基于星载微波雷达和激光雷达探测的夏季云顶高度及云量差异分析

云是天气与气候变化的重要影响因子,准确估量云顶高度和云量对分析云特性、降水及强天气预报、估算云辐射强迫等都具有重要意义。利用2006-2010年6-8月CloudSat卫星搭载的微波云廓线雷达（CPR,简称微波雷达）和CALIPSO卫星搭载的云-气溶胶偏振激光雷达（CALIOP,简称激光雷达）的探测资料,分析了全球云顶高度及云量的空间分布特征。结果表明,热带地区微波雷达探测云顶高度平均比激光雷达低约4 km,但均超过12 km;副热带洋面云顶高度在4 km以下,且两部雷达探测的云顶高度差异存在地域性。微波雷达对薄云、云砧及云顶高度低于2.5 km的低云存在漏判,对厚云的云顶高度偏低估;微波雷达探测的全球总云量均值为51.1%,比激光雷达少23.3%;两者给出的云量分布也存在显著的海-陆差异,其中洋面云量差异更大,如微波雷达测出局部洋面云量为80%,而激光雷达的探测结果却超过90%。由于激光雷达发射波长短,对云顶微小粒子比较敏感,而微波雷达波长较长,对相对较小粒子的探测存在局限性。因此,激光雷达对云顶高度的探测优于微波雷达。此结果不仅加强了对激光雷达和微波雷达探测原理的认识,而且进一步理解了云的气候特征。     

利用静止卫星估算青藏高原全域地表潜热通量

青藏高原全域高时间分辨率潜热通量变化对定量理解高原能量和水分循环过程尤其是其日变化过程至关重要.为此,利用中国最新一代静止气象卫星Fengyun-4A上搭载的多通道扫描成像辐射计数据,结合中国区域高时空分辨率地表气象驱动数据集,基于陆面能量平衡系统模型估算得到青藏高原全域的地表潜热通量,卫星估算值与青藏高原观测研究平台站点实测值的均方根误差和平均偏差分别为76.05和17.33 W/m2.结果 表明,青藏高原地表潜热通量呈现显著的季节变化、昼夜分野和区域差异:4月高原潜热整体上略低于感热,而7月高原西部、中部和东部的潜热均高于感热;潜热通量昼夜相差极大,4月的昼间、夜间和昼夜平均值分别为74.22、3.09和38.66 W/m2,而7月的相应值分别为122.75、6.49和64.62W/m2.青藏高原地表热通量的空间分布具有经向区域差异,其中,净辐射通量与感热通量在高原西部和中部的数值明显高于高原东部,而潜热通量正好相反,在高原东部数值较高.研究结果可为青藏高原地表蒸散与大气热源的定量分析提供参考.     

我国东部夏季一次强对流活动过程中对流层上部大气成分变化的分析

利用星载微波临边遥感探测结果,对2006年6月28～29日江淮地区的一次强对流天气过程中对流层上部一氧化碳 (CO) 、臭氧 (O₃) 、水汽 (H₂O) 和冰水含量 (IWC) 的分布特点进行了研究.强对流天气过程前后的对比分析表明,CO混合比增大,在200 hPa处增加了0.12 ppm (1 ppm=10-6);O₃混合比减小,在70 hPa处减少了0.30 ppm;H₂O混合比在250 hPa处增加了400 ppm;IWC在强降水发生之前有大幅增长,在200 hPa处最大含量可达0.03 g/m3.CO和O₃含量与垂直运动速度两者的相关变化表明,对流垂直输送作用可能是造成对流层上层和平流层低层大气成分变化的机制之一.而H₂O和IWC含量的增加主要局限于对流层顶以下,这表明对流层上部水物质的质量和形态是由垂直输送作用和对流系统内部的微物理过程共同决定的.     

基于TRMM卫星探测的夏季青藏高原降水和潜热分析

青藏高原对东亚大气环流、气候变化及灾害性天气的形成和发展都有重要的影响。本文利用热带测雨卫星（TRMM）探测结果、GPCP降水资料,研究了夏季青藏高原降水和潜热特点。GPCP资料分析结果表明,夏季青藏高原降水主要集中在它的东南部,7月和8月雅鲁藏布河谷及其以东的横断山脉地区降水显著,平均最大雨强达7mm／h;而TRMM测雨雷达（PR）探测结果指出念青唐古拉山北侧存在一降水大值区,强度近3mm／h;GPCP给出的地表降水率较TRMM测雨雷达探测结果高出一倍以上;夏季高原西部的平均降水率小于4mm／h（GPCP）／2mm／h（TRMM PR）。TRMMPR探测的统计结果分析表明,高原降水云“雨顶”（Storm Top）较周边地区高出2km～4km,如同“塔”状分布。研究结果还指出因地表海拔高,TRMM PR的降水类型分类方法不适用于青藏高原地区;根据降水廓线的特征,文中定义了青藏高原三种降水类型：深厚强对流、深厚降水和浅薄对流,并通过标准化廓线方法,指出了不同类型降水廓线之间的差异及其与周边地区降水廓线的差异。文中还给出了高原夏季总潜热分布及平均廓线,指出了高原潜热平均廓线与周边地区的差异;研究结果表明夏季高原降水具有强烈的日变化,降水峰值出现在午后地方时16点左右,这些降水多以零散块状水平分布,而在垂直剖面上呈“馒头”状分布。统计结果还发现青藏高原上对流活动较周边地区活跃,高耸的对流活动所形成的“云塔”如同“天梯”,使得低层大气中的高水汽含量和低臭氧含量空气向高空输送,进而造成对流层上部和平流层低层水汽大值区和臭氧低值区。     

台风“云娜”在近海强度变化及结构特征的数值研究Ⅱ:云微物理参数化对强度和路径的影响

在分析云微物理参数化对云结构和降水特征的影响的基础上,研究云微物理参数化过程对台风"云娜"强度与路径的影响.结果表明:云微物理过程对台风强度和路径有一定影响,其中不考虑雨水蒸发冷却效应后,比其他试验最终地面最大风速强7 m/s以上,但此时登陆地点误差最大,与对照试验偏离150 km左右.我们还从螺旋雨带结构变化及环境风切变影响角度分析台风临近登陆时强度模拟减弱的原因,发现过强的外围螺旋雨带以及环境风场垂直切变对于台风的加深、维持是不利的,他们可能会造成"云娜"临近登陆时强度的下降.不难看出,云微物理过程可以加强甚至产生外螺旋雨带,当外围雨带发展加强之后,可以引起局地辐合强度增强,从而限制了大量水汽和能量向台风内核输送,从而会导致台风强度下降.此外,外围螺旋雨带的发展,还可以从对流层中层带来干冷空气入侵行星边界层;而当入流边界层中雨水下落时,其自身的蒸发也会使周围气块温度下降;这些干冷气团在入流气流的输送下进入台风内核,从而对云墙产生了"冷侵蚀",最终引起台风强度下降.因此,减小上述两方面的模拟误差,应能改进台风"云娜"登陆过程中强度的模拟效果.     

黄海口及邻近海域鱼类群落时空格局与优势种特征研究

黄河季节性入海径流所携入的淡水、泥沙及营养物质，与渤海海洋环境相互作用，因而形成了黄河口及邻近水域多种经济种类的产卵场和育幼场。然而，近代黄河尾闾不断变化，加上近年来黄河水资源过度利用和上游生态环境恶化所引起的断水断流，导致了冲淡水和营养盐来源短缺。研究表明，黄河口及邻近海域的生态环境质量，将直接影响到渤海，乃至黄海生物资源动态及其可持续性(乐肯堂，1995;乐肯堂等，1995;沈志良等，1989; Yang et al.，1993)。在过去的20年内，许多研究人员曾进行过多次渤海水域生态环境和渔业资源综合调查。朱鑫华(1996，1998)曾就20世纪80-90年代进行的两次调查资料对渤海鱼类群落的时空格局进行了因子分析，指出渤海3湾的鱼类群落演替呈现较不稳定性格局。本文结合以上调查及其相关研究项目，以1982-1985年的周年调查资料为本底资料，重点研究黄河口及邻近水域鱼类群落生态密度结构特征；结合20世纪90年代现场比较调查资料，分析生物资源对黄河水、沙等生态环境变化的响应特征。     

渤海湾南部滩涂贝类群落结构特征及其环境因子相关性研究

本研究以渤海湾南部(滨州)滩涂为研究区域,设置6个断面共36个采样站位,覆盖潮间带(高潮带-中潮带-低潮带)和潮下带,研究该区域贝类资源群落结构特征及其环境因子相关性。结果表明:整个调查区域常见贝类总共有30种。潮间带共有23种常见贝类,优势种为光滑篮蛤(Potamocorbula laevis Hinds 1843)、四角蛤蜊(Mactra quadrangularis Reeve 1854)、短文蛤(Meretrix petechialis Lamarck 1799);潮下带共有26种常见贝类,优势种为中国蛤蜊(Mactra chinensisi Philippi 1846)、等边浅蛤(Gomphina aequilatera Sowerby 1825)、朝鲜笋螺(Terebra koreana Yoo 1976)、红带织纹螺(Nassarius succinctus A.Adams 1852)、纵肋织纹螺(Nassarius variciferus A.Adams 1851);潮间带贝类多样性指数(H'')和均匀度指数(J'')显著高于潮下带,而丰富度指数(D)则相反;潮间带贝类生物量(710.16 g/m²)和栖息密度(4 523个/m²)远高于潮下带(17.10 g/m²,35个/m²)。群落结构多元统计分析将贝类按照站位划分为5个组群,包括东侧潮下带、西侧潮下带、西侧潮间带、东侧潮间带以及D4站位。冗余分析(RDA)结果表明,对潮间带贝类影响较大的环境因子主要为沉积物的粒径以及砂、粉砂含量,而对潮下带贝类影响较大的主要为浮游植物密度、沉积物的粒径以及砂、粉砂和黏土含量。渤海湾南部(滨州)滩涂贝类资源较为丰富,但应从不同滩涂区域生态特性的角度出发,加强贝类的保护和资源修复,本研究可为该区域贝类的资源养护和可持续利用提供数据基础。     

渤海及周边地区早古生代岩相古地理

根据古郯庐断裂两侧地块分布特征,渤海及周边地区早古生代具有南北高、中间低的古地理格局,以清水碳酸盐沉积为主。基于钻井岩心、薄片及露头观察,总结了典型沉积相标志,认为区内发育近岸潮坪相、局限台地相和开阔台地相等3类沉积相,台内洼地、灰泥丘、台内滩、潟湖、台坪等5类沉积亚相,以及9类沉积微相。在寒武系和奥陶系沉积相划分与精细对比的基础上,刻画了渤海及周边地区早古生代4个典型沉积时期的岩相古地理:受二级海平面升降、构造沉降和古地形的影响,早寒武世靠近(水下)古隆起区发育近岸潮坪相,中部局限台地—开阔台地发育;中寒武世厚层鲕粒滩广泛发育;晚寒武世—早奥陶世广泛发育局限台地白云岩坪、石灰岩坪;中奥陶世广泛发育开阔台地相台内洼地泥晶灰岩沉积。     

基于空间模型和CA的城市用地扩展模拟研究——以大庆市为例

基于ArcGIS空间分析建模工具,将城市发展适宜性模块、邻域影响模块、约束影响模块、随机影响模块进行集成,实现CA模型的构建,并以大庆市为例对城市建设用地未来发展进行模拟。研究认为:(1) 将GIS空间分析和CA模型集成,模型结构清晰,避免二次程序开发;(2) 根据大庆市特点,考虑资源开发因素对城市发展的影响和人口增长对随机因素的影响;(3) 大庆市2015、2020年城市面积将继续扩展,城市重心将明显向北移动,并具有向东移动的趋势。     

中国及其周边地区多种水凝物资料的气候态特征比较

对云的水凝物含量进行研究有利于认识云的辐射性质和强迫效应,以及改善模式的预报性能。利用目前几种较为常用的卫星观测资料（ISCCP、MODIS和CloudSat）和再分析资料（CFSR和ERA-Interim）,对中国及其周边地区的多种水凝物变量,包括积分的云水路径、液水路径和冰水路径,以及分层的液态水含量和冰水含量的气候态水平及垂直分布特征进行了比较研究。结果表明,在总的水凝物含量方面,无论是描述整个中国及其周边地区的水平分布特征和主要变化模态,还是不同海陆区域的月变化特点,MODIS、ERA和CFSR三种资料都显示出较高的一致性,而ISCCP的绝对数值和变化幅度与它们均存在一定差异。在液态水含量方面,无论是水平还是垂直分布,ERA-Interim都有最高的数值,作为观测数据的MODIS和ISCCP则显著偏低。对于冰水含量,不同资料间无论是水平和垂直分布形式还是具体数值都存在明显差异。通过分析不同水凝物资料间气候态分布的差异性特征,有利于认识目前常用的几种水凝物资料的“不确定性”程度,从而更好地估计云的辐射效应,以及理解其在气候变化中所扮演的角色。