微波波段大气的衰减作用之实验研究

本文研究了微波波段(λ=5mm-3.2cm)大气的衰减作用。用微波辐射计,根据太阳射电法和大气辐射法进行大气微波吸收值的测量,同时用探空记录计算大气微波吸收值,两者进行比较和分析它们的相关。本文研究了大气微波吸收值与大气总水汽含量或地面气象要素(如温度、比湿)之间的关系,提供预告大气微波吸收值的可能性,云层对于大气吸收值的影响,文中也作了讨论。     

光学遥感大气气溶胶特性

本文提出一种光学遥感大气气溶胶特性的新方法。由多波段望远光度计观测的太阳直接辐射和太阳所在地平纬圈天空亮度的相对分布值,同时反演出气溶胶散射相函数,整层大气的光学厚度随波长的变化,进而用“库”方法反演出气溶胶粒子的尺度谱和折射率的实部和虚部。对比平行观测的结果表明,光学遥感方法所得的结果是可信的。本文同时也讨论了北京地区大气气溶胶的光学参数在不同季节的变化。     

用940nm吸收带测量水汽总量

文章介绍了在卫星上利用近红外辐射探测整层大气水汽含量的原理和方法。分析了在近红外波段中，940nm吸收带更有利于水汽探测的原因，并且列举若干飞机测量的实例，说明这种探测方法的效果。结论指出：这种方法有可能用于卫星探测，补充热红外和微波探测水汽的不足。     

太阳辐射在山谷城市污染大气中的削弱

我们在1980—1981年冬季,在兰州市相对高度差为625米的两个点以及郊区对比点同时进行了地面太阳辐射观测,测量了山谷城市上空污染大气,尤其是山谷中的严重污染大气对太阳辐射的削弱。 太阳直接辐射在兰州市区污染大气中的减弱比在郊区大气中大得多,整层大气中的总减弱达72％,而在厚度为625米的河谷大气中的减弱约占整层大气中总减弱的41％。大气中的气溶胶粒子是削弱太阳辐射的主要因子,其对太阳辐射的削弱在整层大气中约占总减弱的66％,在河谷大气中则为96％。因此,地面上垂直于太阳光线面上的太阳直接辐射强度与大气浑浊度系数之间有很好的相关关系,以此建立了两个公式,在干旱地区,可以用它由大气浑浊度系数或到达地面的太阳直接辐射中的一个量计算另一个量。另外,本文还估计了冬季兰州上空河谷大气中气溶胶粒子对太阳辐射的吸收及其辐射加热率,並讨论了污染大气对于地面辐射平衡的影响。     

大气污染综合测量光谱仪

经常测定大气中氧化物、二氧化碳、氮氧化物和其它具有红外波段强烈吸收带气体的本底含量,是环境监控计划的重要任务之一。目前对大气污染气体的含量一般采用光谱法进行测量,其原理是:使用光谱仪在所研究气体的吸收带内对穿过大气的太阳辐射光谱进行记录,然后根据吸收的数值测定其积累的含量。不同于“局部方法”的是,光谱法可以得到整个大气层气体浓度的平均值,而且实际上即使有某种     

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。     

940 nm水汽通道反射率计算试验

利用近红外波段大气与辐射的相互作用解决用红外波段不容易遥测低层水汽的问题。选用940 nm水汽弱吸收带进行通道反射率计算试验，分析其对不同环境参数的敏感性。结果表明，940 nm附近通道的辐射信号携带了整层大气水汽信息，有可能用来获取大气水汽总量。     

云层与气溶胶对大气吸收太阳辐射的影响

云通过辐射过程对地气系统的能量平衡起着特别显著的调节作用 ,是影响天气、气候以及全球变化的重要因子。近年来 ,有云大气对太阳短波辐射的“异常吸收”又成为云—辐射研究中的一个争论热点。有云大气的短波吸收受到多种因素的影响 ,关于这方面的研究还不够充分。本文通过计算 ,从理论上探讨了若干因素的组合对大气吸收的综合影响。在计算中 ,同时考虑了不同太阳辐射波段、不同太阳入射天顶角、不同云顶高度以及不同下垫面的影响 ,并考虑了包含大气分子、气溶胶和云滴的吸收与散射 ,以及在近红外波段大气自身的热辐射等过程 ,阐明了云与气溶胶在不同波段对大气吸收太阳辐射的影响。     

不同污染条件下气溶胶对短波辐射通量影响的模拟研究

将高光谱分辨率的气溶胶光学参数化方案应用于高精度的辐射传输模式BCC_RAD（974带）中,研究不同污染状况下气溶胶在地表与近地层大气中造成的直接辐射强迫与辐射强迫效率。发现气溶胶在地表产生的直接辐射强迫为负,在近地层大气中产生的直接辐射强迫为正,且随气溶胶浓度的升高变大,说明大气气溶胶的含量越高,单位气溶胶光学厚度产生的直接辐射强迫越大。将短波划分为3个波段:紫外、可见光和近红外,发现在紫外、可见光和近红外波段中,不同污染状况下气溶胶在地表造成的直接辐射强迫范围分别为:-1.36—-13.66、-3.03—-32.41和-2.74—-28.62 W/m2,在近地层大气中产生的直接辐射强迫范围分别为0.44—4.26、0.99—9.80和0.93—8.87 W/m2。通过进一步对比自然和人为气溶胶的影响,发现人为气溶胶在地表和大气层顶产生的负直接辐射强迫以及对整层和近地面大气造成的正直接辐射强迫均大于自然气溶胶的影响,且上述两种排放源的气溶胶对整层大气辐射收支的影响主要集中在800 hPa高度以下的大气中。按照地表直接辐射强迫大小来分析不同种类气溶胶的影响,结果为硫酸盐>有机碳>黑碳>海盐>沙尘;按照近地层大气直接辐射强迫大小排序则为黑碳>有机碳>沙尘>海盐>硫酸盐。最后,通过分析散射型气溶胶与吸收型气溶胶对辐射通量的影响,还探究了大气中散射与吸收过程的异同。      

根据大气光学厚度的变化来推算臭氧总含量

目前,为测量大气中的臭氧总含量,广泛使用工作在紫外波区的光学仪器。但是,就其方法本身而言,由于在紫外波区,臭氧对太阳辐射的吸收系数依赖于大气温度以及太阳辐射在紫外区的稳定性相对较差等原因,使得这种方法的精度受到了限制。另外,由于在紫外区臭氧对太阳辐射的吸收系数随波长变化很快,所以一般需要比较复杂的光学仪器,如Dobson光谱仪等。所有这些在一定程度上限制了这种观测方法的推广。因此,一些人曾致力于寻求在可见光波区测量大气臭氧的方法[1,2]]。为此目的,我们对太阳的可见光和近红外辐射进行了分光测量,并根据一臭氧夏皮尤带范围内大气光学厚度的光谱变化计算得到了整层大气的臭氧总含量值。本文对这一计算方法进行了简要地讨论并给出了初步计算结果。     

东亚地区的大气辐射能的收支(一)——地球和大气的太阳辐射能收支

本文是讨论东亚地区大气辐射能收支研究工作的第一部分,讨论了以下三个问题: (1)本文利用文献[1]的水汽各吸收带的吸收光谱实验资料,求得了一个适合于手算的水汽对太阳辐射的总吸收能量公式(公式(6))。并把式(6)与Mugge—Moller公式进行了比较。 (2)利用公式(6),计算了东亚地区39个测站1,7月自地面到100毫巴各气层对太阳辐射的吸收能量,及其对大气的加温率。本文还进一步考虑了云的订正、大气对地面反射辐射的吸收,而求得了东亚地区对流层大气吸收能量的分布。 (3)利用1958—1960年中国地区的一些地面总辐射和反射率观测资料,以及本文计算的大气中各种吸牧能量,讨论了中国地区行星反射率的分布和地球大气系统中各种太阳辐射能的收支。     

1997/1998年青藏高原西部地区辐射平衡各分量变化特征

利用中日亚洲季风机制研究计划1997年9月~1998年10月在青藏高原西部改则和狮泉河2个站点自动气象站辐射平衡的观测资料,分析了高原西部2个地区辐射平衡各分量在不同季节的季节平均日变化和年变化特征,并且还与1979年5~8月第一次青藏高原气象科学实验的辐射观测资料和1982,1983年青藏高原辐射平衡观测实验的结果进行了比较分析。结果发现:高原西部辐射平衡各分量的变化不仅有季节之间和年际的差异,高原西部的不同地区之间的变化也有较大的差异:(1)总辐射在春夏两季相差很小,改则春季(3~5月平均)日变化的极大值甚至比夏季(6~8月平均)还大;(2)地表反照率的年际变化及两地之间的差异均可能较大;(3)大气逆辐射日变化、年变化特征与其他辐射分量明显不同,其日变化、年变化的位相均晚于其他分量;(4)两地之间地面辐射平衡的年变化似乎有一个位相差,改则的月平均最大值和最小值均较狮泉河晚了约1个月,因此从冬季到夏季的大部分时间里,改则的地面辐射平衡是小于狮泉河的,而在从夏季到冬季的大部分时间里,改则是大于狮泉河的。     

GMS 5反演中国几类典型下垫面晴空地表温度的日变化及季节变化

文中利用单时相双光谱分裂窗算法以GMS 5/VISSR红外资料反演地表温度,揭示了中国几类典型下垫面晴空地表温度的日变化及季节变化特征.塔里木盆地、青藏高原、浑善达克沙地、华北平原北部、华南部分地区因地表反射率、土壤含水量、受太阳辐射影响程度不同等地表温度季节变化差异很大,月平均地表温度日较差一年内基本上呈双峰双谷型.作为比较,东亚部分陆地的地表温度与台湾海峡南部、黄海的海表温度及其日变化、季节变化一并进行了分析.塔里木盆地、浑善达克沙地不仅具有强烈的日变化,而且季节变化也显著.2000年两地月平均地表温度日较差最大值超过30 K,浑善达克沙地的年较差高达58.50 K.青藏高原地表温度季节变化小于东亚部分陆地、塔里木盆地、浑善达克沙地,但该区日变化幅度在所研究几个区中最大,2000年年平均日较差达28.05 K.文中将研究时段扩充到1998～2000年后揭示了连续三年地表温度及其日变化的年际变化特征.所获得这几类地表温度的变化特征与量值对于气候与辐射收支研究以及推测地表状况会有一定参考价值.     

瓦里关山大气二氧化碳浓度变化及地表排放影响的研究

利用非色散红外气体分析方法，在不受人为污染直接影响的瓦里关山进行了大气CO2的连续测量，给出了我国内陆高原大气CO2本底浓度的变化特征，观测表明内陆大气CO2随陆地植被的生长而有明显的日变化及季节的周期变化，其季节变化规律与全球大气CO2本底值的地理分布相一致。瓦里关山大气CO2的年增长率在1993年明显偏低，1994年又有较快的“回升”。地表CO2排放的观测研究还给出了冬季高原草甸土壤的排放特征，测量表明在冬季陆地植被光合作用基本停滞的情况下，土壤CO2的排放率相对增强，其最大排放量可达170 mg/m2·h以上。     

Effects of the seasonal variation on forming the steady state of an atmosphere-ocean coupled system

 A three-dimensional, coupled atmosphere-ocean general circulation model is developed and effects of the seasonal variation on forming a steady-state coupled atmosphere-ocean system are studied. Case studies are carried out for a basin of idealized geometry by changing the period of the seasonal variation in the solar forcing. The coupled system shows significant differences depending on the existence of the seasonal variation, where the heat transport by the oceanic circulation plays a central role. For the regular seasonal variation, a stronger oceanic meridional circulation, which accompanies larger poleward heat transport, is realized compared with that for the annual-mean solar forcing. The stronger meridional circulation is associated with a larger wintertime meridional gradient of the sea surface temperature. The meridional gradient of the annual-mean sea surface temperature is smaller for the regular seasonal variation, which results in a smaller atmospheric poleward heat transport. In consequence, the total of the atmospheric and the oceanic poleward heat transport is almost identical for the two cases. Cases with the seasonal variation of the doubled period and with the time-filtered flux exchange between the atmosphere and the ocean are also studied, showing that the system is not sensitive to those factors.     

南半球对流层中部大气环流的若干特点

分析了南半球对流层５００ｈＰａ平均地转西风随纬度的分布特点,平均地转西风季节变化特点,计算分析了南半球位势高度对纬向平均的偏差,分析了超长波的分布特征。以上结果均与北半球同期计算结果作了对比比较,指出了南北半球大气环流的异同点。     

福建沿海区域大气稳定度分类方法对比研究

利用福建沿海某个厂址所建的100 m气象铁塔观测数据,采用2018年1月1日至2018年12月31日塔层所获取的风向、风速、温度的观测资料以及地面站太阳辐射表观测的总辐射值和净辐射值,用太阳辐射法、温度梯度法、温度梯度—风速法、理查逊数法计算大气的稳定度。从观测区域各类稳定度结果四季的分布、各类稳定度频率的日变化和不同来流情况下各类稳定度的分布三个方面,分析了这四种方法在该地区稳定度分类结果的不同。鉴于该区域日间辐射强、低层风速值较小的特点,四种分类方法中以温度梯度—风速法和理查逊数法对本区域大气稳定度的划分适用性比较好。     

MEASUREMENT OF CARBON MONOXIDE COLUMN CONTENT AND OTHER ATMOSPHERIC TRACE GASES FROM INFRARED SPECTRA

The measurement of column content of carbon monoxide,methane,and other atmospherictraces gases as well as aerosols has been conducted during the fall of 1992 and 1997,using aninfrared spectrometer of moderate resolution in the cooperation of the Laboratory for MiddleAtmosphere and Global Environment Observation(LAGEO),Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences,with the Institute of Atmospheric Physics,Russian Academy ofSciences.The variation characteristics of atmospheric CO column content in Beijing area arepresented.The analysis of the measurement shows that the CO column concentration of 0.10 mgcm~(-2)can be considered as the background over Beijing area.and the concentration as high as 0.75mg cm~(-2)was observed under some unfavorable meteorological situations.     

THE EFFECTS OF TOPOGRAPHY ON THE SUMMER ATMOS-PHERIC ENERGETICS OF THE NORTHERN HEMISPHERE IN A LOW-RESOLUTION GLOBAL SPECTRAL MODEL

An analysis is made of the effects of topography on the summer atmospheric energetics of the Northern Hemisphere in a low-resolution global spectral model. The numerical model is a global, spectral, primitive equation model with five equally spaced sigma levels in the vertical and triangular truncation at wavenumber 10 in the horizontal. The model includes comparatively full physical processes.Each term of the energy budget equations is calculated in four specific latitudinal belts (81.11°S-11.53°S; 11.53°S-11.53°N; 11.53°N-46.24°N; 46.24°N-81.11°N) from a five-year simulation with mountains and a one-year simulation without mountains, respectively. Differences between them are compared and statistically tested. The results show that synoptical scale waves transport available potential energy and kinetic energy to long waves and increase conversion from available potential energy of the zonal flow to eddy’s and from the eddy kinetic energy to the zonal kinetic energy in region 3 (11.53°N-46.24°N) due to mountains; topography intensifies the atmospheric baroclinity in region 3, consequently the baroclinic conversion of atmosphere energy is increased. The seasonal characteristics associated with the summer atmospheric energy source in region 3 are caused by seasonal variation of the solar radiation and the land-ocean contrasts and independent of topographic effects. The mechanism of topographic effects on the increase of long wave kinetic energy is also discussed.     

中国西部干旱地区太阳直接辐射通量密度与大气质量的关系

本文根据中国西部干旱地区大气物理状态(大气可降水量和大气浑浊度)的变化范围,利用太阳直接辐射通量密度的理论计算公式,计算了各种大气透明系数状况下的太阳直接辐射通量密度。计算结果表明,大气质量m=2时的透明系数P_2和m相同时,由于水汽和气溶胶的含量配置不同而引起太阳直接辐射通量密度的差异,在辐射日变程的主要时段(m=1-3)内并不大。于是得到各种透明系数P_2状况下太阳直接辐射通量密度随大气质量变化的平均关系。不同海拔高度比较,当透明系数P_2相同时,各自的大气物理状态虽然不同,但m相同时的太阳直接辐射通量密度基本相同。现有的表征太阳直接辐射通量密度值和大气质量联系的关系式都不能很好地描述计算结果。根据太阳直接辐射通量密度随大气质量变化的特性,我们提出了新的关系式。最后,整理了不同拔海高度和不同地理景观的四个日射站(西藏那曲、青海格尔木、甘肃敦煌和民勤)的多年观测资料。经验计算结果与观测值比较,一致性良好。