华东典型地区大气硫沉降通量的观测和模拟研究

本文使用中国科学院常熟和鹰潭生态实验站和气象站的观测资料，应用区域酸沉降模式系统（RegADMS）和大叶阻力相似模型来研究华东地区不同下垫面条件上的大气硫沉降问题，定量估计了农田下垫面上大气硫化物的沉降通量。SO2和硫酸盐的干沉降速率使用大叶阻力相似模型来估计，使用与降水量有关的参数化方案来确定湿沉降系数。结果表明，常熟地区农田下垫面的大气硫沉降通量为19．0gm^-2 a^-1，其中干沉降占42％；而位于江西红壤地区的鹰潭站的大气硫沉降通量为10．4gm^-2a^-1，其中干沉降占83％。比较发现，两地硫干沉降通量绝对值相差不大，但其在总沉降通量中所占的份额有较大差异；常熟站的硫湿沉降通量比鹰潭站要大9．23gm^-2a^-1，该差异是由两地污染状况和气象条件的不同造成。华东地区的年硫沉降总量为1．88Mt（1Mt=10^6t），其中72．8％沉降在农田下垫面上。硫沉降中43％是干沉降，57％是湿沉降。     

南京郊区大气氮化物浓度和氮沉降通量的研究

为研究南京郊区的大气氮化物污染状况,进而估算其大气氮沉降通量,2005年6月-2006年5月在南京大学浦口校区气象园进行了大气、气溶胶和雨水样本的收集,同步进行近地面气象观测.在实验室分析大气氮化物NOx、NH3和有机氮浓度、总悬浮颗粒物(TSP)中硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐和有机氮的质量浓度、雨水中NO-3、NO-2、NH+4离子和有机氮的质量浓度,利用气象资料和大叶阻力相似模型计算大气氮化物的干沉降速度,进而定量估算大气氮沉降通量.研究结果表明:南京郊区大气中有机氮浓度水平较高,无机氮(氨态氮和硝态氮)浓度水平较低.大气氮沉降量较大,且湿沉降和有机沉降贡献率占主导地位,这取决于本地区的下垫面和污染状况,同时也与气象条件有密切关系.     

次网格地形坡度坡向参数化及其对区域气候模拟的影响

随着数值模式水平分辨率的提高，模式下垫面特征的描述更加仔细，针对东亚地区复杂的地形和植被特征，发展适合非均匀下垫面的地表通量参数化方案，对改进数值模式和刻画高原附近地区复杂地形动力和热力。效应的能力非常必要。本文通过计算次网格地形坡度、坡向参数及其对到达地面短波辐射通量的影响，提出次网格地形热力效应的参数化方案，改进数值模式中复杂地形区域地面热量平衡的计算。利用p—σ区域气候模式的数值试验结果表明，次网格地形热力效应参数化方案的引入，对东亚地区夏季气候尤其是降水的模拟有明显的改进。     

青岛大气气溶胶的浓度分布和干沉降的观测研究

根据青岛沙尘天气历史资料和近年来的青岛地面气溶胶观测资料,分析了青岛沙尘日数的长期变化趋势、季节变化特征以及气溶胶质量浓度、谱分布和干沉降的季节变化.分析结果表明,1961～1988年青岛沙尘日数呈波动变化,且幅度较大.1999年以来沙尘日数明显增加,且以浮尘天气为主.青岛在1961～2001年扬沙日数年平均值为1.83天,是北京同期的13%;年浮尘日数为2.93天,是北京同期的75%.青岛沙尘发生日数主要集中在冬春季,春季最高,冬季次高;夏季没有沙尘天气,秋季很低.青岛气溶胶质量浓度有明显的季节变化,春季最高,冬季次之,秋季又次之,夏季最低.大流量观测的总悬浮颗粒物(TSP)年平均浓度为177μgm-3,安德森分级采样器观测的气溶胶质量浓度为123μg m-3,两者的差别与不同的观测时间和观测仪器有关.在3月和4月,粗细粒子的浓度相差很大,粗粒子分别占总浓度的80%和62%.青岛气溶胶沉降通量在0.06～0.2 g m-2d-1之间,平均值为0.13 g m-2d-1,是北京沉降通量的30%.     

利用GPS技术推算大气水汽含量的原理和方法

本文简要介绍了GPS技术推算大气水汽含量的研究成果及应用前景，解释了利用GPS技术推算大气水汽含量的原理和方法，简要介绍了求解干延迟的三种经验公式，对GPS观测数据推算大气水汽总量Wp时存在的几种误差进行了分析。     

修正WRF次网格地形方案及其对风速模拟的影响

复杂地形区域风场模拟的准确率一直是风能研究领域的难点和重点。WRF模式是目前风能评估领域应用最广泛的天气数值模式之一,但该模式在复杂地形区域存在对平原、山谷风速高估且对山顶风速低估的系统性误差,并有研究建立次网格地形方案以订正误差。而次网格地形方案在不同水平分辨率下常出现错误的修正结果,该文基于高精度地形高程数据分析了方案失效的主要原因,发现其方程组中判断山体形态特征的阈值-20在过低和过高水平分辨率下均失去参考性。针对这一原因,将方案中影响关键参数C_t的地形高度算子与模式水平分辨率进行拟合,形成地形高度算子与水平分辨率相依赖的线性关系,获得不同分辨率下更适合的山体形态阈值。通过与自动气象站10 m风速对比分析了修正前后WRF对低层风速的模拟效果,结果显示:修正后的次网格地形方案能够分别在较低和较高分辨率下,部分矫正原方案错误的订正结果,使低层风速模拟更接近实况。修正后的次网格地形方案可为复杂地形区域开展高分辨率风场模拟提供参考。     

采用次网格地形方案对白鹤滩水电站坝区一次大风天气的数值模拟

基于中尺度气象模式,采用次网格地形方案模拟了2019年3月19~20日四川、云南交界处白鹤滩水电站的一次大风过程,对10 m风速、风向和2 m温度空间分布及日变化的模拟结果进行检验评估,并结合地形分析了坝区易产生大风的原因。结果表明：此次西南大风天气是由高低空一致的西南气流配合地面“东高西低”的环流形势共同造成的。午后热低压发展强盛,地面风速增大,坝区出现8级大风。采用次网格地形方案后,风速的平均绝对误差和均方根误差最高可分别减小17%和14%,同时该方案有效地缓解了模式对白天风速的低估和夜间风速的高估,在大风和小风时段均对风速有较好的模拟能力,从而能更好地刻画风速的日变化特征。综合来看,次网格地形方案能显著改善风场的模拟效果,其中Jiménez方案更适用于坝区大风的模拟,但次网格地形方案对温度模拟没有改善作用。白鹤滩水电站的大风受局地地形影响极大,南北向狭长河谷地形产生的狭管效应使气流增速显著,坝区主体高度区河谷风的放大系数超过3.0,使得白鹤滩水电站极易出现灾害性大风天气。     

次网格坡地辐射参数化对RegCM4.1模式模拟东亚夏季气候的影响

本研究将次网格坡地辐射参数化方案引入到区域气候模式(RegCM4. 1)中,并研究次网格坡地辐射参数化对RegCM4. 1模拟东亚夏季气候性能的影响。结果表明:RegCM4. 1高估了夏季青藏高原的热源作用,模拟低层偏强的西南季风导致了模拟的中国夏季降水量总体偏大。引入次网格坡地辐射参数化方案后,模式模拟的青藏高原夏季地表太阳辐射通量和长波辐射通量减小分别可达5%和12%以上,夏季减弱的青藏高原热源作用使得低层西南季风减弱,从而改善了模式对中国夏季降水的模拟;而且改善程度自东南向西北递减,在东南地区模拟夏季降水的相对均方根误差减小9%,空间相关系数和Taylor评分分别提高0. 14和0. 08。     

区域酸性沉降的数值研究 I. 模式

建立了一个三维时变的欧拉型区域酸性污染物沉降模式，模式包括源排放、平流输送、湍流扩散、干沉积、气相化学、液相化学及湿清除等六大部分。考虑到计算条件的承受能力和应用性的要求，在把握酸沉降形成的关键过程的前提下，合理地简化设计模式。相对于国内已有的工作，本模式在干沉积、气相化学、液相化学和湿清除等方面均有所改进。     

论中尺度运动对大尺度模式网格平均的次网格垂直通量的影响

较系统地阐述了中尺度运动对大尺度模式网格平均的次网格通量的影响方式和作用机制 ,提出了在大尺度模式中参数化次网格中尺度通量和地表次网格通量中尺度加强的思想方法 ,初步分析了这些参数化方法的缺陷和局限性 ,对几个在参数化中尺度通量和地表次网格通量中尺度加强时应重点考虑的关键因子提出了建议。最后 ,讨论了参数化非均匀大气的网格平均的次网格通量的一些新的想法及相关问题     

未来东亚地区硫化物沉降及输送的预测

采用东亚未来二氧化硫排放量的预测资料,利用东亚硫化物输送模式拟了未来１５年东亚各地区的硫化物沉降量、相互输送量的变化趋势力其对土壤的影响。结果表明,未来１５年东亚各地区的硫化物沉降量将日益增多,一些地区硫化物沉降量大大超出了土壤对酸沉降的承受能力,对周边地区硫化物的输送量也将进一步加大,形势相当严峻。     

中国西南和华南地区硫沉降数值模拟

利用CMAQ(Community Multi-scale Air Quality)模式模拟了中国西南和华南地区的硫沉降。模式中详细考虑了气象过程、气相与液相化学过程、非均相化学过程、气溶胶过程和干湿沉降过程对SO2输送、转化和沉降过程的影响。通过与IMPACTS小流域的观测资料的比较,显示了该模式系统能够较好地模拟SO2在大气中的转化以及干湿沉降过程。在此基础之上,分析了不同季节该区域的硫沉降和向外输送的情况,并且模拟了该区域2002年全年的硫沉降分布状况,这为该区域有效地污染治理奠定了基础。     

Atmospheric deposition of nitrogen, sulfur and chloride in Thessaloniki, Greece

In the present study, the wet and dry depositions of particulate NO₃⁻, SO₄²⁻, Cl⁻ and NH₄⁺ were measured using a wet/dry sampler as a surrogate surface. Gas phase compounds of nitrogen, sulfur and chloride (HNO₃, NH₃, SO₂ and HCl) were measured by an annular denuder system (ADS) equipped with a back up filter for the collection of particles with diameter ≤ 5 μm. Ambient concentrations of NO, NO₂ and SO₂ were also taken into consideration. Sampling was conducted at an urban site in the center of the city of Thessaloniki, northern Greece. The presence of the aerosol species was examined by cold/warm period and the possible compounds in dry deposits were also considered. Dry deposition fluxes were found to be well correlated with ambient particle concentrations in order to be used for the calculation of particle deposition velocity. Average particulate deposition velocities calculated were 0.36, 0.20, 0.20 and 0.10 cm s^− 1 for Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻ and NH₄⁺, respectively. Total dry deposition fluxes (gas and particles) were estimated at 3.24 kg ha^− 1 year^− 1 for chloride (HCl + p-Cl), 9.97 kg ha^− 1 year^− 1 for nitrogen oxidized (NO + NO₂ + HNO₃ + p-NO₃), 5.32 kg ha^− 1 year^− 1 for nitrogen reduced (NH₃ + p-NH₄) and 15.77 kg ha^− 1 year^− 1 for sulfur (SO₂ + p-SO₄). 70–90% total dry deposition was due to gaseous species deposition. The contribution of dry deposition to the total (wet + dry) was at the level of 60–70% for sulfur and nitrogen (oxidized and reduced), whereas dry chloride deposition contributed 35% to the total. The dry-to-wet deposition ratio of all the studied species was found to be significantly associated with the precipitation amount, with nitrogen species being better and higher correlated. Wet, dry and total depositions measured in Thessaloniki, were compared with other countries of Europe, US and Asia.     

中国干湿区变化与预估

本文采用干湿指数对1962~2011年中国干湿区范围变化进行了集中分析,并利用CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）模式对其变化趋势开展了预估研究。结果表明,1962~2011年平均极端干旱区、干旱区、半干旱区、半湿润区和湿润区分别占中国陆地总面积的2.8%、11.7%、22.4%、32.6%和30.5%。期间,中国区域年干湿指数总体上呈现下降趋势,空间上表现为西部湿润化和东部干旱化的特征。显著缩小的是湿润区和极端干旱区,半湿润区、半干旱区和干旱区则显著扩大,这表明中国气候敏感区域在扩张。春季和秋季干湿指数变化趋势的空间分布与年平均的较为一致,冬季西北呈干旱化,夏季东南部地区为湿润化。相对于参考时段1986~2005年,在RCP4.5（Representative Concentration Pathway 4.5）情景下18个气候模式中位数的预估结果中,降水仅在东南南部减少,而潜在蒸散发在全区域增加,由于潜在蒸散发的增量超过了降水的增幅,中国区域将整体趋于干旱化,仅在西北地区呈湿润化特征;未来湿润区、干旱区和极端干旱区缩小,气候敏感性高的半湿润区和半干旱区仍将扩大。     

华东地区极端降水动力降尺度模拟及未来预估

利用CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）数据集中的全球模式IPSL-CM5A-LR及其嵌套的区域气候模式WRF（Weather Research and Forecasting）,分别评估了模式对1981~2000中国华东区域极端降水指标的模拟能力,并讨论了RCP8.5排放情景下21世纪中期（2041~2060年）中国华东极端降水指标的变化特征。相比驱动场全球气候模式,WRF模式更好地再现了各个极端指数空间分布及各子区域降水年周期变化。在模拟区域气候特点方面,WRF模拟结果有所改进,并在弥补全球模式对小雨日过多模拟的缺陷起到了明显的作用。21世纪中期,华东区域的降水将呈现明显的极端化趋势。WRF模拟结果显示年总降雨量、年大雨日数、平均日降雨强度在华东大部分区域的增幅在20%以上;年极端降雨天数、连续5 d最大降水量的增幅在华东北部部分区域分别超过了50%和35%,同时最长续干旱日在华东区域全面增加;且变化显著的格点主要位于增加幅度较大的区域。未来华东区域会出现强降水事件和干旱事件同时增加的情况,降水呈现明显的极端化趋势,且华东北部极端化强于华东南部。     

不同边界层参数化方案在中国西南地区东部高分辨率气候模拟中的敏感性研究

为了进一步评估和提高区域模式对西南地区东部高分辨率气候的模拟能力,利用 WRF模式,采用 多种边界层参数化方案（下称“不同方案”）对西南地区东部 1998—2019年夏季降水和气温进行双重嵌套模拟 （外层为D01,内层为D02）。对比不同方案模拟结果表明：多年平均降水量在D01中基本为湿偏差;D02中在四 川盆地和重庆低海拔地区为干偏差,湿偏差主要位于贵州和重庆的城口、石柱和武隆一带的地形复杂区;总体 上D01中ACM2方案误差最小,D02中MYJ方案误差最小。对多年平均气温的模拟在D01中除了四川盆地一 带为暖偏差外其余大部地区基本为冷偏差,D02 中大部地区为暖偏差;总体上 D01 和 D02 中 MYJ方案误差最 小,YSU方案最大。对于降水量和平均气温年际变化的模拟技巧在D01和D02中相对较高的地区均集中在重 庆中西部和湖北大部地区;降水量总体为 YSU 方案最高,MYJ 方案最低;平均气温总体为 MYJ 方案最高, ACM2方案最低。因此,提升模式分辨率至对流尺度后对不同气象要素模拟技巧最优的方案存在差异,需根据 业务情况选择适合本地的参数化方案。     

青藏高原黑碳气溶胶传输及沉降的季节特征模拟分析

根据全球气溶胶气候模式GEM-AQ/EC的1995~2004年模拟,分析了青藏高原大气黑碳气溶胶的来源、传输及沉降季节特征。研究表明:青藏高原黑碳气溶胶主要来自自由对流层和大气边界层的输送。相对于自由对流层的黑碳输送,紧邻青藏高原的南亚、东亚以及东南亚大气边界层的输送更有效,它形成了青藏高原由北向南、自西往东黑碳气溶胶浓度和沉降明显递增的基本分布形态。横跨欧亚大陆自由对流层的黑碳气溶胶由西向东向青藏高原的输送全年不变,夏季输送路径最北但强度最弱,冬季路径最南而强度最强。大气边界层黑碳气溶胶的输送受控于亚洲季风环流变化,来自南亚的黑碳气溶胶在春季越过孟加拉湾传输进入高原东南部,夏季则可翻越喜马拉雅山抵达青藏高原南部腹地;同时我国中部排放的黑碳气溶胶也在东亚夏季风向北扩展中驱动它从东向西往青藏高原东北部传输。从秋季到冬季,随着夏季风撤退,南亚黑碳源区向青藏高原传输衰退,东亚冬季风的反气旋性环流的南侧及西南侧的偏东风携带秋季我国东南部源区和冬季东南亚源区黑碳气溶胶向青藏高原东南部传输。受青藏高原明显的暖湿季和干冷季气候影响,干湿沉降分别主导了青藏高原冬季和夏季黑碳沉降,夏季青藏高原黑碳气溶胶沉降总量大多超过8~10 kg·km-2,在高原东北部的最高值超过40 kg·km-2。冬季青藏高原黑碳气溶胶沉降量最低,大部地区黑碳沉降低于5 kg·km-2。青藏高原黑碳沉降的冬夏季节相差约为2~8倍。     

近52年长江中下游地区夏季年代际尺度干湿变化及其环流演变分析

利用中国气象局国家气象信息中心提供的长江中下游地区353站1961~2012年逐月降水资料,通过计算得到各站点夏季标准化降水指数(SPI)。根据长江中下游地区夏季中旱及以上等级站点数目及其突变检测(Mann-Kendall方法,MK)结果,将时间序列划分为三个时段。在此基础上,利用NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海洋表面温度重建资料,分析了各个时段前冬至夏季环流背景场的异常特征及其演变过程,并建立了各时段的概念模型。结果表明:(1)长江中下游夏季在第一时段(1961~1973年)呈明显干旱状态;第二时段(1974~1986年)为干旱向湿润转变的阶段;第三时段(1987~2012年)基本转为湿润状态。(2)第二时段为第一时段与第三时段的过渡期,环流背景场在该时段发生明显变化,使得第一时段与第三时段所对应季节的环流距平场相位相反。(3)第一时段,前冬至夏季全球海温持续偏冷,印度洋海温冷异常在夏季尤为显著,南亚高压与西太平洋副热带高压偏弱;前冬,青藏高原北部脊偏弱,蒙古高压明显偏弱;夏季,印度低压偏强、南支槽加深,夏季风水汽输送偏强,而亚洲中高纬度为平直西风气流,北方冷空气不易南下至我国南方地区,冷暖空气交绥受阻,使得长江中下游夏季出现大范围的干旱。第三时段相对于第一时段,前冬至夏季全球海温暖异常,印度洋海温显著偏暖,西太平洋副热带高压偏强;前冬,青藏高原北部脊偏强,蒙古高压异常偏强;夏季,印度低压减弱、南支槽异常偏弱,夏季风水汽输送较弱,水汽滞留在长江流域,且贝加尔湖高压脊发展,脊前冷空气南下,使得长江中下游夏季降水偏多。     

Variability of Summer Atmospheric Moisture Flux and Its Effect on Precipitation over East China

1. IntroductionIt is known that droughts and floods result fromthe balance of water. Atmospheric water vapor notonly provides resources of water, but plays an impor-tant role in the water and heat cycle of climate sys-tem. IPCC (2001) pointed out that water cycle has anotable change on the background of climate change.Gutzler (1996) found that specific humidity at levelsof 1000, 700, and 300 hPa increases 3%-9% per decadeby using four sounding data in the western equato-rial Pacific. Howeve…     

中国东部夏季降水与东亚垂直环流结构及其预测试验

本文在分析中国东部夏季降水的时空分布特征基础上, 从东亚高、中、低层大尺度环流异常着手, 选取对中国东部夏季降水异常有显著影响的大气环流预报因子, 分别应用逐步回归和最优子集回归法两种统计降尺度方法, 以动力气候模式CAM3.1预报输出的大气环流预报因子为基础, 以中国东部夏季降水的典型空间分布型为预报对象, 建立动力与统计相结合的中国东部夏季降水预测模型, 并对1981～2000年的中国东部夏季降水进行回报试验。结果表明: 中国东部夏季降水具有4类典型的空间分布型式, 且具有显著的准2年和年代际尺度振荡周期; 东亚高、中、低层大气环流异常的特定配置, 对东部夏季降水的空间分布型有显著影响; 使用两种降尺度方案建立的动力与统计相结合的预测模型对中国东部夏季降水异常具有一定的预报技巧, 可以在一定程度上提高动力模式对中国东部夏季降水的预报效果。