冰—水球形粒子在太阳短波段的吸收与衰减

根据Mie理论以及Aden和Kerker的理论,分别计算了纯水、纯冰和冰—水分层同心球在可见光和近红外波段的吸收、散射与衰减截面。结果表明,对于同样尺度大小的粒子,表面融化冰球或冰外壳包水球的单次散射特征值与纯冰纯水球的相比在整个太阳辐射短波段都相差不大,这是因为在此波段范围内冰和水的复折射指数的实部和虚部都很接近。此结果基本排除了0℃层附近表面融化冰晶粒子在太阳波段可能产生强吸收带,从而可以解释（部分的）云吸收异常现象这一想法。另一方面,在整层云吸收计算中,相对水含量可能较小但尺度较大的冰晶粒子的吸收是     

浅析雷达超折射成因与回波特征

电磁波在大气中传播,随着大气中的温度、压力、湿度高度的增加可以有不同的变化,因此产生了折射指数随高度的不同分布,致使雷达波在传播时有弯曲现象,一般分为标准大气折射、临界折射、超折射、负折射和零折射(见图1),其中超折射在雷达探测中经常遇到,因此须加以识别。     

变频单波段雷达方法识别冰雹云

为了探计用改变单波段雷达工作频率的方法识别冰雹云,对于C波段(取5.56cm波长)和S波段(取10.7cm波长)雷达,分别改变其工作频率400MHz和200MHz,计算了相应变化频率两端的那些波长情况下,三种冰雹模式(纯冰球、带水膜冰球、冰水混合球),两种冰雹谱分布型式(匀谱与指数谱)的雷达反射率因子。对于这两种波段的雷达,分别考察其长波长的雷达反射率因子与短波长的雷达反射率因子之比和冰雹直径之间的变化关系。结果表明,在一定的条件下,两种雷达都能够识别一定尺度范围的冰雹,而且以S波段雷达指数谱情况的结果最     

卷云中粒子的密度变化对可见光波段能量传输的影响

本文讨论了卷云冰晶粒子的密度随其尺度大小的变化。及其对折射指数的影响。对该变化所导致的粒子的光散射参数的变化进行了计算。采用Monte Carlo模式，根据观测到的冰晶粒子的数密度，使用不同的粒子密度分布，计算了卷云对0.55 μm波长的入射光的反射和透射率。结果表明，不同的粒子密度假设会导致一定的差别，但卷云中粒子的密度变化对可见光波段能量传输的影响非常小，可忽略不计。     

非球形冰晶粒子毫米波IWC-Z关系的研究

冰水含量在气候以及天气变化、人工影响天气等方面的研究中具有重要影响。毫米波雷达在探测卷云时由于气流运动等因素的影响使得电磁波照射体积内粒子自身发生旋转运动,这为精确计算粒子散射截面以及利用其散射特性反演云中冰水含量造成困难。首先给出六种常见的非球形冰晶粒子模型,利用HFSS软件讨论特定尺寸下非球形粒子及其等效球形粒子的辐射方向图差异,利用矩量法（针对非球形粒子）以及洛伦兹-米理论（针对球形粒子）计算并拟合上述冰晶粒子在静止、水平旋转以及随机旋转三种取向下最大尺寸与后向散射截面之间的双指数关系式,假定卷云冰晶粒子混合模型满足B-H模型,云粒子的谱分布服从NASA在2007年实测的指数分布,计算出实际的冰水含量,讨论了三种取向下非球形粒子及等体积球粒子群的雷达反射率因子Z,将其代入常用的IWC-Z关系式,结果表明利用雷达反射率因子反演冰水含量时必须考虑高空风产生的粒子取向问题,等效球理论方法得到的冰水含量比实际值偏小,该结论对于毫米波雷达精确反演卷云的微观物理参数具有重要意义。     

黑碳-硫酸盐混合气溶胶的辐射特性分析

利用Mie散射理论、外混合模型、均匀球模型和分层球模型,分析考察了黑碳和硫酸盐的混合气溶胶粒子在内外混合状态下的辐射特性和混合方式、容积含量和粒径对辐射特性的影响。结果表明,单次散射反照率和吸收效率因子对黑碳含量和混合方式很敏感,非对称因子和散射效率因子对两者的变化较敏感,消光系数(消光效率因子)对两者的变化不敏感。均匀混合的吸收最大,壳-核模型次之,外混合的吸收最小。壳-核模型中黑碳为核的分层球模型的吸收大于黑碳为壳的分层球模型。小粒子的辐射特性对粒径的变化很敏感,大粒子的辐射特性对粒径的变化不是很敏感。     

气溶胶吸收光学特性对低层大气短波加热率的影响

根据气溶胶折射指数的参数化方法确定其虚部ｋ的日变化，并考虑其对短波加热率的影响，发现用ｋ的日平均值代替其逐时值计算大气气溶胶国中热率，将所得结果增大最大增值可达１．６℃／ｄ。     

大气折射指数气候振动特征的最大熵谱分析

用最大熵谱分析法对南京、上海两地局地大气折射指数气候变化特征进行诊断，探讨了自回归模式的阶数不同对谱的影响，并从不同样本数的熵谱中提取出稳定的周期和谱峰值，所得结果可以作为预报大气折射指数变化的气候背景。     

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。     

利用折射指数推算大气纬圈平均风场方法

鉴于地转风、梯度风和平衡风各自计算风场的特点,该文利用COSMIC掩星折射指数资料,根据大气折射指数与大气密度、风场之间的关系,选用梯度风方程,建立了推算20~60 km中层大气纬圈平均风场的方法,分别与ECMWF提供的ERA-interim及NASA/GMAO提供的MERRA再分析风场资料对比验证。选用2007年1,4,7月和10月的COSMIC掩星折射指数数据,按照构建的方法计算了大气纬圈平均风场,并简单分析了大气纬圈平均纬向风随纬度、高度的变化特征及规律。计算风场与ECMWF及MERRA再分析风场资料变化规律基本一致,符合效果很好, 能够正确反映出纬向平均风场特性。1月及7月不同高度标准偏差、最大偏差随高度增加而增大,标准偏差最大约为6 m/s,最大偏差不超过11 m/s,沿纬度方向相关系数有减小的趋势,但不低于0.98,4月及10月偏差稍小,最大偏差不超过8 m/s。结果表明:利用COSMIC掩星折射指数资料通过梯度风方程计算风场,是获取中层大气20~60 km纬圈平均风场的一种有效方法。     

基于不同时间尺度风切变指数推算风资源的对比分析

利用2014—2018年辽宁省探空资料分析了水平风速的垂直风廓线分布特征。用2座代表性测风塔逐时梯度风观测分析了采用不同高度组合方案计算出风切变指数的月、日变化特征, 分别用月、小时、年风切变指数推算高层风速和风功率密度, 并与实测对比。结果表明: 沈阳相较于大连地区风速随高度增加较快, 180 m高度以上风速基本保持不变, 而大连因其纬度低且靠近海洋, 300 m以下风速均匀上升。在非复杂地形情况下, 距地面10 m高度以上间隔一定高度设立4层风观测, 基本可以满足近地层风资源评估需求。受太阳辐射、下垫面、海陆热力性质差异等影响, 辽宁省风切变指数日变化特征比月变化更显著。利用小时风切变指数推算高层风速和风功率密度的方案优于采用月、年风切变指数方案。风切变指数日变化越显著, 采用逐时风切变指数推算方案越优于其他计算方案。     

不同环境温度下冰云粒子的单次散射参量

本文提出了直接Stokes参量变换的射线追踪方案,优化了作者过去建立的求解六角冰晶粒子散射的射线追踪模式.在冰晶有吸收(折射指数为复数)的情况下,新模式采用了有效折射指数处理粒子内的非单色折射波.其次,新模式还引入了有效单次散射参量,消除了来自几何透射线的前向δ散射效应.最后,根据不同环境温度下的冰云中冰晶粒子的粒径谱分布,本文计算了粒径谱积分平均的3D随机取向六角冰晶粒子的单次散射参量.文中给出的冰晶粒子单次散射参量的数值,对研究冰云辐射特性将有一定参考价值.     

湖北省不同地形条件下风随高度变化研究

为了揭示湖北省不同地形条件下风速随高度的变化特征,利用黄冈龙感湖、大悟仙居顶和钟祥华山观70 m测风塔1年的完整测风资料,采用线性分析、最小二乘法拟合等方法,对不同地形条件下风速切变指数的日变化、季节变化、年变化以及不同风速段内的变化特征进行了分析。研究发现华山观处风速随高度的变化最大,龙感湖次之,仙居顶处最小;且切变指数随高度的上升有不同的变化趋势,其日变化曲线接近正弦波形;季节性差异明显;在大风情况下,风速的垂直切变指数与一般情况下相比,均出现显著减小。结果表明,在复杂地形条件下,地形和下垫面对风速的垂直变化存在显著的影响。     

近地层大气气溶胶对曙暮光辐射强度和天空颜色的影响

采用离散坐标法(DISORT)辐射传输软件包UVSPEC的伪球面模式,计算了300～850 nm波段曙暮光时期地面不同观测仰角的辐射强度和天空颜色.模式选取美国标准大气(U.S. 1976),考虑多次散射效应及水汽、臭氧和二氧化碳的吸收.分析研究了近地层大气不同气溶胶光学厚度时曙暮光天空辐射强度和颜色指数随太阳天顶角和观测仰角的变化.结果表明,曙暮光时天空的红蓝光颜色指数随近地层大气气溶胶光学厚度的变化显著.此方法理论上可以用于近地层气溶胶光学厚度的反演测量.     

黑碳气溶胶光学厚度的全球分布及分析

利用全球气溶胶数据集GADS(Global Aerosol Data Set)计算了冬夏两季黑碳气溶胶质量浓度分布以及在波长0.55μm处的光学厚度、吸收系数和散射系数在全球的分布,并分析了原因。通过分析黑碳气溶胶复折射指数虚部、单次散射反照率、非对称因子、吸收系数、散射系数和消光系数随波长的变化,得出黑碳气溶胶的吸收系数和散射系数在小于0.5μm的短波范围内具有相同的数量级,随着波长的增大,吸收系数比散射系数大几个数量级;黑碳气溶胶对小于1μm的短波有强烈的吸收作用。另外还给出了冬夏两季南北半球及全球黑碳气溶胶平均光学厚度值、7个地区黑碳气溶胶光学厚度及质量浓度最大值,其中冬季黑碳气溶胶光学厚度的最大值为0.027 5,位于东亚地区;而质量浓度最大值为1.555μg/m3,位于西欧地区。     

用雷达回波参量分析一次飞机人工增雨的播撒效果

应用潍坊气象台的地面雨量、雷达跟踪观测的不同时刻、不同层次的云体变化以及随飞机工作人员通过第一次的播撒与第二次播撒时在飞机上观测到的先水后冰的转化等结果，分析了１９９５年４月２２６潍坊西南部的一次飞机人工增雨播撒效果。结果表明，播撒后雷这回波参量发生了明显变化；随飞机观测有冰水转化产生；影响区内产生了地面降水，非影响区无地面降水。     

银川地区气溶胶特性的天空辐射计测量

利用地基天空辐射计测定了银川地区2003年10月-2004年8月太阳直接辐射和天空散射辐射,采用"SKYRAD"模式同时反演了银川地区气溶胶光学厚度、波长指数、体积谱分布、折射指数和单次散射反照率,并对结果进行了分析.结果表明:银川地区气溶胶光学厚度具有明显的H变化,4个季节的变化范围分别31%、33%、24%和38%,并主要表现出两种变化类型,而光学厚度的季节变化春季最大,冬季最小,波长指数变化与光学厚度变化基本相反,春季最小,冬季最大,这主要与北方沙尘活动有关;气溶胶尺度分布表现出双峰型结构,一种是位于半径0.15 μm附近的积聚模态,另一种是半径7 μm左右的粗模态,且粗模态浓度远大于积聚模态的浓度;折射指数实部春季明显升高,对波长的敏感性较低,而虚部春季显著下降,并且表现出对波长更低的敏感性,但两者在不同波段的微小变化均表现出了一定的规律性,且虚部表现的更为复杂;单次散射反照率春季显著高于其他季节,并随波长的增加而显著增加,而其他季节单次散射反照率在波长之间虽存在变化,但并没有表现出任何规律性,表明这种变化具有明显的区域性差别.     

江苏沿海近地层强风风切变指数特征研究

利用江苏沿海5座测风塔长序列(连续42个月)、高时间分辨率(10 min一次)的梯度风、气温、气压等观测资料,分析不同地区、不同高度层的风切变指数变化规律,并筛选出对江苏产生较大影响的7次台风和17次寒潮天气过程,分析强风条件下的风切变指数变化特征。结果表明:(1)风切变指数随环境在0. 15～0. 26之间变化,风机有效风速段和15 m·s-1特征风速段的风切变指数分别平均为0. 20和0. 19,不同高度层之间风切变指数随高度增加而减少,随风速增大呈对数关系减少。(2)台风影响时垂直混合运动强烈,风切变指数变小,平均为0. 19。台风中心经过时的风切变指数和风速具有M型变化形态,最低为0. 05,加上风向剧变,易对风机叶片产生破坏。(3)寒潮影响时的风切变指数平均为0. 22,小于同期平均。风速倒置现象明显,在50～100 m之间风切变指数为负值的出现概率超过8%,50 m高度处容易出现近地层的最大风速层。     

中国大气短波吸收辐射的气候研究

根据ＥＲＢＥ和ＩＳＣＣＰ资料，以及实测和计算的地表吸收辐射资料，计算并讨论了我国大气短波吸收辐射的时空分布特征；分析了其与各影响因子的关系。结果表明，大气短波吸收辐射随纬度和拔高度变化明显，其与天文辐射、水汽压的相关也很显著，总云量对它的影响仅在东部地区有所反映。     

西藏高原大气折射指数的时空分布

利用西藏高原上四个站常规探空资料，应用大气折射指数理论和统计学方法得出：利用两层指数模式拟合实际的大气折射指数垂直分布可保证精度。由于地面气象要素日较差，年较差较大，折射指数日变化、年变化在对流层低层幅度最大，气压、温度、水汽压的分布，变化决定了折射指数的分布变化，不论日际变化，还是年际变化，水汽压都占主导地位。