基于CALIPSO卫星产品的中国区域异质核化冰云比例差异

利用2012年1月～2015年12月CALIPSO冰云3级月平均产品(CAL_LID_L3_Ice_Cloud)对中国区域异质核化冰云比例进行分析,研究冰云的比例分布与季节变化特征,探究中国区域冰云分布情况和影响冰云分布的因素。结果表明:中国南北部冰云的比例差异与地面2 m温度、地表长波净辐射通量和来自地面的冰核有关。-40～0℃之间的冰云比例水平分布,中国大陆北部比中国大陆南部高约30%,季节性变化规律明显,冬季南北差异大,夏季南北差异小;云箱温度在-30～10℃之间的冰云,中国大陆北部比例比大陆南部平均高出约5%,春季、秋季、冬季北部冰云比例均高于南部,夏季温度在-8℃以下,南部的冰云比例超过了北部的冰云比例;在对流层(10 km以下),冰云比例分布中国大陆北部比南部高,南北部之间冰云比例差异在6 km左右显示出峰值,约50%,四季冰云比例随高度增加均呈现增大的趋势,且北部冰云比例均高于南部。     

吐鲁番和若羌冬季气溶胶垂直分布的飞机观测分析

利用2019年冬季吐鲁番和2020年冬季若羌共14次完整机载探测气溶胶资料,结合宏观天气资料及大气污染数据,研究飞机爬升或降落阶段两地上空气溶胶粒子数浓度、粒子平均粒径的垂直变化规律,分析不同高度的粒子谱分布特征。结果表明：（1） 两地冬季气溶胶粒子数浓度及粒子直径存在明显差异。在无明显天气过程下,若羌气溶胶粒子数浓度均值（5354·cm^-3）明显高于吐鲁番（3948·cm^-3）;粒子平均粒径来看,均值差异不大,但吐鲁番出现大直径粒子（0.16 \mathrm{\mu } \mathrm{m}）数量高于若羌（0.13 \mathrm{\mu } \mathrm{m}）。2019年12月15日大风后最为明显,粒子直径最大值达到0.21 \mathrm{\mu } \mathrm{m},这与沙尘气溶胶多有关联。从垂直变化情况来看,两地气溶胶粒子数浓度均随高度增加而升高,若羌各层普遍高于吐鲁番,但吐鲁番近地面粒子直径随高度增加有明显下降,若羌整层变化很小。（2） 吐鲁番、若羌气溶胶粒子数浓度和粒子平均粒径受大风、降水等天气过程以及逆温层的影响十分明显。两地高层均主要为输入型气溶胶,低层差异主要是由于吐鲁番地区人为源气溶胶粒子的排放导致的大气环境污染。（3） 吐鲁番、若羌两地粒子谱分布在0.10~3.00 \mathrm{\mu } \mathrm{m}范围内变化趋势大体一致,主要以小粒径为主,谱分布受天气过程影响变化较为明显。（4） 从三模态粒径相似度对比可以得出,无论是吐鲁番还是若羌,在第一模态中数谱分布差异不大,若羌平均相似度为50.330%,略高于吐鲁番46.770%。有明显天气过程时,吐鲁番气溶胶数谱在二、三模态相似度（小于0.020%）急剧下降,而若羌第二模态相似度仍满足置信度95%,但第三模态中变化凸显,相似度不足0.020%。     

基于CE318观测的广州市气溶胶粒子谱分布特征

基于CE318太阳光度计观测数据,采用消光法对广州市2011年全年的气溶胶粒子体积浓度、数浓度、体积谱、数浓度谱的全年总体特征,季节性特征及日变化进行了分析。结果表明：1）广州市气溶胶粒子体积浓度年均值为0.45 μm³/μm²,春季最高,夏季最低;且粒子体积浓度与浑浊度的相关系数达到0.956。2）广州市气溶胶体积谱为双峰型,数浓度谱为单峰型。半径＜0.1 μm的细粒子为气溶胶主控粒子,主要由水溶性粒子和煤烟组成。3）广州市的气溶胶污染主要与工业、交通等人为污染有关;其主要成分为水溶性粒子和煤烟,此外还存在少量的沙尘和海洋气溶胶粒子。4）一天当中气溶胶粒子体积浓度随着人类活动增加逐步上升,T 12:00―15:00时段细粒子的体积浓度为一天中最高。     

一次沙尘过程对天津气溶胶浓度分布的影响

利用气溶胶质量浓度和数浓度监测资料以及不同高度的常规气象资料,结合后向轨迹模式,分析2011年4月30日至5月1日一次沙尘天气过程对天津城区气溶胶浓度的影响。结果表明：沙尘过程前的轻雾天气下PM1贡献了气溶胶质量浓度的96%和数浓度的99.9%以上;本次沙尘天气存在两个不同的浮尘过程,主要区别体现在细粒子浓度差异上,第一次浮尘过程PM1~2.5、PM2.5~10和PM10~100分别占气溶胶数浓度的6.5%、2.5%和0.1%,第二次浮尘过程占比则依次为11.3%、2.6%和0.01%;两次浮尘过程气溶胶粒子性质有明显差异,第一次浮尘过程中粗粒子浓度占PM10的80%以上,第二次浮尘过程风向转变为偏北风,细粒子浓度增高至40%,气溶胶由单纯的沙尘气溶胶转变为沙尘-污染气溶胶。     

粤港澳大湾区气溶胶对白天城市热岛强度的影响

以粤港澳大湾区为例,利用卫星遥感资料结合大气化学模式模拟,分析2003―2018年城市热岛强度、气溶胶光学厚度的变化规律,定性和定量研究气溶胶对白天城市热岛强度的影响。结果表明：2003―2018年粤港澳大湾区城市热岛强度呈波动上升趋势,夏季热岛强度最大,冬季热岛强度最小;气溶胶光学厚度呈波动下降趋势,春季气溶胶光学厚度最大,冬季气溶胶光学厚度最小。在年际和季节尺度,城市热岛强度与城区、郊区气溶胶光学厚度之差均呈弱的正相关。基于WRF-Chem的模拟实验表明,气溶胶的存在导致城区、郊区地表向下总辐射减少、地表温度降低,且城区地表向下总辐射减少多于郊区、降温幅度大于郊区,进而导致了热岛强度减弱。气溶胶对城市热岛强度的贡献率为?2.187%,冬季贡献率绝对值略高于夏季。     

云南省温度和气溶胶对微雨影响的初步分析

近40年云南省平均总微雨量占年总雨量比例﹑年平均总微雨日占年总雨日比例均呈下降趋势,并有从北向南逐渐减少的分布规律;近40年云南省年平均能见度也呈下降趋势,其趋势分布同微雨降水趋势分布比较一致;微雨降水的变化同干燥晴天能见度存在正的相关关系,其中云南省东部地区相关显著;而温度与微雨降水存在负相关;云南省气溶胶在一定程度上抑制微雨降水,云南东部气溶胶对微雨的影响比较显著。     

典型干旱区沙尘气溶胶光学厚度及粒度谱分布的初步分析

利用中国科学院沙坡头沙漠试验研究站2001年9月至2002年5月的太阳光度计辐射资料,计算了该地区各月平均大气气溶胶光学厚度（AOT）,并对该地区秋、冬、春三季平均的光学厚度进行了比较,同时对日变化也作了分析。此外,从反演的粒度谱分布也可以看出,春季该地区大气中的气溶胶粒子含量远大于冬、秋两季,并可以反映出春季大气层结的不稳定性,但反演方法的精度有限,还有待进一步提高。     

气溶胶对北京地区云和降水影响的模拟研究

利用中尺度气象模式WRF中一个含有云凝结核CCN活化过程的双参数云微物理方案（NSSL 2-mom+ccn）,研究不同气溶胶导致的初始CCN浓度对云物理和降水过程的影响。完整地模拟了北京市2015年7月16-17日一次典型的从小雨到暴雨连续降水过程,包括降水主要集中的时间段,雨带的西北—东南走向,降水初期普降小雨、后期转变为中到大雨甚至局部地区出现暴雨,24小时最大累积降水量可以达到65 mm,模拟结果与实测符合较好。模拟得到的区域平均累积降水量随着气溶胶的增加而减少,与其他研究根据地面降水与能见度资料统计分析的结论相一致。比较详细地给出了气溶胶对云的微物理结构、水成物时空分布以及微物理过程的转化率的影响。     

2007-2017年中国沙尘气溶胶的三维分布特征及输送过程

利用最新发布的CALIPSO产品,构建了2007-2017年中国沙尘气溶胶的三维分布,并结合HYSPLIT-4模式和再分析数据,探讨了沙尘的三维输送过程。结果表明：中国的沙尘排放源区主要是塔克拉玛干沙漠和巴丹吉林沙漠,沙尘气溶胶出现频率分别为60%和35%。塔克拉玛干沙漠排放的沙尘主要（50%~70%）停留在源地0~6 000 m高度,少部分向东输送至甘肃和内蒙古;巴丹吉林沙漠排放的沙尘则主要向东输送。中国沙尘排放量在春季最大,向东输送最强;夏季,东亚夏季风限制了沙尘向东输送;秋季,沙尘排放减弱,输送强度和夏季相当;沙尘排放量在冬季最小,输送最弱。夏季,沙尘在输送过程中可被抬升至高度5 000 m以上,春季次之,秋、冬季的沙尘主要在低层大气输送。沙尘在向东输送的过程中被抬升并和当地人为污染物混合变为污染性沙尘,华北地区污染性沙尘出现频率高达30%;输送到海洋的沙尘也会与洋面上（0~3 000 m高度）的海盐气溶胶混合,出现频率约为10%。     

黑碳和有机碳气溶胶对大气温度影响的数值模拟

黑碳气溶胶和有机碳气溶胶是大气气溶胶的重要组成成分,对区域和全球气候有重大影响。利用区域气候模式RegCM3模拟了2000年7月中国黑碳气溶胶和有机碳气溶胶的辐射强迫,分析了这两种气溶胶对大气温度的影响。结果发现,黑碳气溶胶在模式顶层产生正的辐射强迫,而有机碳气溶胶在模式顶层产生的辐射强迫并非全为正值,在地表两种气溶胶都产生负的辐射强迫。黑碳气溶胶和有机碳气溶胶的辐射强迫引起的温度反馈表现在:7月这两种气溶胶的加入使得28°—30° N之间的地区的气温显著升高,35°—36.2° N区域气温降低。黑碳气溶胶的升温效应强于有机碳气溶胶。     

基于MODIS和CloudSat的京津冀降水冰云季节分布特征

利用2008年9月～2016年8月Aqua MODIS和CloudSat卫星数据,筛选出京津冀地区的降水冰云,同时将其分为4个区域讨论,得到关于该地区降水冰云4个季节的分布特征,为该地区的人工影响天气提供依据。结果表明:京津冀整个地区的降水冰云在夏季的发生率都较高,且发生率有上升的趋势。从整个地区看来,京津冀地区的降水冰云的云顶高度在冬季最低、夏季最高,云顶温度的最小值在冬季最高、夏季最低;京津冀地区的降水冰云在春夏秋3季均以单层云为主,而在冬季则以双层云为主;京津冀地区的降水冰云的类型按春夏秋冬分别为7种、7种、6种和5种,且在夏季该地区的降水冰云以深对流云为主(占48.3%),而其他季节以雨层云为主;京津冀地区降水冰云微物理量(包括冰水含量、粒子数浓度、粒子有效半径)主要分布高度分别为0～13.5 km(春季)、3.5～17.0km(夏季)、1.0～14.0km(秋季)、0～11.0km(冬季)。冰水含量、粒子有效半径和粒子数浓度的分布高度和最大值均在夏季最高,但粒子有效半径在秋季最低,冰水含量和粒子数浓度在冬季最低。这3种微物理量随高度的分布特征夏季在京津冀各分区较为一致,都呈单...     

京津冀夏季强降水下冰云宏微观特征

根据Aqua MODIS 2级云产品和Cloudsat的2级产品资料,结合降水数据和MODIS L1B级辐射率数据,对发生在京津冀地区夏季的三次强降水过程中冰云的宏微观物理量的特征进行分析,并探究这些物理量和降水强度的关系。结果表明：在水平分布中,强降水过程中降水强度高值区内云相为冰云,冰云云顶高度在8~17 km,冰云粒子有效半径、冰云光学厚度、冰水路径分别最高可达60 μm、 150、 5 000 g?m^-2;冰云光学厚度、冰水路径、冰云云顶高度随降水强度增大而增大。在垂直分布中,冰云主要分布在3.5 km以上,发生强降水站点的冰云为深对流云,冰云粒子有效半径、冰水含量、冰云粒子数浓度分别最高可达150 μm、 3 000 mg?m^-3 、 500 L^-1;冰云粒子有效半径高值区存在于云层中下部,且随高度上升而减小,冰云粒子数浓度高值区存在于云层中上部,且随高度上升而增加,冰水含量高值区则存在于云层中部;冰云粒子有效半径、冰水含量、冰云粒子数浓度在9 km以上随降水强度增大而增大。     

层状云微物理属性垂直分布的季节变化——以新疆地区为例

利用CloudSat卫星资料2B-CLDCLASS和2B-CWC-RVOD数据集,分别揭示了层云与层积云的云粒子等效半径、数浓度及含水量等微物理属性的垂直分布特征及其季节变化规律。结果表明：层云所在的云层高度比层积云高,特别是春季,层云可以延伸到11.0 km处,而层积云云层所在高度最高出现在夏季,最高延伸到8.5 km处。层云中的冰水分布在1.0~11.0 km,液态水分布在0~9.0 km,而层积云的冰水和液态水均分布在0~9.0 km。层云与层积云的冰粒子等效半径、水云粒子数浓度、液态水含量呈现随云层高度的增加而减小的趋势,冰粒子数浓度随云层高度增加呈增大趋势,冰水含量呈峰值分布,峰值出现在6~10 km范围内。各季节层积云粒子等效半径、粒子数浓度及水含量的最大值均大于层云的对应值,从这方面看,层积云更适合作人工增水对象。     

Numerical study of aerosol effect on three types of clouds and precipitation in Beijing area

Three types of rainfall (storm, moderate and slight rainfall) in the Beijing area were simulated by the Weather Research and Forecast (WRF3.2) model coupled with Milbrandt-two-moment cloud microphysics scheme, to explore the effect of aerosols on clouds and precipitation under continental and maritime aerosol scenarios. Results indicate that an increase of aerosols has various effects on clouds and precipitation. (1) The amount of surface precipitation is obviously affected. With an increase of aerosol concentration, the 48-hr total precipitation of storm and moderate rainfall decreased by 23% and 16.6%, respectively, and the 24-hr total precipitation of slight rainfall decreased by 14.0%. (2) The distribution of surface precipitation is also clearly affected. The average precipitation for a rain storm increases in most parts of western Beijing and decreases by more than 20 mm in most parts of eastern Beijing with increasing aerosol concentration. The average precipitation of moderate rainfall decreases by 0.1–5 mm in most parts of the Beijing area. The effect of increased aerosol concentration is weak for slight rainfall distribution in the study area. (3) With an increase of aerosol concentration, a narrower width and lower precipitation peak value are found in the storm rainfall, and its duration is prolonged for the high aerosol concentration. An earlier precipitation termination of moderate rainfall is found with increasing aerosol concentration. (4) The upper-air hydrometeors vary with aerosol concentration. For storm and moderate rainfall, significantly higher cloud water concentration and lower rain water were found under the continental aerosol scenario.     

Spatial-temporal characteristics and decoupling effects of China’s carbon footprint based on multi-source data

In 2007, China surpassed the USA to become the largest carbon emitter in the world. China has promised a 60%–65% reduction in carbon emissions per unit GDP by 2030, compared to the baseline of 2005. Therefore, it is important to obtain accurate dynamic information on the spatial and temporal patterns of carbon emissions and carbon footprints to support formulating effective national carbon emission reduction policies. This study attempts to build a carbon emission panel data model that simulates carbon emissions in China from 2000–2013 using nighttime lighting data and carbon emission statistics data. By applying the Exploratory Spatial-Temporal Data Analysis(ESTDA) framework, this study conducted an analysis on the spatial patterns and dynamic spatial-temporal interactions of carbon footprints from 2001–2013. The improved Tapio decoupling model was adopted to investigate the levels of coupling or decoupling between the carbon emission load and economic growth in 336 prefecture-level units. The results show that, firstly, high accuracy was achieved by the model in simulating carbon emissions. Secondly, the total carbon footprints and carbon deficits across China increased with average annual growth rates of 4.82% and 5.72%, respectively. The overall carbon footprints and carbon deficits were larger in the North than that in the South. There were extremely significant spatial autocorrelation features in the carbon footprints of prefecture-level units. Thirdly, the relative lengths of the Local Indicators of Spatial Association(LISA) time paths were longer in the North than that in the South, and they increased from the coastal to the central and western regions. Lastly, the overall decoupling index was mainly a weak decoupling type, but the number of cities with this weak decoupling continued to decrease. The unsustainable development trend of China's economic growth and carbon emission load will continue for some time.     

基于改进FCLS算法的南极海冰密集度估算及算法比较

海冰具有良好的热力隔绝效应,它通过影响海洋和大气的热交换进而影响全球的气候变化。海冰密集度是极区海冰研究的重要指标之一。为实现高空间分辨率多类型海冰密集度的估算,本文将亮温极化梯度率和光谱梯度率引入基于全约束最小二乘法(fully constrained least squares,FCLS)的海冰密集度估算方法,并利用南极海冰过程与气候计划(Antarctic Sea Ice Processes and Climate,ASPe Ct)对改进方法的精度进行验证,然后与NASA Team2(NT2)算法和ARTIST Sea Ice(ASI)算法获得的海冰密集度结果进行了对比分析。结果显示,3种算法中本研究的方法精度最高,全年均方差13.8%,偏差为-0.7%;改进的方法对多年冰的估算精度优于一年冰。