大气气溶胶中的元素碳是重要的吸光物质。因此,对大气气溶胶中元素碳的测量及与大气气溶胶虚折射率测量的相关性研究具有重要意义。 本文提供了利用240C元素分析仪测量大气气溶胶中元素碳含量的方法,并对大气气溶胶元素碳含量与大气气溶胶虚折射率的测量结果作了相关性分析。结果表明,两者之间存在明显的正相关。     

大气气溶胶虚折射指数及其与元素的相关性

在西安、南京采集111个气溶胶样品，测定了虚折射率ni和分析了粒子中Si、Al、Ca、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ti、S、P、Pb和Zn的含量。统计分析表明，ni与S和Pb的相关系数r最高，分别为0.36和0.30，统计检验也表明，这一相关性是显著的。其它11种元素与ni的相关性较差，且并不显著。西安气溶胶S含量明显高于南京，它与ni之间的相关系数高出南京近一倍。这些结果表明，除碳C之外，气溶胶中的S和Pb及其化合物对辐射的吸收不能忽视。     

兰州城区冬季大气气溶胶粒子谱的反演研究

从实测的兰州城市冬季大气气溶胶多波段光学厚度资料出发,应用消光法反演了大气柱气溶胶粒子谱,并对反演程序的可行性、反演结果的可靠性进行了分析讨论。结果表明,反演出的大气柱气溶胶粒子谱分布都为三峰型分布。通过正算方法计算出的光学厚度值检验反演方法,检验结果说明,反演程序是可行的,结果是可靠的。     

从反射太阳光谱反演大气气溶胶体积谱分布的理论研究

由大气顶射出太阳辐射的形式解出发,结合球形粒子的米散射理论,由反射太阳光谱推导获得了反演整层大气气溶胶粒子体积谱分布的权重函数。在权重函数特征分析的基础上,根据一个简单的线性反演算法,利用大气辐射传输计算模拟的大气顶反射太阳光谱,反演获得了不同气溶胶浓度和复折射率条件下的气溶胶粒子体积谱。结果表明,初步建立了一套自洽的大气气溶胶体积谱分布的反演方法。通过米散射计算获得的反演参数考虑了波长对粒子半径的权重特征,使气溶胶体积谱的反演具有了明确的物理依据;同目前常用的查算表方法相比,简化了反演方案中参数化的复杂程度。     

从全波段太阳直射辐射确定大气气溶胶光学厚度 II：实验研究

本文通过比较太阳直射表和太阳光度计探测的大气柱气溶胶光学厚度，分析了从太阳直射表探测的全波段太阳直射光强信息确定大气柱气溶胶光学厚度的误差，并应用北京观象台的太阳直射表观测资料，反演得到了 1990—1993年北京大气柱气溶胶光学厚度，分析了该光学厚度月与年变化规律以及1991年菲律宾皮纳图博火山爆发对北京大气气溶胶含量的影响。本文还提出了关于有效水汽含量的一个经验关系式，用于确定水汽对太阳辐射的吸收率。     

利用水平面太阳直接辐射日曝辐量反演大气气溶胶光学厚度的方法研究

本文发展了一个从宽带水平面太阳直接辐射日曝辐量 (总辐射与散射辐射日曝辐量之差) 反演光谱大气气溶胶光学厚度的方法, 包括建立一个 “等效” 的瞬时太阳天顶角模型, 并提出了一个基于气溶胶标高的云影响甄别方法。对该反演方法的数值模拟和误差分析表明: “等效” 瞬时太阳天顶角模型的不稳定性引起的光学厚度反演误差平均为3.66％; 光学厚度日变化对一段较长时间的平均光学厚度的影响不显著; 订正造成的散射辐射误差≤20％时, 光学厚度平均偏差≤4％。通过与AERONET产品的比对验证表明: 本文发展的光学厚度反演方法和云影响甄别方法都是有效的; 晴空反演的0.75 μm光学厚度与AERONET的相关系数超过0.95, 平均误差约0.02; 云甄别方法计算的季节和年平均光学厚度与AERONET具有较好的一致性。     

光电粒子计数器测量气溶胶折射指数虚部

本文分析了光电粒子计数器测量结果对气溶胶折射指数的敏感度,讨论了它测量的粒子谱分布与折射指数虚部n_i的相关关系。根据光电粒子计数器测量的粒子谱分布对n_i敏感的特点,利用光电粒子计数器和太阳辐射计同时测量的结果,可以确定气溶胶的n_i。实际测量的n_i值与积分片方法测量结果对比表明,这个方法是令人满意的。     

Profile and Character of Atmospheric Structure Constant of Refractive Index Cn2

Random fluctuations of turbulence bring random fluctuations of the refractive index, making the atmosphere a random fluctuation medium that destroys the coherence of light-waves. Research in atmospheric turbulence is actually the investigation of the atmospheric refractive index. The atmospheric structure constant of refractive index, Cn2, is an important parameter denoting atmospheric turbulence. In this paper, Cn2 is measured during the day and at night and in all four seasons using a high sensitivity micro-thermal meter QHTP-2. The vertical profile of Cn2 in Hefei (0–30 km) is investigated by the analysis of experimental data. The average profile of Cn2 in Hefei exhibits conspicuous day and night differences with increased altitude. The distribution of log(Cn2) is nearly normal and has conspicuous seasonal differences.     

从全波段太阳直射辐射确定大气气溶胶光学厚度 I. 理论

本文提出了从全波段太阳直射辐射信息确定0.7μm波长大气柱气溶胶光学厚度的一种新方法。数值试验表明，对各类气溶胶谱分布，在水汽含量±0.2cm的误差、臭氧总量±0.1cm的误差、太阳直射辐射的±1%的观测误差以及太阳常数的±2%误差范围内，对小于0.1的0.7μm波长气溶胶光学厚度，它的解误差一般小于0.017，对大于0.1并小于0.6的光学厚度，它的解误差一般小于10%。     

复杂地形城市冬季边界层对气溶胶辐射效应的响应

作者着眼于城市气溶胶辐射效应与大气边界层的相互作用问题,针对地形复杂的兰州市及周边地区,开发应用了WRF(Weather Research and Forecasting,天气研究和预报)模式,使之与包含了大气气溶胶辐射效应和气溶胶粒子扩散的综合大气边界层数值模式嵌套起来.通过个例分析,揭示了冬季气溶胶辐射效应对边界层结构的定量影响.主要特征为夜间气溶胶的长波辐射效应使地面附近的气温增高,增温幅度为0.1～0.3 K/h,使低空(25～300 m)大气层冷却,降温幅度为0.08～0.15 K/h,风速在150 m以下减小;白天气溶胶的短波辐射效应使地面层内明显增温,1 h内升温约0.5 K,增温最大值在混合层顶500～600 m高度.受增温影响,垂直风场和水平风场随之调整,风速在450 m以下增大约0.1 m/s左右,而在450 m以上风速减小0.1 m/s左右.     

大气环流的年代际变化 II.GCM数值模拟研究

类似大气环流模式比较计划（AMIP）的数值模拟,将实际观测的海表水温（SST）资料引入模式进行40多年的数值积分,得到长时间的大气环流模拟结果。分析数值模拟结果发现,无论是大气中的主要涛动和遥相关型,还是重要大气环流系统都极为清楚地存在着年代际变化特征,包括10～20年准周期振荡和可能的30年以上的准周期振荡;而且上述主要环流系统的形势及其年代际变化大都与实际观测资料所给出的结果相一致。顺便分析中国东部气候的模拟结果,年代际变化特征（包括60年代的气候突变）也很清楚,并同大气环流变化配合十分合理。结果也表明,同研究季节和年际变化一样,大气环流模式（AGCM）数值模拟也是研究大气环流和气候年代际变化的有效方法。