不同陆地生态系统碳通量对GEOS-Chem模型模拟全球CO2浓度的影响

大气中CO₂含量的增加速率已经超过了自然界所能吸收的速度,并逐步影响到全球气候变暖。利用模型模拟分析已经成为一个重要的工具用以深入对碳循环的理解。本文使用2008～2010年的生物模型SiB3（Simple Biosphere version 3）与优化后的CT2016（Carbon Tracker 2016）陆地生态系统碳通量驱动GEOS-Chem大气化学传输模型模拟全球CO₂浓度。通过分析模拟CO₂浓度的空间分布与季节变化,加深对全球碳源汇分布特点的理解,探究陆地生态系统碳通量不确定性对模拟结果的影响,进而认识陆地生态系统碳通量反演精度提升的重要性。SiB3与优化后的CT2016陆地生态系统碳通量都具有明显的季节变化,但在欧洲地区碳源汇的表现相反,其全球总量与空间分布也存在极大的不确定性。模拟CO₂浓度结果表明:在人为活动较少地区,陆地生态系统碳通量对近地面CO₂浓度空间分布起主导作用,尤其在南半球和欧洲地区模拟浓度有明显差异,且两种模拟结果的季节差异依赖于陆地生态系统碳通量的季节变化。将模拟结果与9个观测站点资料进行对比,以期选用合适的陆地生态系统碳通量来提升GEOS-Chem模拟CO₂浓度的精度。实验结果表明:两种模拟结果均能较好的模拟CO₂浓度的季节变化及其峰谷值,但CT2016模拟的CO₂浓度在多数站点处更接近观测资料,模拟准确性更高。     

基于卫星遥感AOD的华北地区2003—2014年PM2.5浓度时空分布特征

华北及周边地区PM_2.5造成的污染, 近十年来引起了社会的广泛关注, 也是科学研究的重要领域。利用2003—2014年的卫星遥感MODIS AOD数据和2014—2015年的地面观测PM_2.5浓度数据, 采用聚类分析、混合效应模型、EOF分解等统计分析方法, 反演了2003—2014年华北及周边地区PM_2.5浓度, 分析其时空分布特征。主要结论如下:(1)卫星遥感MODIS AOD与地面观测PM_2.5值有较高的相关系数, 可利用MODIS卫星遥感AOD对地面观测的PM_2.5浓度进行反演; (2)华北地区PM_2.5浓度呈现出明显的空间分布特征:太行山脉是污染强弱明确的分界线, 山脉东南部的污染显著高于西部, 且在地势变化的地方出现明显的突变; 河北南部、河南北部和山东西北部分区域是污染最严重的地区; (3)2004年、2009年以及2013年后都是污染浓度比较低的年份。      

上海中心城区二氧化碳通量特征分析

利用位于上海中心城区徐家汇站的涡动相关湍流通量资料,对该区域2012年12月至2013年11月二氧化碳（CO₂）通量的时间变化、空间分布特征、年总排放量进行分析。结果表明：中心城区徐家汇为CO₂通量的源区,CO₂通量的日变化呈现与交通流量相对应的双峰现象,冬季的通量值普遍小于其他季节,尤其在早高峰时段更为明显。节假日CO₂通量的早高峰效应并不明显,其峰值明显低于工作日,且有滞后的趋势。各方向CO₂通量大小与其周边下垫面情况密切相关,夏季白天在商业建筑密集区和主要道路处,CO₂通量明显高于其他季节。上海中心城区CO₂通量的年总排放量为44.5 kg/（m²·a）,高于国内外其他城市的市中心或高密度住宅区的数值,这主要和观测时段相对偏晚、植被覆盖率偏低、周边高层建筑和主干道偏多有关。     

太原冬季PM2.5中有机碳和元素碳的变化特征

2005年12月—2006年2月在太原市区持续观测了气溶胶细粒子PM_2.5, 并应用Sunset碳分析仪进行了有机碳 (organic carbon, OC) 和元素碳 (elemental carbon, EC) 的测定。结果表明:太原冬季PM_2.5, OC和EC浓度均较高, 其中PM_2.5日平均浓度变化范围为25.4~419.0 μg/m3, 日平均浓度为193.4±102.3 μg/m3, OC平均浓度为28.9±14.8 μg/m3, EC平均浓度为4.8±2.2 μg/m3, OC/EC平均比值是7.0±3.9, 即太原市冬季PM_2.5和碳气溶胶污染严重。OC在PM _2.5中占18.6%, EC占2.9%, 这表明碳气溶胶是太原大气细粒子污染控制的关键组分。在太原市冬季, 采暖燃烧的煤是OC和EC的主要贡献源, 造成OC大大高于EC, 从而使OC/EC比值增大。各种气象条件对PM_2.5, OC, EC和OC/EC比值的变化都有不同程度的影响, 特别是大雾天气、相对湿度、风速和降雪是影响碳气溶胶浓度变化的重要因素。     

2016—2019年唐山市臭氧污染及其与气象条件的关系

利用2016—2019年唐山市逐时O₃浓度和气象数据,分析了O₃污染特征及其与气象条件的关系。结果表明：2016年唐山市O₃超标天数为53 d, 2017—2019年O₃超标天数每年在70 d以上,污染程度偏重。O₃月平均浓度值呈双峰型分布,6月O₃平均浓度值最大,达112.26μg·m^-3,9月次之。O₃浓度超标日分布在3—10月,夏季超标天数最多,其他依次为春季、秋季,具有明显的季节变化特征。O₃日均浓度为15:00最大,日变化呈单峰型分布。O₃浓度与温度、风速正相关,与相对湿度负相关。气温高是导致O₃浓度超标的重要因素,日最高温度超过25℃时要考虑O₃浓度出现超标现象。相对湿度在50%左右及60%—80%时,O₃浓度超标率均大于30%,在60%—70%时O₃-8h浓度平均值达到...     

西太平洋地区大气边界层内臭氧的季节变化及其影响因子分析

利用臭氧探空资料,分析了西太平洋地区香港(Hong Kong)、那霸(Naha)和札幌(Sapporo)三个站点2000~2010年期间大气边界层内臭氧(O₃)的季节分布和年变化趋势。结果表明,三个站点O₃的季节分布存在明显的差异。其中,那霸和香港大气边界层内O₃季节平均呈双峰值分布,其峰值分别出现在春季和秋季;而札幌站为单峰分布,峰值出现在春季。造成季节分布差异的主要原因包括人为污染源和自然因素如气象条件。另外,三个站点大气边界层内O₃均呈上升趋势。其中札幌、那霸上升最快,分别达0.80 ppb a-1和0.77 ppb a-1。(ppb表示10-9,下同)香港的年际增长较不明显,但秋季增长却非常明显,高达1.21 ppb a-1。结合GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) 和SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectro Meter for Atmospheric Chartography)卫星反演的NO₂数据发现,过去10年中国京津唐和东北地区的对流层内NO₂柱总量增加极为迅速。这些O₃前体物通过远距离输送是导致札幌、那霸O₃浓度增加的主要原因之一。珠江三角洲人为污染源的增加及偏北气流的影响,是导致香港地区秋季O₃增加的主要原因。     

北京城区二氧化碳时空分布及湍流谱特征

利用北京325 m气象塔上安装的7层CO₂涡动相关系统在2014年12月到2015年11月的观测资料,分析了北京城区不同高度上CO₂浓度、通量时空分布及湍流谱的特征。结果表明:城市CO₂浓度日变化除了冬季都呈现双峰型,冬季由于人为碳源排放的大幅增加,双峰型不明显。每层的CO₂浓度、通量都有明显的季节变化:冬季最高,春末、夏季最低。CO₂浓度整体随高度的增加而降低。北京城区是CO₂源,CO₂通量的日变化不如CO₂浓度日变化规律明显。CO₂通量在47 m以下为负,47 m以上为正。通量在140 m以下随高度的增加而增加;140m以上随高度的增加而减少。根据对CO₂时空分布的分析可知:边界层CO₂浓度、通量强烈受到碳源、下垫面植被、大气稳定度、环境温度和天气过程等因素的影响。各变量谱与Kaimal等的研究结果接近:归一化速度谱和CO₂谱在惯性子区有－2/3的斜率,在低频区与稳定度参数（Z/L）有一定的关系。这说明复杂地形的城市下垫面的湍流谱结构与平坦地形相比没有太大的实质性差异。     

两种空气质量数值模式的应用评估与集合改进研究

利用2018—2019年国控站观测,评估CAMx和CMAQ模式对广东珠海主要污染物时空分布与演变特征的预报能力,并引入多元线性回归和随机森林方法对预报结果进行集成,探究不同集合方法的改进能力。结果表明：CMAQ在各污染物浓度季节-日变化方面明显优于CAMx,但两者存在明显系统偏差,并对多数污染物(除O₃之外)的昼夜和空间变化的模拟能力仍存在明显缺陷。例如,CMAQ合理地还原了CO、PM_2.5、PM₁₀、SO₂、O₃和NO₂的季节变化,相关系数介于0.72～0.84,但NMB分别达到-0.58、-0.18、-0.30、1.52,-0.16和-0.20,RMSE分别达到0.40 mg/m³、6.86、16.02、10.71、25.05和10.21μg/m³。同时,基于不同污染物构建的两种集合方法均有效移除了系统偏差,加强了CMAQ的模拟优势,并且随机森林方法明显优于多元线性回归,但两者均对模式缺陷无明显改进。进一步分...     

利用GOME卫星资料分析北京大气NO2污染变化

利用GOME (Global Ozone Monitoring Experiment, 全球臭氧监测实验) 1996年1月—2002年12月NO₂对流层柱浓度月平均卫星遥感资料以及根据北京市2001年1月1日—2002年12月31日NO₂污染指数数据计算出的地面NO₂日均质量浓度值, 分析了北京市城市大气NO₂污染变化的季节变化特征以及年际变化, 并将2001年1月—2002年12月北京上空GOME NO₂对流层柱浓度月平均值变化与北京市地面NO₂日均质量浓度月平均值变化进行了比较, 结果表明两者随时间的变化趋势具有较好的一致性, 据此可以利用GOME NO₂对流层柱浓度月平均卫星遥感资料来分析特定区域大气NO₂的季节变化和年际变化。     

基于GOSAT反演的中国地区二氧化碳浓度时空分布研究

卫星遥感监测大气二氧化碳柱平均干空气体积混合比(XCO₂)是实现碳源汇全球监测的最有效手段,本文对国际上4种应用GOSAT卫星观测的短波红外反演算法进行了介绍和结果分析。首先对于4种反演产品的有效数据量的分析表明:现有单一反演产品还不足以支撑XCO₂时空分布研究。其次利用集合平均方法,综合使用4种反演产品研究了2010年中国地区XCO₂时空分布特征,结果表明:XCO₂呈现显著的地理分布和季节变化,不同地区季节变化趋势基本一致,均在春季达到最高值、夏季达到最低值,多数地区全年高于380 ppm (×10-6);在地理分布上,东部和西部地区存在较明显的差异,东部地区人口密集、工农业生产等人为活动旺盛,周边多被森林和草地覆盖,碳源汇强度大,因此XCO₂季节变化幅度较大,全年约8 ppm;中、西部地区受人类活动影响较少,植被覆盖稀疏,XCO₂全年变化仅5 ppm。     

苹果花期冻害气象指标和风险评估

花期冻害是影响苹果产量和品质形成的主要气象灾害之一。基于苹果花期冻害发生的地理分布、气象背景数据和已有研究成果,利用最大熵模型和ArcGIS空间分析工具,筛选出影响苹果花期冻害发生分布的暴露性指标和主要致灾气象因子,利用全国1981—2013年2084个气象站资料,评估了苹果主产区花期冻害的风险。结果显示:苹果花期冻害发生的暴露性指标是花前日最高气温大于等于6℃有效积温为420~550℃·d,主要致灾气象因子和高风险阈值按照贡献率大小依次为冻害过程的最大日较差 (大于等于22℃)、极端最低气温 (小于等于-2℃)、降水量 (小于等于5 mm) 和日最低气温小于等于0℃积温 (小于等于-14℃·d)。花期冻害风险较高的区域位于北疆、黄土高原西部和北部及川西高原区,而环渤海湾和黄河故道产区风险相对较低。不同风险区的分布与各地苹果物候期差异和春季冷空气的活动路径有关。     

中国富士苹果种植的气候适宜性研究

基于中国1981-2010年2084个气象台站资料和203个富士苹果种植区分布的地理数据,利用最大熵(MaxEnt)模型和ArcGIS平台,从物种分布机理与品质两方面研究了影响富士苹果在中国分布的主导气候因子及适宜范围,并对其气候适宜性进行区域划分和评价。结果表明,影响富士苹果在中国分布的主导气候因子有8个,富士苹果地理分布的气候适宜范围分别为年日照时数2000-2500 h、年平均气温7-14℃、≥10℃积温3000-4800℃·d、最冷月平均气温-7-0℃、夏季气温平均日较差8-12℃、年降水量400-800 mm、夏季平均气温20-26℃、夏季平均空气相对湿度60%-78%。中国富士苹果的气候适宜区主要分布在黄土高原、环渤海湾和黄河古道,其中,黄土高原区的陕西、山西和甘肃气候适宜度最高,而山东和河北两省富士苹果规模化种植还有较大发展空间。      

气象卫星观测资料的分析在城市区域气象环境研究中的应用

目前 ,我国气象部门相当普遍地拥有气象卫星观测资料 ,但是 ,这些资料如何在城市气象服务以及为城市建设规划等方面的决策研究中发挥作用 ,急待进一步研究并开展工作。本文试图通过合理的反演处理 ,给出卫星观测对地面温度的测量结果 ,由此可比较细致地分析了解地面热状况及其与土地利用类型 ,地面覆盖性质等的关系。本文利用有限的 NOAA- AVHRR气象卫星遥感资料 ,采用修正的 Ulivieri分裂窗方法反演出同期的地表温度场 ,通过对北京地区的卫星观测资料进行算例分析 ,揭示出一个 2 0 0 km× 2 0 0 km范围内的地面温度分布特征。反演结果可以明显地揭示出城市热岛现象的变化规律 ,并且能较为清楚地反映出相对的高温区和低温区     

雷电定位系统与人工观测雷暴日数统计比较

为了利用雷电定位系统 (lightning location system,LLS) 资料统计人工观测雷暴日数,采用湖北省2007—2012年LLS监测资料,选取25个气象站为圆心,统计其不同监测半径 (r) 圆区域内LLS监测的雷电日数,并与人工观测雷暴日数进行比较。结果表明:r≤7 km时,LLS监测平均年雷电日数小于人工观测平均年雷暴日数;r≥8 km时, LLS监测平均年雷电日数大于人工观测平均年雷暴日数;r=22 km圆区域内年平均雷电日数可替代最大年雷暴日数。根据r=7 km,r=8 km圆区域内LLS监测的年雷电日数、年平均地闪密度资料,分别采用直接替代法、地闪密度法和该文提出的二元法计算年雷暴日数,结果显示:二元法效果最好。二元法计算的2007—2012年25个站平均年雷暴日数与人工观测相等,平均差异为7.4%;二元法计算的2013年年雷暴日数与人工观测相差0.8 d,平均差异为12.3%。     

灰色方法在黔南连续阴雨天气过程中的应用

利用黔南布依族苗族自治州（以下简称“黔南州”）龙里县、长顺县、都匀市3个国家气象观测站1964-2020年4月1日-9月30日逐日日降水和日照资料,按日降水＞0.1mm,日照为0h记为1个阴雨日,连续6个阴雨日以上且过程总降水≥30mm算为1次连续阴雨天气过程,分析了黔南州连续阴雨天气过程的时间、空间分布特征,同时利用灰色GM(1,1)方法预测黔南州3地连续阴雨天气的发生趋势。结果表明：在1964-2020年间,都匀出现连续阴雨天气的年际变化周期为2a,龙里和长顺为3～4a;都匀连续阴雨的日数和次数多于龙里和长顺,且过程总降水量也大于龙里和长顺;都匀连续阴雨天气预测周期约为2a/次,龙里和长顺的预测周期约3～4a/次;其研究结果对连续阴雨天气的监测、防治和农业气象服务工作具有参考意义,也为接下来研究黔南州农业气象灾害做铺垫。     

未来气候变化对湖北省钉螺潜在分布的影响

利用最大熵模型,结合地形、植被、气象等环境因子,模拟了湖北省钉螺在基准期（1986-2005年）的分布,预测了RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5这3种未来情景下2021-2040年、2051-2070年和2081-2100年湖北省钉螺潜在分布风险。结果表明,基于主导环境因子建立的最大熵模型的受试者工作特征曲线（ROC）下的面积（AUC）平均值达到0.894±0.024,可用于未来气候变化情景下湖北省钉螺的潜在分布研究。3种排放情景下钉螺潜在分布低、中风险区范围相对基准期分别扩大了4.5%和1.6%,无风险区范围缩小了9.3%;伴随着未来可能的气候变化,钉螺潜在分布中、高风险区向北移动。     

河北省雾凇和雨凇气候特征及气象条件分析

利用1980—2009年河北省142个气象站的雾凇、雨凇资料、河北省南部94个气象站的地面观测资料和邢台探空资料,分析了河北省雾凇、雨凇的时空分布特征;利用箱线图分析了河北省南部适宜雾凇、雨凇出现的温度、湿度和风速等气象条件。结果表明：（1）在空间分布上,雾凇、雨凇主要出现在河北省南部,东部平原多,西部山区少;在时间分布上,雾凇、雨凇均出现在11月至次年3月。（2）适宜雾凇出现的气象条件是雾日并且气温在-7.2～-3.1℃之间、相对湿度≥92%、风速≤1.2 m·s~（-1）;雾凇出现时,95%的情况出现了逆温层。（3）适宜雨凇出现的气象条件是雨日并且气温在-4.1～0℃之间、相对湿度≥87%;雨凇出现时均有逆温层出现。（4）雾凇、雨凇高值区的相对湿度明显高于低值区,因此相对湿度大是雾凇、雨凇高值区形成的主要原因。     

中国地基GPS气象应用站网建设展望

地基GPS探测大气具有探测精度高、时间分辨率高、不需要标定、设备可综合利用等诸多优点，随着中国GPS地面基准站网的建设，在将来的基准站网的气象应用方面，可分为两个层次：覆盖全国的、站间距离约100km的国家级GPS大气探测网，主要监测天气尺度的水汽分布和变化，以及电离层电子密度分布；在一些经济发达的地区，建立站间距约10-40km的中尺度GPS大气探测网，主要任务是监测中尺度水汽场及变化，并利用层析技术获取中尺度水汽廓线。在将来的站网建设时，将主要把国家、地方各部门的基准站网和气象部门的站网相结合，来满足气象部门的业务需要。气象部门的建设，将依赖于中国气象局的业务技术体制，特别是通讯和业务运行体制，面向应用，以期利用该项技术提高气象预报的精度和时效，进行空间天气的监测和气候的监测预测。     

不同天气系统宁夏夏季降雨谱分布参量特征的观测研究

利用 1982— 1984年 6～ 9月份在 7个气象站 2 0 0次观测获取的 6 0 5 3份滴谱资料 ,分析了宁夏雨滴谱及有关物理量的特征。宁夏地区夏季降水平均雨滴空间浓度数为 2 85个·m-3 ,平均谱可以描述为N(Di) =2 0 9.2exp(- 2 .6 335Di)。文中给出了不同雨强下的平均谱分布及谱参数的演变和影响降水的 3种环流形势下的平均滴谱特征 ,还分别建立了雷达反射率因子Z与雨强、雨滴落地动能通量和雨水含量之间的相关关系。这些资料可用于雷达定量测定降水和区域降水量、水土保持和生态环境建设     

洞庭湖生态经济区热量资源变化特征

基于洞庭湖生态经济区25个地面气象观测站1961-2013年的逐日平均气温、最高气温和最低气温观测资料,组合成100项热量特征指标,利用统计方法系统性分析该区域的热量资源变化特征,并采用贡献率探讨了最高、最低气温在年平均气温变化中的作用。结果表明：洞庭湖生态经济区不同气温要素的空间分布形态不同,日平均气温≥0℃、≥5℃、≥10℃、≥15℃、≥20℃的积温空间分布形态一致,均呈西低东高分布;稳定通过0℃、5℃、10℃、15℃、20℃的初、终日期在区域内相对集中。年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温均呈显著或极显著上升趋势,但存在升温的不均匀性,气候变暖以最低气温升高为主要特征,最高气温在春季起到升温加速作用,导致洞庭湖区春季气温上升速率较其他季节大。气候变暖带动日平均气温≥0℃、≥5℃、≥10℃、≥15℃、≥20℃的积温呈极显著上升趋势,但升温的不均匀性直接关联到稳定通过一定界限日平均温度初、终日期的变化及积温突变时间的变化,5℃、15℃初日呈显著提前趋势,≥0℃、≥5℃、≥10℃积温增加突变时间与最低气温相近,≥15℃、≥20℃积温增加突变时间与最高气温相近。