对非球形冰晶94 GHz云雷达后向散射和衰减的研究

针对94 GHz毫米波云雷达的数据处理,基于离散偶极子近似法(DDA)计算了几种非球形冰晶的后向散射及衰减效率,探讨了不同冰云模型下冰云的雷达反射率因子(Z_e)和衰减系数(k)及冰水含量(IWC,记作W)的关系。结果表明:(1)形状对冰晶的散射及衰减效率与粒子大小有关。(2)在实际的冰云中,将六角形冰晶和椭圆冰晶看做同体积的球形粒子将低估其衰减和后向散射。将聚合物冰晶看做等体积球形,将高估其后向散射及衰减,子弹花冰晶的后向散射与同体积的球形相比有减小也有增大,但是衰减比同体积球形的小。(3)冰云模型对Z_e-k、Z_e-W关系具有较大影响,假设滴谱相同的条件下,得到了具体冰云模型下对应Z_e-k、Z_e-W关系的系数。这些探讨为我国W波段云雷达的数据处理提供了参考。     

六角柱冰晶的光散射函数的计算

六角柱冰晶是卷云中粒子的基本形态。本文着重讨论了利用作者已发展的模式,对有吸收的红外波段冰晶的散射矩阵的计算结果。对比了可见光的计算结果,也对比了长六角柱、扁六角柱以及球状、旋转椭球状冰晶的散射。发现吸收的影响主要造成冰晶的侧向和后侧向散射能量减小以及因折射和多次内反射引起的晕峰和“雨虹峰值”减弱。不同形状冰晶的散射函数虽然总的情况颇一致,但与六角柱冰晶相比,球状冰晶的侧向散射较弱,而椭球状冰晶则表现出后向和后侧向散射较弱。这些特征无疑地都将影响激光探测卷云和光传输过程。     

球锥扁椭球冰粒后向散射实验与DDA计算研究

采用实验室观测和DDA法理论计算，分别获得了球锥扁椭球形冰粒对3.2、5.6和10.7cm三种波长极化波的后向散射特性数据。结果表明，测量资料和计算数据具有很好的一致性。球锥扁椭球形冰粒的后向散射截面大小不仅依赖于其尺寸（等容半径）而且受其形状影响，“差反射率雷因子ZDR”与粒子形状参数“水平-垂直尺度比”呈很好的线性正相关。这是利用双偏振雷达探测识别球锥扁椭球形冰雹的依据。     

AMSU-B微波资料反演对流云中冰粒子含量

微波遥感可以穿透云顶直接探测云内的冰粒子分布,NOAA系列卫星微波湿度计(AMSU-B)的3个水汽吸收波段对冰粒子含量的变化有着很好的响应,受冰粒子的强烈散射衰减作用,亮温随冰粒子的增加而降低.因此,可以利用3个水汽通道亮温变化判断云中冰粒子的含量.根据模拟实验结果,确定了对流云状态下各水汽通道对冰粒子的响应高度,冰粒...     

非球形气溶胶粒子散射特性及其等效Mie散射误差分析

为分析形状对气溶胶粒子散射特性的影响,采用T矩阵法计算了0.633μm波段(自然光)不同种类、形状的气溶胶单粒子与体散射的散射相函数,并讨论了气溶胶粒子形状畸变与等效Mie散射误差的变化规律。结果表明:粒子形状畸变对气溶胶粒子散射能量空间分布影响较大。对于单粒子,各散射角上的等效Mie散射误差并不随粒子形状畸变程度单调变化。从相对误差量级上看,形状畸变对180°散射的影响强于0°,对35°的散射影响相对较弱。对于两种非球形粒子等效方法,等表面积法优于等体积法。不同类型的非球形气溶胶粒子体散射存在显著差异,沙尘性与海洋性的等效Mie散射误差明显大于煤烟性与可溶性粒子;对于同一种气溶胶,形状的改变对侧向与后向散射影响显著,对前向散射影响不大。     

光吸收对冰晶粒子散射相函数的影响

本文利用射线跟踪法对冰晶粒子散射、吸收进行了研究。从理论上对一些常见的近似处理方法进行了讨论，计算了长为300μm，半径为30μm的六棱柱状冰晶粒子在不同波段的光散射相函数以及在波长2.2μm时，五种不同大小冰晶粒子的单次散射反照率。结果表明，即使在有吸收情况下，Snell公式和Lambert公式仍是近似成立的，而吸收效应对散射相函数有明显影响。     

球形粒子毫米波k-Z关系研究

由于毫米波更接近云粒子尺度,毫米波雷达越来越多地被用来探测云粒子及尺度较小的降水粒子.但是,在使用毫米波雷达探测时,要考虑云和降水粒子散射和吸收以及大气气体吸收所造成的衰减.结合毫米波测云雷达数据处理的实际需要,研究云中衰减系数k与雷达反射率因子Z的关系.假设粒子为小球形,云、雨滴谱分别服从K-M分布和Γ分布,通过模拟...     

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。     

对流层与平流层大气气溶胶粒子的若干散射特性

本文应用Ｍｉｅ散射理论，采用简洁方案计算了ＩＡＭＡＰ提出的大气气溶胶主要粒子的散射效率因子及散射相函数，结果表明，大颗粒的散射能力以７５％硫酸液滴最强，其次是水滴，冰晶，沙尘性粒子；小粒子的散射能力仍以７５％硫酸滴最强，其次是沙尘性粒子，小颗粒相函数的前向后向基本对称；大粒相函数随Ｘ值增大而不对称加大；折射率实部不同，则相函数最小值出现在不同的散射角，折射率虚部较大的煤烟，相函数起伏较小，约在１０     

CO2激光辐射谱线的大气衰减特性

我们于1986年8月在成都市实地测量了CO_2激光辐射00°l—10°0和00°1—02°0振动带内40条谱线在大气中的衰减。文中给出了各谱线衰减系数的一般值并描述了衰减特征。在八月份成都地区的特定条件下,水蒸汽的吸收和气溶胶粒子的吸收与散射构成了衰减的主要部分。测得的各谱线的衰减系数可为CO_2激光的大气应用提供有益的参考。     

ECMWF极端天气指数在华东台风降水预报中的应用和检验

选取2015—2018年影响华东地区的13个台风个例,分析降水极端天气指数EFI(Extreme Forecast Index)和SOT(Shift of Tails)与台风降水之间的统计关系。结果表明：EFI和SOT与降水气候百分位之间存在明显的正相关关系。EFI和SOT越大,强降水发生概率越高。随着预报时效的增加,EFI和SOT指数对暴雨和大暴雨的预报效果逐渐变差。对于短期(72 h以内的时效),EFI预报技巧优于SOT,而随着预报时效的延长,SOT的预报技巧逐渐接近并超过EFI。以TS评分最大为标准兼顾合理的预报偏差,得到两种极端天气指数不同预报时效、不同等级暴雨的预报阈值。总体而言,事件越极端,EFI和SOT的预报阈值越大,对于暴雨和大暴雨,EFI指数的预报阈值随着预报时效的延长有减小趋势,而SOT的预报阈值基本保持不变。在台风极端降水预报中,EFI和SOT可以作为EC定量降水预报的补充,有助于减少强降水的漏报,并提早发出预警信息。     

中国冰冻圈变化的适应研究：进展与展望

冰冻圈变化的适应研究是冰冻圈科学领域的新兴研究方向,是当今自然科学与社会科学交叉融合跨学科集成研究的典型代表。起步于2007年的中国冰冻圈变化适应研究,经历了早期的探索,研究重点由评价脆弱性发展为量化冰冻圈变化的影响,形成以影响/风险—脆弱性—适应全链条的完善的研究体系,研究方法突破传统的指标体系赋权法的不足,初步实现了定量化,有机结合影响/风险、脆弱性、适应三方面的研究结果,使冰冻圈变化的适应措施由偏重宏观性、普适性开始转向更有针对性。未来中国冰冻圈变化的适应研究应拓展、完善和深化现有的理论体系,构建冰冻圈与社会经济耦合模型,科学量化冰冻圈全要素变化的影响,建立不同利益相关者与科学家共同参与的研究新模式,科学有效应对与适应冰冻圈变化及其影响。     

基于GIS的达州香椿气候生态适宜性区划

利用达州及周边15个气象站资料和国内香椿主要产区气象资料、GIS资料,基于香椿生物学特性和现代高产栽培技术要求,综合分析了达州香椿气候生态适宜性,并选取气候生态区划指标,建立气候因子空间模型,运用集优法开展香椿栽培生态气候区划。结果表明：达州气候生态条件总体适宜香椿生长,影响其栽培的主要因子是年均气温和地形条件;冬末春初的气温水平和积温及其变化是影响香椿上市时间和产量的主要气候因子,头茬椿芽采收要求≥10.0℃有效积温约60~70℃·d。香椿栽培适宜区主要分布在达州中南部,面积占比约58.7 %,其中最适宜区主要分布在海拔高度≤500m、年均气温≥16.0℃的中亚热带浅丘平坝区,其余适宜区主要分布在海拔高度500~800m、年均气温14.0~16.0℃的北亚热带向山地暖温带过渡的低山深丘区;次适宜区主要分布于北部海拔高度800~1200m、年均气温12.0~14.0℃的山地暖温带半山区,面积占比约26.2 %;北部海拔高度≥1200m的中高山区为不适宜区,面积占比约15.1 %。达州南部浅丘平坝区为香椿重点发展区,中南部低山深丘区为香椿适度规模发展区,北部低中山区为香椿自然生态分布区。     

COMPARATIVE ANALYSIS OF VARIOUS DATA OF AIR–SEA TEMPERATURE DIFFERENCE AND ITS VARIATION ACROSS SOUTH CHINA SEA IN THE PAST 35 YEARS

Using the International Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set(ICOADS) and ERA-Interim data, spatial distributions of air-sea temperature difference(ASTD) in the South China Sea(SCS) for the past 35 years are compared,and variations of spatial and temporal distributions of ASTD in this region are addressed using empirical orthogonal function decomposition and wavelet analysis methods. The results indicate that both ICOADS and ERA-Interim data can reflect actual distribution characteristics of ASTD in the SCS, but values of ASTD from the ERA-Interim data are smaller than those of the ICOADS data in the same region. In addition, the ASTD characteristics from the ERA-Interim data are not obvious inshore. A seesaw-type, north-south distribution of ASTD is dominant in the SCS; i.e., a positive peak in the south is associated with a negative peak in the north in November, and a negative peak in the south is accompanied by a positive peak in the north during April and May. Interannual ASTD variations in summer or autumn are decreasing. There is a seesaw-type distribution of ASTD between Beibu Bay and most of the SCS in summer, and the center of large values is in the Nansha Islands area in autumn. The ASTD in the SCS has a strong quasi-3a oscillation period in all seasons, and a quasi-11 a period in winter and spring. The ASTD is positively correlated with the Nio3.4 index in summer and autumn but negatively correlated in spring and winter.     

自然控制论

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Light-absorbing particles in snow and ice: Measurement and modeling of climatic and hydrological impact

Light absorbing particles(LAP, e.g., black carbon, brown carbon, and dust) influence water and energy budgets of the atmosphere and snowpack in multiple ways. In addition to their effects associated with atmospheric heating by absorption of solar radiation and interactions with clouds, LAP in snow on land and ice can reduce the surface reflectance(a.k.a., surface darkening), which is likely to accelerate the snow aging process and further reduces snow albedo and increases the speed of snowpack melt. LAP in snow and ice(LAPSI) has been identified as one of major forcings affecting climate change, e.g.in the fourth and fifth assessment reports of IPCC. However, the uncertainty level in quantifying this effect remains very high. In this review paper, we document various technical methods of measuring LAPSI and review the progress made in measuring the LAPSI in Arctic, Tibetan Plateau and other mid-latitude regions. We also report the progress in modeling the mass concentrations, albedo reduction, radiative forcing, and climatic and hydrological impact of LAPSI at global and regional scales. Finally we identify some research needs for reducing the uncertainties in the impact of LAPSI on global and regional climate and the hydrological cycle.     

A political ecology of maladaptation: Insights from a Gramscian theory of the State

This article analyzes a political process in the aftermath of a disaster and explains why and how it led to maladaptation. Grounding Gramsci’s theory of the State on a case of post-disaster response to a fatal mudslide in the city of Sarno in Italy, this research argues that, under certain conditions, civil society and the ruling classes may coalesce to produce policies that are maladaptive. We unpack the mechanisms through which consent was reproduced in Sarno, and show how the claims of civil society were articulated and fused with the hegemonic goals of capital circulation and economic growth, reaffirming a view of government as only a provider of safety. A Gramscian treatment of the State as a process, and not as a thing, highlights that the main barrier to adaptation is not the lack of techno-managerial solutions. It is the lack of political struggle around the social reconfiguration of the logic and functions of the State.     

天津市静海区暴雨灾害风险精细化评估

根据天津市静海区18个乡镇2009—2018年逐时降水量,以及社会经济、地理地形、水利设施等数据,结合历史受灾信息,分别对静海区的暴雨致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体易损性及防灾减灾能力进行分析,采用GIS技术和统计方法多因子叠加,综合得出静海地区暴雨灾害风险精细化评估和区划。研究发现,静海区北部区域以及南部中旺镇及其周边风险较高,而静海地区中部的风险较低;暴雨灾害高风险区主要分布在致灾因子敏感性、承灾体易损性较高而防灾减灾能力较低的静海镇和梁头镇及其周边,应加强防灾减灾设施建设。     

2008年1月我国南方严重冰雪灾害过程分析

2018年1月24日夜间至2月5日贵州出现低温雨雪天气。通过分析其特点,将该过程分为三个阶段,即中东部冻雨主导期、中西部弱雨雪期和中西部降雪发展期。本文利用常规观测资料和美国国家环境预报中心（NCEP）FNL 1°×1°再分析资料,对这一阶段的低温雨雪天气成因开展了分析,并基于观测要素统计结果构建上述三个阶段的探空模型。结果表明：（1）在三个阶段,亚洲中高纬度表现出不同的环流形势,分别出现了乌山阻塞形势、横槽转竖、两槽一脊形势;（2）4次强冷空气影响及静止锋西推是贵州自东向西出现低温雨雪天气的重要原因;（3）前期暖层与高湿区、后期冷区与高湿区的温湿特征造成不同相态降水,29日前有效降水促进了结冰较快增长;（4）三个阶段探空模型显示,不同相态降水均是静止锋后冷气团一侧锋面降水造成的结果,温度层结、湿层高度、逆温梯度、云顶温度、逆温底温度与地面温度对不同降水相态的形成具有重要影响。

     

敦煌气候条件及对棉花产量因素的影响

甘肃敦煌地区气候条件虽然适宜棉花生长,但热量条件处于棉花正常生长适宜指标的下线,对棉花的产量和质量具有较大影响。利用敦煌市国家基准气象观测站1983~2012年农业气象观测资料,统计分析了敦煌棉花全生育期气象条件对棉花的株铃数、单铃重及僵烂铃率、蕾铃脱落率及产量的影响。结果表明：棉花花蕾期气温、花后热量和花期气温、裂铃吐絮阶段灌水量是造成棉花僵烂铃和蕾铃脱落的主要原因。花铃期的平均气温越高,热量越充足,越有利于棉铃数的增加;7月上旬至8月中旬夜温不足降低了棉株矿物质和贮存物的积累速率,导致花蕾及胚珠发育不良,单铃胚珠数减少;盛夏7月中旬高温造成棉铃代谢紊乱,导致单铃不孕,造成株铃数不足和单铃重下降,进而影响棉花产量。