江苏不同量级降雪过程的对比分析和预报指标研究

利用常规观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,通过对2008-2018年共11年间发生在江苏省的区域性中雪、区域性大雪、区域性暴雪天气过程的对比分析,发现影响江苏区域性降雪的主要天气系统是500 hPa西风槽、700 hPa西南急流和地面冷空气。决定降雪量级的因素主要是700 hPa西南急流强度和范围,降雪区上空水汽输送强度、水汽辐合强度、水汽辐合厚度也与降雪量级有一定的正相关关系。暴雪时700 hPa水汽通量≥14 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1,且水汽来源更为丰富,均来自于孟加拉湾和南海;大雪和中雪时,700 hPa水汽通量分别≥12 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1和10 g·cm^-1·hPa^-1·s^-1。暴雪期间,水汽辐合区内水汽通量散度都≤^-1×10^-7g·s^-1·hPa^-1·cm^-2,水汽辐合厚度达200~400 hPa,明显强于大雪和中雪。有利于江苏发生区域降雪过程的温度垂直分布条件为:地面≤2℃、t₉₂₅≤-1℃、t₈₅₀≤-2℃、t₇₀₀≤-1℃、t₅₀₀≤-14℃。随着降雪量级的增大,中低层温度阈值呈降低趋势。中低层逆温是产生区域性大雪及暴雪的必要条件,而中雪发生时不一定都有逆温层结,只要近地层温度条件合适,就能产生降雪。随着降雪量级的增大,逆温层强度明显增强、厚度明显增厚。暴雪、大雪和中雪时逆温强度阈值分别为3~8℃、2~8℃和1~3℃,其逆温层厚度分别为150~200 hPa、100~200 hPa和50~100 hPa。降雪过程中上升运动强中心位于600400 hPa。暴雪时,上升运动区相对大雪和中雪时的更为深厚,基本整层都为上升运动区,垂直运动发展旺盛。暴雪和大雪时上升运动中心值均≤-0.7 Pa·s^-1,中雪时中心值≤-0.3 Pa·s^-1。     

黑龙江省龙凤山区域大气本底站气溶胶光学特征分析

利用2010—2020年黑龙江省龙凤山区域大气本底站气溶胶光学特性长期观测资料, 分析并探讨了背景地区气溶胶光学厚度、波长指数、单次散射反照率、粒子体积谱分布以及气溶胶直接辐射强迫效应的变化特征。结果表明: 龙凤山区域气溶胶光学厚度最高值出现在7月, 平均值为0.67;最小值出现在12月、1月和2月, 平均值分别为0.17、0.02和0.18;气溶胶光学厚度在17时达到最高值为0.39。气溶胶波长指数在4—5月最低, 平均值分别为1.20和1.21;12月最高, 平均值为1.74;波长指数在12时达到峰值, 为1.44。单次散射反照率最低值分别出现在4月、8月和10月, 平均值分别为0.84、0.82和0.84;气溶胶单次散射反照率在12时出现峰值, 为0.95。龙凤山区域春季气溶胶粗粒子体积分数最高值出现在5月, 为0.04 μm³·μm^-2, 有效半径为3.85 μm; 夏季气溶胶细粒子体积分数最高值出现在7月, 为0.06 μm³·μm^-2, 有效半径为0.19 μm; 秋冬季龙凤山背景地区气溶胶细粒子和粗粒子体积分数均进一步减小。龙凤山区域地面和大气层顶气溶胶直接辐射强迫最高值均出现在7月, 分别为-94.44 W·m^-2和-22.33 W·m^-2。     

北京一次污染过程气溶胶光学特性及辐射效应

利用地面激光雷达、太阳光度计观测反演气溶胶光学特性参数,结合PM_2.5观测数据,分析了2018年1月25—28日北京一次完整污染过程中气溶胶光学特性变化。基于观测数据,利用短波辐射传输模式计算了不同程度污染日,晴空背景下气溶胶对辐射加热率的改变程度。结果表明:清洁日（25日）,PM_2.5日平均质量浓度为19.00 μg·m-3,440 nm气溶胶光学厚度为0.13,单次散射反照率为0.87,整层气溶胶消光系数低于0.10 km-1,短波辐射均为增温效应;污染期间（26—27日）,PM_2.5日平均质量浓度为83.21 μg·m-3,气溶胶光学厚度为2.48,气溶胶散射能力增强,单次散射反照率达到0.94,气溶胶主要消光层厚度提升至3.00 km高度,消光系数平均值为0.43 km-1,气溶胶在垂直方向的变化导致气溶胶中上层（1.50~3.00 km高度）加热作用强烈,短波辐射加热率平均值达到13.89 K·d-1,而低层（1.50 km高度以内）加热作用较弱,加热率平均值仅为0.99 K·d-1。气溶胶散射能力增强导致加热作用减弱,污染日加热率对于气溶胶散射能力变化更敏感。     

淮河流域稻麦轮作农田甲烷通量变化特征

利用寿县国家气候观象台开路式甲烷气体分析仪的观测数据,分析了淮河流域稻麦轮作农田不同生育期甲烷通量变化特征及其影响因素。结果表明：淮河流域甲烷通量一年中呈单峰型分布,峰值出现在夏季。甲烷通量日变化呈单峰型分布,峰值出现在午后,白天高于夜间。水稻生育期甲烷通量明显高于小麦生育期;小麦出苗期甲烷通量最小,成熟期最大,达到0.14μg·m^-2 ·s^-1;水稻拔节期甲烷通量最大,达到3.02μg·m^-2 ·s^-1,成熟期最小,为0.12μg·m^-2 ·s^-1。作物生物量对甲烷通量影响明显,水稻和小麦收割前后24 h甲烷通量降幅达到50%和30%。甲烷通量与降水、相对湿度、水汽压、土壤温度、气温均呈显著的正相关关系。降水量越大,湿度越大,温度越高,甲烷通量就越大。     

银川地区气溶胶特性的天空辐射计测量

利用地基天空辐射计测定了银川地区2003年10月-2004年8月太阳直接辐射和天空散射辐射,采用"SKYRAD"模式同时反演了银川地区气溶胶光学厚度、波长指数、体积谱分布、折射指数和单次散射反照率,并对结果进行了分析.结果表明:银川地区气溶胶光学厚度具有明显的H变化,4个季节的变化范围分别31%、33%、24%和38%,并主要表现出两种变化类型,而光学厚度的季节变化春季最大,冬季最小,波长指数变化与光学厚度变化基本相反,春季最小,冬季最大,这主要与北方沙尘活动有关;气溶胶尺度分布表现出双峰型结构,一种是位于半径0.15 μm附近的积聚模态,另一种是半径7 μm左右的粗模态,且粗模态浓度远大于积聚模态的浓度;折射指数实部春季明显升高,对波长的敏感性较低,而虚部春季显著下降,并且表现出对波长更低的敏感性,但两者在不同波段的微小变化均表现出了一定的规律性,且虚部表现的更为复杂;单次散射反照率春季显著高于其他季节,并随波长的增加而显著增加,而其他季节单次散射反照率在波长之间虽存在变化,但并没有表现出任何规律性,表明这种变化具有明显的区域性差别.     

矿尘气溶胶短波辐射效应的初步研究

在辐射传输模式CRM中引入粒径为0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 μm的5段矿尘气溶胶粒子,模拟计算气溶胶对短波辐射通量的影响.计算结果表明:气溶胶引起晴空短波净辐射通量减少;在分布有气溶胶的层内,粒子半径增大、光学厚度增大都会使短波净辐射通量减少;在气溶胶层以上,辐射通量的变化与具体的粒子半径有关.     

中国遥感卫星辐射校正场气溶胶光学特性观测研究

1999年6月28日~7月19日在敦煌场, 7月25日~7月31日在青海湖水面场进行了一次大规模综合野外测量试验, 其中采用3台先进的法国CIMEL太阳辐射计对两个场地大气光学特性进行了系统全面测量, 获得大量晴空天气条件下的大气光学数据。利用Langley法处理气溶胶通道数据得到气溶胶光学厚度及其光谱变化。测量结果显示550 nm波长平均气溶胶光学厚度分别为0.12、0.18, 由气溶胶光学厚度的波长变化得到气溶胶Junge参数分别为2.6、3.0, 并与几种典型气溶胶类型比较。结果表明两地在晴空天气里, 气溶胶含量较小, 符合遥感卫星传感器辐射定标的大气条件。     

北京不同区域气溶胶辐射效应

采用大气辐射传输模式SES2以及2013年1月—2015年10月欧洲中期天气预报中心细网格再分析资料计算了北京地区4个观测站地面接收的短波辐射通量,分析了晴天和云天北京城郊气溶胶对总辐射的定量影响时空变化特征。结果表明:北京城区和近郊区气溶胶对总辐射的影响约为远郊区的2倍,北京南部和西部气溶胶对辐射的影响较大,晴天和云天北京城区和近郊区气溶胶对总辐射的削减值分别为146.23~180.99 W·m-2和202.11~217.02 W·m-2,晴天总辐射削减空间差异较大;秋冬季气溶胶对总辐射的影响明显大于春夏季,北京市观象台秋冬季气溶胶对总辐射的削减作用最大可达60%,较春夏季高10%~20%;北京城郊总辐射和直接辐射削减率与气溶胶光学厚度变化均呈线性关系,近地面PM_2.5浓度对辐射的影响不容忽视。     

2021年11月6—9日辽宁省极端暴雪过程诊断分析

选用常规气象观测资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2021年11月6—9日辽宁省极端暴雪过程进行天气形势和物理量诊断分析。结果表明：此次极端暴雪过程主要受东北冷涡和强气旋共同影响,最大降雪量为80.8 mm,有20个站最大积雪深度超过30 cm。导致极端暴雪的主要原因是持续时间较长的强水汽输送和水汽辐合,最大值分别为18 g·hPa^-1·s^-1·cm^-1和-7×10^-5 g·hPa^-1·cm^-2·s^-1;异常偏强的低层辐合、高层辐散产生的强上升运动,中心值达到-3.0 Pa·s^-1,对极端性暴雪预报有指示作用。斜压强迫和850 hPa强烈的水平锋生是此次极端降雪发生发展的重要机制。湿位涡MPV1>0且MPV2<0的配置表明,气旋性涡度及对称不稳定性的增大为暴雪过程的发生提供了有利条件。     

近10年中国16个台站大气气溶胶光学厚度的变化特征分析

应用宽带消光法从1993～2002年中国16个辐射观测站小时累积太阳直接辐射资料,反演了逐时气溶胶光学厚度值,并统计日、月、年的平均值,用作气溶胶光学厚度变化特征分析.结果表明,16个辐射站总的年平均气溶胶光学厚度在0.32～0.36之间变化,沈阳和郑州两站的气溶胶光学厚度有明显增加的趋势,而哈尔滨、兰州、广州、北京等站气溶胶光学厚度则有明显减弱的趋势.就季节变化而言,一般气溶胶光学厚度最大值出现在春季.月平均气溶胶光学厚度与月平均能见度有较好的负相关关系.     

辽宁东南半岛两次北上台风暴雨特征及成因对比分析

利用常规观测资料、NCEP FNL再分析资料、卫星和雷达资料等对2012年台风“达维”（过程1）和2017年台风“海棠”（过程2）导致的辽宁东南半岛两次极端暴雨过程的降水特征及成因进行对比分析。结果表明: 两次过程的降水特征存在差异,过程1是大范围的稳定持续性暴雨,受台风倒槽触发的多个中尺度云团造成的列车效应影响,持续时间长达30 h; 而过程2的小时雨强更大,最强达到113 mm·h^-1,小尺度积云不断新生并涌入到中尺度云团中,雷达图存在后向传播特征,强风暴基本反射率达到50—60 dBz,中尺度辐合风场伸展高度达到9 km,对流云发展更旺盛,过程2的对流性降水特征更明显。过程1暴雨在台风倒槽里发展,过程2在台风输送的暖湿空气与对流层干冷空气的相互作用中产生。两次过程中,台风残涡与副热带高压间均形成了横跨10个纬距的水汽输送带,850 hPa水汽通量均达到20—25 g^-1·cm^-1·hPa^-1·s^-1,比湿和水汽通量散度达到辽宁登陆台风暴雨物理量的预报阈值; 远距离台风对阻挡副热带高压南落和建立北上台风引导气流起到关键作用。过程1受“达维”残涡倒槽影响,辐合层由地面伸展到500 hPa,动力抬升条件更强; 过程2中850 hPa假相当位温达到354 K,由于中层干空气侵入,位势不稳定较强,在大尺度辐合和地形强迫抬升作用下,形成更为深厚对流云,对流性降水特征明显。     

北京地区3000 m以下低空颠簸的统计特征及其气象条件分析

低空颠簸（3000 m以下）由于可供飞行员判断和处置的时间短,一旦发生容易造成重大安全事故。气象条件是引发低空颠簸最直接、最重要的因素。本文采用北京地区8部风廓线雷达测得的高时空分辨率资料,结合华北空管局气象中心记录的2016年北京地区20个低空颠簸个例,分析了低空颠簸的统计特征和影响低空颠簸的气象条件。结果表明：北京地区低空颠簸在冬季发生频次高,其中2月颠簸发生频次最高,在夏季发生频次低。影响低空颠簸的气象指标包括水平风速、水平风的垂直切变,水平风的水平切变、水平风的时间切变和垂直风速。通过计算各气象指标的数值,尝试给出了造成低空颠簸的气象指标阈值,即水平风速大于18 m·s^-1,水平风的垂直切变大于10 m·s^-1·km^-1,水平风的水平切变大于0.1 m·s^-1·km^-1,水平风的时间切变大于10 m·s^-1·h^-1以及垂直风速大于2 m·s^-1,以上气象指标任意一个达到阈值,即满足造成低空颠簸的气象条件。此项工作对低空颠簸的预报具有一定参考意义。     

沈阳城市绿地土壤呼吸时空变化特征

以沈阳市4类植被配置方式24块城市绿地为研究对象,探究城市绿地土壤呼吸速率的时空动态变化规律及其影响因素。结果表明：土壤呼吸速率具有显著的夏季高、冬季低的季节动态规律性,偏相关分析显示,土壤温度与土壤呼吸时间动态变化显著相关。此外,植被配置方式对绿地土壤呼吸速率的影响存在差异：稀乔（5.68 μmol·m^-2·s^-1）>乔草（5.66 μmol·m^-2·s^-1）>乔灌（4.75 μmol·m^-2·s^-1）>乔灌草（3.84 μmol·m^-2·s^-1）,稀乔和乔草土壤呼吸显著高于乔灌草配置。空间异质性分析显示,由疏透度导致的地表土壤温度差异,加之土壤有机质等养分条件差异可能是不同植被配置城市绿地土壤呼吸速率出现差异的主要因素。冬季和夏季拟合结果对比显示土壤温度是影响城市绿地碳排放空间异质性的主要因素,因此,如何通过合理的植被配置减少直达地表光照辐射、降低土壤温度是实现城市绿地减排的重要选项。     

Actinic fluxes: The role of clouds in photodissociation

The role of clouds in photodissociation is examined by both modeling and observations. It is emphasized that the photodissociation rate is proportional to the actinic flux rather than to the irradiance. (The actinic flux concerns the energy that is incident on a molecule, irrespective of the direction of incidence. The irradiance concerns the energy that is incident on a plane.) A 3-layer model is used to calculate the actinic flux above and below a cloud, relative to the incident flux, in terms of cloud albedo, zenith angle and the albedo of the underlying and overlying atmosphere. Cloud albedo is mainly determined by cloud optical thickness. An expression for the in-cloud actinic flux is given as a function of in-cloud optical thickness. The 3-layer model seems to be an useful model for estimation of photodissociation rates in dispersion models. Further, a multi-layer delta-Eddington model is used to calculate irradiances, actinic fluxes and photodissociation rates of nitrogen dioxide J(NO₂) as a function of height in inhomogeneous atmospheres. For the considered wavelength interval [290–420 nm], Rayleigh scattering, ozone absorption and Mie scattering and absorption by cloud drops and aerosols should be taken into account. It is stressed that both models are one-dimensional and as such are unable to deal with partial cloudiness. It is shown that if no clouds are present, the actinic flux depends primarily on the solar zenith angle. The actinic flux usually increases with height. For cloudy atmospheres, another important parameter with respect to the actinic flux is added: cloud optical thickness, which determines cloud albedo. It can be shown that in-cloud characteristics and cloud height are less important in describing the effect of a cloud on the actinic flux (outside the cloud). The in-cloud values of the actinic flux can exceed the values outside the cloud. Finally, using the photostationary state relationship, good agreement is found between model results and aircraft measurements.     

Effect of clouds on the photodissociation of NO2: Observations and modelling

The role of clouds in photodissociation is examined by both modelling and observations. It is emphasized that the photodissociation rate is proportional to the actinic flux rather than to the irradiance. The actinic flux concerns the energy that is incident on a molecule, irrespective of the direction of incidence. The irradiance concerns the energy that is incident on a plane.As far as the modelling aspect is concerned, a multi-layer delta-Eddington model is used to calculate irradiances, actinic fluxes, and photodissociation rates of nitrogen dioxide J(NO₂) as a function of height in inhomogeneous atmospheres. For the considered wavelength interval [290–420 nm], Rayleigh scattering, ozone absorption, and Mie scattering and absorption by cloud drops and aerosols should be taken into account.Further, a three-layer model is used to calculate the actinic flux above and below a cloud, relative to the incident flux, in terms of cloud albedo, zenith angle, and the albedo of the underlying and overlying atmosphere. Cloud albedo is mainly determined by cloud optical thickness. An expression for the incloud actinic flux is given as a function of in-cloud optical thickness. The three-layer model seems to be a useful model for the estimation of photodissociation rates in dispersion models.It is stressed that both models in their present form cannot handle partial cloudiness.It is shown that if no clouds are present, the actinic flux depends primarily on solar zenith angle. Further, the incident flux at the top of the atmosphere diminishes downward into the atmosphere due to the increasing effect of scattering. Therefore, the actinic flux usually increases with height, although above clouds the actinic flux sometimes decreases with height due to a large contribution of the upward scattered light.For cloudy atmospheres, another important parameter with respect to the actinic flux is added: cloud optical thickness. Cloud optical thickness determines cloud albedo. It can be shown that incloud characteristics and cloud height are less important while describing the effect of a cloud on the actinic flux (outside the cloud). The in-cloud values of the actinic flux can exceed the values outside the cloud.Finally, using the photostationary state relationship, a comparison is performed between model results and ground-based measurements as well as in-cloud air craft measurements.     

Short-wave aerosol radiative efficiency over the global oceans derived from satellite data

Using 5 yr (December 2000–November 2005) of satellite data from the clouds and the earths radiant energy system (CERES) and moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS), we examine the instantaneous short-wave radiative efficiency ( E_τ ) of aerosols during the morning Terra satellite overpass time over the global oceans (60°N–60°S). We calculate E_τ using two commonly used methods. The first method uses the MODIS aerosol optical thickness (AOT) at 0.55 μm with radiative transfer calculations, whereas the second method utilizes the same AOT values along with a new generation of aerosol angular distribution models to convert the CERES-measured broad-band radiances to fluxes. Over the 5 yr, the global mean instantaneous E_τ between the methods is remarkably consistent and within 5 W m⁻²τ⁻¹ with a mean value of –70 W m⁻²τ⁻¹. The largest differences between the methods occur in high-latitude regions, primarily in the Southern Hemisphere, where AOT is low. In dust dominated regions, there is an excellent agreement between the methods with differences of <3 W m⁻²τ⁻¹. These differences are largely due to assumptions in aerosol models and definition of clear sky backgrounds. Independent assessments of aerosol radiative effects from different satellite sensors and methods are extremely valuable and should be used to verify numerical modelling simulations.     

Aerosol monitoring at multiple locations in China: contributions of EC and dust to aerosol light absorption

This paper reports on the analysis of 24-h aerosol data measured during 2006, at 14 monitoring sites in China. Measurements included seven-wavelength Aethalometers, thermal/optical reflectance analyses of filter samples and determination of dust aerosols. Black (elemental) carbon (BC, EC) is found to be the principal light-absorbing aerosol over many parts of China; however, the fraction of apparent light absorption attributed to dust varied from 14% in winter, to 11% in spring, to 5% in summer to 9% in autumn. Aerosol light absorption in urban areas was larger than in rural areas by factors of 2.4 in winter, 3.1 in spring and 2.5 in both summer and autumn. These differences may lead to contrasts in radiative, thermal and cloud modification effects between urban and rural areas. Absorption 'hotspots' were located in the Sichuan Basin, the provinces south of Beijing, the Pearl Delta River regions and the Guanzhong Plain. The mass absorption coefficient for aerosol BC (σ_BC) based on Aethalometer data is estimated to be 11.7 m² g⁻¹ at 880 nm wavelength (λ) with inverse (λ⁻¹) wavelength scaling, whereas the mass absorption coefficient for dust (σ_dust) is 1.3 m² g⁻¹ on average without significant wavelength dependence.     

基于ADTD闪电定位资料的重庆市地闪特征分析

为了掌握重庆市雷电活动规律,采用数理统计方法及ArcGIS软件,对2008—2019年ADTD闪电定位资料进行分析,得到了重庆市地闪频次的时空分布特征,雷电流幅值、陡度的分布特征和累积概率分布函数。结果表明：重庆市平均每年发生地闪2.08×10⁵次,其中负地闪占95.7%;地闪频次年际变化大,最多年为3.04×10⁵次,最少年为1.27×10⁵次,月分布呈单峰型,7—8月为雷电高发期,占全年的57.9%,日变化呈双峰型,负地闪在夜间03时及下午17时到达峰值,正地闪峰值出现时间比负地闪要晚1—2 h,且午后的峰值远小于夜间;地闪密度空间分布与地形关系密切,大值区主要集中在山脉的交汇处及台地—丘陵向山地的过渡地带;江津北部至重庆中心城区、开州南部至万州北部、忠县南部至石柱西部、永川南部—荣昌至大足西部为地闪密度大值区,密度普遍大于3次·km^-2·a^-1,局部大于6次·km^-2·a^-1;总地闪平均幅值为37.9 kA,其中10—50 kA...