扁旋转椭球状冰水混合粒子对偏振雷达波的散射

本文借助于旋转椭球矢量波函数和平均场的理论,得到了非均匀扁旋转椭球粒子对偏振电磁波散射的准解析解,并利用所得理论公式给出了雷达气象上极为重要的在平行和垂直入射条件下,非均匀扁旋转椭球状海绵冰粒对雷达波的后向散射截面数值计算结果。在计算中认为海绵冰粒分二层,内核为纯冰扁旋转椭球,外层由冰水混合构成。     

用T矩阵方法计算超椭球粒子的电磁散射特性

利用超椭球体方程描述粒子形状，用Matlab实现粒子形状的的绘制并离散粒子表面。用T矩阵方法计算了粒子的一些散射性质，并与其他算法做了对比。     

求解非球形大粒子光散射问题的一种简明数值计算方法

对于实际大气中传输的非偏振自然光的散射问题,所关心的散射参量通常为散射强度和线偏振度。本文通过对光子沿随机抽样人射路径的散射几率进行统计,建立了计算多粒径大粒子系统单次散射相函数及线偏振度的一种简明数值方法。对于粒子表面具有曲率的情况,该方法可以避免处理由表面曲率引入的“发散因子”。由于大气中液滴的形状一般近似为旋转扁椭球,本文也根据所建立的数值计算方法,计算和讨论了旋转扁椭球形液滴的散射相函数和线偏振度。     

小旋转椭球粒子群的微波散射特性

文中从不同方向线性偏振的入射波对小旋转椭球状降水粒子极化产生的散射出发 ,推导出散射能流密度函数 ,以及降水粒子群旋转轴处于不同状态下的散射截面 ,得出散射截面随降水粒子相态和入射波波长变化的一些曲线 ,其结果可供遥感反演计算使用。     

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.     

非球形轴对称粒子光散射的散射矩阵元素展开系数的数值计算

扼要地介绍了非球 普子光散射的散射矩阵元素按广义球函数展开的基本理论,以及球形粒子散射矩阵元素间的关系。在此基础上较详细地阐述了计算展开的方法以及在程序研制中的所遇到的一些问题。最后,对非球形的Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ粒子光射散射的散射矩阵元素的展开系数进行了计算,结果表明数值技术和计算的正确性。     

雨滴的近似椭球模型及其近红外散射特性研究

将雨滴近似成椭球体,建立了雨滴的近似椭球模型,与已有模型进行对比表明该模型可以较准确地反映实际雨滴的形状.在此基础上利用Monte-Carlo方法模拟射线追踪,分别计算了单个雨滴和单位体积群雨滴在近红外波段下的散射特性.结果表明,在计算单个雨滴散射特性时,将雨滴近似成球形将会有较大的误差,尤其在后向表现的明显;单位体积群雨滴散射特性与降水性质和雨强的变化关系不大,降水的不均匀性是造成群雨滴散射特性变化的主要原因.     

双/多基地天气雷达探测小椭球降水粒子的侧向散射能力

首先给出小椭球粒子侧向和后向散射截面的表达式,将其中相关参数用双基地雷达坐标系中的量表示,在定义小椭球粒子侧向散射能力后,分别推导出发射水平与垂直偏振波条件下估算侧向散射能力的算式,并通过仿真计算,获得各高度上的侧向散射能力和分布情况.得出的主要结果为:(1)发射水平偏振波时,在低高度的等高面上,当离开基线垂直向上或向下距离增加时,侧向散射能力先逐渐变小到最小值后,再逐渐增大.在基线左、右的延线上也基本呈这种分布,仅在主站与子站的垂直方向上存在侧向散射能力的最低区域.随着等高面高度升高,侧向散射能力分布情况基本相似,仅子站上下的弱侧向散射值有所提高.(2)发射垂直偏振波时,在低高度水平面上无论被探测的扁旋转椭球粒子处在该平面上(除主站与子站张培昌等:双/多基地天气雷达探测小椭球降水粒子的侧向散射能力.     

兰州市西固区冬季大气气溶胶粒子的散射特征

利用2002年1月31日～2月2日的积分浑浊度仪观测资料和PM10观测资料对冬季兰州市西固区大气气溶胶粒子散射特征及其与空气污染的关系进行了研究。结果表明,波长λ=550nm(绿光)处散射系数日变化规律呈双峰型,峰值分别出现在11:00～12:00和22:00左右(北京时,下同),散射系数的变化范围是1.34×10-4～3.3×10-3m-1,其变化规律同PM10浓度的变化规律是一致的,两者有较好的相关性,相关系数r≥0.8。     

Approximations of the scattering phase functions of particles

Based on anomalous diffraction theory and the modified Rayleigh-Debye approximation, a physically realistic model in bridging form is described to approximate the scattering phase function of particles. When compared with the exact method, the bridging technique reported here provides a reasonable approximation to the Mie results over a broader range of angles and size parameters, and it demonstrates the advantage of being computationally economic. In addition, the new phase function model can be essentially extended to other shapes and conveniently used in more complicated scattering and emission problems related to the solutions of the radiative transfer equations.     

大气粒子散射相函数的参数化方案比较及其改进

大气粒子散射相函数的参数化是大气辐射传输参数化的重要组成部分。文中全面比较了大气粒子的HenyeyGreenstein(HG)方案和双Henyey-Greenstein(DHG)方案,并在四流球谐函数展开累加法中,应用这两种相函数参数化方案计算气溶胶、云、霾粒子的反射率、透射率或吸收率。该研究结果表明:HG方案无法表现相函数的后向峰值,因而其计算的大气粒子反射率和透射率精度较差;DHG方案能较好地表征相函数的整体特征,但是该方案计算的相函数易出现后向异常峰值或为负值,并导致计算得到的气溶胶、云、霾粒子的反射率和透射率精度甚至会低于HG方案。对DHG方案进行进一步研究,提出了改进的DHG方案(MDHG)。MDHG方案计算结果稳定,并能很好表征相函数的前向和后向峰值的特征,其计算的大气粒子的反射率和透射率精度也较高。因此,MDHG方案是一种理想的相函数参数化方案。     

南京北郊气溶胶粒子的光学散射特征

利用三波段积分浊度仪对南京北郊2009-2010年四季气溶胶散射系数进行观测和分析。结果表明：气溶胶散射系数具有明显的季节变化特征,春季最低,秋季最高,冬夏季差别不大;气溶胶散射系数变化范围为51．6～2748．3Mm-1,平均值为478．6Mm-1。气溶胶散射系数的日变化特征为双峰型。空气相对湿度与气溶胶散射系数呈正相关关系：地面风向与气溶胶散射系数关系密切,偏东风时气溶胶散射系数最大,偏南风和偏西风时气溶胶散射系数较小。降水对气溶胶有明显的清除作用。能见度大于5km时,能见度与散射系数呈负相关关系。四季大气中SO2和NO2与气溶胶散射系数存在一定相关性,其中秋季SO,与气溶胶散射系数的相关系数最大（0．68）,春季NO2与散射系数的相关系数最大（0．62）,均通过0．05信度的显著性检验。     

双基地偏振雷达探测时小旋转椭球雨滴的侧向散射特性

从旋转椭球粒子散射理论出发,给出单个小旋转椭球雨滴在入射不同偏振波时的散射函数,并对其在不同仰角情况的数学图形和物理意义做了讨论,为推导基于椭球雨滴群的双基地偏振雷达方程、研究椭球雨滴群对双基地线偏振雷达探测能力的影响、处理和分析双基地偏振雷达资料,提供了理论依据.     

中国区域主要颗粒物及污染气体的排放源清单

长三角4个省会（直辖市）城市（上海、南京、合肥、杭州）中,合肥与南京的PM_2.5浓度演变有较高的一致性。应用聚类分析的方法对2013-2015年合肥非降水日（日降水量低于10 mm）100 m高度（代表近地层）和1000 m高度（代表边界层中上部）的72 h后向轨迹进行分类,结合合肥2013-2015年PM_2.5日均浓度资料,探讨近地层和边界层中上部输送轨迹与长三角西部PM_2.5浓度的关系。近地层和边界层中上部分别得到7组和6组不同的后向轨迹;不同输送轨迹对应的PM_2.5浓度、重污染（重度以上污染,PM_2.5日均浓度大于150 μg/m³）天数、能见度、地面风速、相对湿度等都有显著不同,尤其是在近地层。100 m高度,平均长度最短、来向偏东的轨迹组对应的PM_2.5浓度均值最高（约是组内均值最低值的2倍）、重污染天数最多,且占比最高（30%）,重污染日对应的气流在过去72 h下降高度均值仅28 m,明显低于其他PM_2.5污染等级日;来向偏西北、长度较短的轨迹组,PM_2.5浓度均值和重污染天数为第2高,这一类轨迹占比14%,气流到达本地前存在明显的下沉运动,反映了远距离输送加剧本地PM_2.5重污染的特征。这两类轨迹常对应PM_2.5日均浓度的上升。PM_2.5平均浓度最低的2个轨迹组分别是来自东北和西南的较长轨迹组,所占比例分别为6.4%和10.3%,这2类轨迹往往对应着PM_2.5日均浓度下降。1000 m高度的结果与100 m高度结果类似,但PM_2.5平均浓度的组间差异不及100 m高度,与2001-2005年PM₁₀浓度与输送轨迹的关系不同。对3 a中84个重污染日两个高度的后向轨迹进行聚类,近地层和边界层中上部各得到7类和6类PM_2.5重污染日的天气形势。近地层92%的重污染日对应的海平面气压形势场上,从华北到华东属于均压区,气压梯度小,轨迹来向以偏东到偏北方向为主,垂直方向延伸高度在950 hPa以下。1000 m高度,77%的重污染日属于相对较短的轨迹组,对应的850 hPa高度场特征为从中国西北（新疆）到东南受高压控制,长三角或位于高压底部,或位于两高压之间的均压区。这对PM_2.5浓度预报有较好的指示意义。     

全球不同类型气溶胶光学厚度的时空分布特征

利用MERRA-2(第2版现代研究与应用再分析)资料分析了1980-2017年全球硫酸盐、黑碳、有机碳、海盐、沙尘及总气溶胶光学厚度的时空分布特征;选取了北美、北非、南非、印度、中国和印度洋6个典型区域研究了硫酸盐、黑碳、有机碳、海盐和沙尘气溶胶对总气溶胶光学厚度的贡献率。结果表明,硫酸盐、黑碳、有机碳、海盐和沙尘气溶胶在全球非均匀分布,并且具有季节变化;全球总气溶胶的光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)在夏季最大(0.137),春季次之(0.130),冬季最小(0.118);在6个典型区域里,北非地区总气溶胶的光学厚度最大,为0.43;其次是中国的东部地区,为0.41;每个区域其主要气溶胶的类型并不相同,在北美、中国东部及印度中部地区,硫酸盐是主导的气溶胶类型,贡献率分别为66%,63%和42%,在印度洋、南非及北非地区,海盐、有机碳和沙尘分别是最主要的气溶胶类型,贡献率分别为65%,51%和82%;对于黑碳、硫酸盐和总气溶胶,中国东部地区和印度中部地区有较为明显的增长趋势,其中总气溶胶光学厚度的线性增长率分别为0.007 a^-1和0.0056 a^-1,但在2010年以后,中国东部地区出现明显的下降。     

Cosmic rays and the electric field of thunderclouds: Evidence for acceleration of particles (runaway electrons)

We present the data on correlations of the intensity of the soft component of cosmic rays with the local electric field of the near-earth atmosphere during thunderstorm periods at the Baksan Valley (North Caucasus, 1700 m a.s.l.). The large-area array for studying the extensive air showers of cosmic rays is used as a particle detector. An electric field meter of the ‘electric mill’ type (rain-protected) is mounted on the roof of the building in the center of this array. The data were obtained in the summer seasons of 2000–2002. We observe strong enhancements of the soft component intensity before some lightning strokes. At the same time, the analysis of the regression curve ‘intensity versus field’ discovers a bump at the field sign that is opposite to the field sign corresponding to acceleration of electrons. It is interpreted as a signature of runaway electrons from the region of the strong field (with opposite sign) overhead.     

Non-parametric trend analysis of the aridity index for three large arid and semi-arid basins in Iran

Currently, an important scientific challenge that researchers are facing is to gain a better understanding of climate change at the regional scale, which can be especially challenging in an area with low and highly variable precipitation amounts such as Iran. Trend analysis of the medium-term change using ground station observations of meteorological variables can enhance our knowledge of the dominant processes in an area and contribute to the analysis of future climate projections. Generally, studies focus on the long-term variability of temperature and precipitation and to a lesser extent on other important parameters such as moisture indices. In this study the recent 50-year trends (1955–2005) of precipitation (P), potential evapotranspiration (PET), and aridity index (AI) in monthly time scale were studied over 14 synoptic stations in three large Iran basins using the Mann–Kendall non-parametric test. Additionally, an analysis of the monthly, seasonal and annual trend of each parameter was performed. Results showed no significant trends in the monthly time series. However, PET showed significant, mostly decreasing trends, for the seasonal values, which resulted in a significant negative trend in annual PET at five stations. Significant negative trends in seasonal P values were only found at a number of stations in spring and summer and no station showed significant negative trends in annual P. Due to the varied positive and negative trends in annual P and to a lesser extent PET, almost as many stations with negative as positive trends in annual AI were found, indicating that both drying and wetting trends occurred in Iran. Overall, the northern part of the study area showed an increasing trend in annual AI which meant that the region became wetter, while the south showed decreasing trends in AI.