Carbon Monoxide emission and concentration models for Chiang Mai urban area

An emission inventory containing emissions from traffic and other sources was complied. Based on the analysis, Carbon Monoxide （CO） emissions from traffic play a very important role in CO levels in Chiang Mai area. Analysis showed that CO emissions from traffic during rush hours contributed approximately 90% of total CO emissions. Regional Atmospheric Modeling System （RAMS） was applied to simulate wind fields and temperatures in the Chiang Mai area, and eight ca~es were selected to study annual variations in wind fields and temperatures. Model results can reflect major features of wind fields and diurnal variations in temperatures. For evaluating the model performance, model results were compared with observed wind speed, wind direction and temperature, which were monitored at a meteorological tower. Comparison showed that model results are in good agreement with observations, and the model captured many of the observed features. HYbrid Particle And Concentration Transport model （HYPACT） was used to simulate CO concentration in the Chiang Mai area. Model results generally agree well with observed CO concentrations at the air quality monitoring stations, and can explain observed CO diurnal variations.     

珠峰北坡绒布河谷局地环流的模拟分析

对珠峰北坡绒布河谷地区大气观测实验发现,绒布河谷中地面气流存在明显的日变化,但有别于其它地区的山谷风系统:在凌晨至正午前后基本为＜2m·s-1的小风,而午后至午夜则盛行来自珠峰方向的偏南下山风.由于珠峰北坡地区地形复杂,绒布河谷中地面气流的日变化可能是山谷风、坡风与冰川风等环流系统共同作用的结果.为了分析绒布河谷中风场日变化的主要驱动因子,本文利用一个中尺度气象模式对绒布河谷中典型风场进行了模拟,并借助观测资料对模拟结果进行了检验,进而对风场的时空分布特征及其变化原因进行了探讨.     

东亚地区二氧化碳体积分数变化特征

利用2004年以来东亚地区10个本底观测站大气φ(CO₂)观测资料,分析了各站大气φ(CO₂)的变化特征及其各站之间的差异,讨论了下垫面特征、源汇作用等对φ(CO₂)变化的影响.结果表明:10个本底站大气月均φ(CO₂)有明显的季节变化,高值多出现在冬春等寒冷季节,而低值则多出现在6—9月,属于北半球的夏季;大气φ(CO₂)日变化趋势较为一致,15时(当地时间)前后达到全天最低,随后φ(CO₂)升高,并在日落后继续积累,至清晨7时(当地时间)前后达到全天最高,之后φ(CO₂)随着太阳辐射的增强而逐渐降低,且平均φ(CO₂)水平与下垫面植被量成反比,φ(CO₂)日变化的幅度与下垫面植被量成反比.作为全球基准站之一的瓦里关山站,2004—2008年φ(CO₂)年均值逐年增加,年增长率为2.28×10^-6/a.     

大气科学：一个充满活力的前沿科学

着眼于未来发展的若干战略问题,阐述了对当前大气科学发展的状况与趋势的意见,提出了我国未来发展大气科学的思路和重点任务建议,还分析了我国大气科学研究中存在的若干问题并提出一些政策建议。     

城市空气污染预报方法简述

概括论述了城市空气污染预报的基本方法(潜势预报、统计预报和数值预报)、数值预报的主要特征(空间尺度与预报时效、高分辨率、多化学物质、理化生过程耦合、污染气象与污染物排放特征)及其用于天津和沈阳等城市的空气污染数值预报模式系统(σ中尺度和β中尺度气象预报模式与城市空气污染预报模式)。     

2013年1月华北地区重雾霾过程及其成因的模拟分析

2013年1月11~14日,华北地区经历重雾霾过程。为了探讨其形成原因,利用大气化学模式系统Weather Research and Forecasting(WRF)-Chem模拟2013年1月华北地区气溶胶的时空变化。模拟的能见度、气象要素(温度、湿度、降水、风速和风向)以及细颗粒物(PM2.5,大气中直径≤2.5μm的颗粒物)地表浓度的时间变化与近地面观测值都较为吻合。模拟结果表明,1月11~14日,细颗粒物高值分布于河北省南部和东部、天津地区以及北京地区,其日均值约为400~500μg m–3。通过与历史气候数据比较发现,2013年1月10~15日华北地区的气象条件表现为较大的相对湿度正距平(20%~40%)以及风速的负距平(-1 m s–1)。北京站点的探空数据还表明,在1月11~13日期间,垂直方向上,1 km以下的大气中存在明显的逆温层,并且湿度保持较高的值(80%~90%)。模拟结果表明,1月11~14日,近地面南向风和东向风将水汽输送到华北地区,上层大气(850hPa)的西北风则将沙尘输送到华北地区。以上气象条件有利于气溶胶的吸湿增长和浓度的聚集。硝酸盐的收支分析表明,在北京地区,与1~9日相比,10~14日夜间化学生成和传输的显著增加都贡献于硝酸盐浓度,是重雾霾形成的主要原因。     

横向各向同性介质中地震波走时模拟

横向各向同性介质是地球内部广泛分布的一种各向异性介质.针对这种介质,我们对各向同性介质的最小走时树走时模拟方法进行了推广,推广后的方法可适用于非均匀、对称轴任意倾斜的横向各向同性介质模型.为保证计算效率,最小走时树的构建采用了一种子波传播区域随地震波传播动态变化的改进算法.对于弱各向异性介质,我们使用了一种新的地震波群速度近似表示方法,该方法基于用射线角近似表示相角的思想,对3种地震波（qP, qSV和qSH）均有较好的精度.应用本文地震波走时模拟方法对均匀介质、横向非均匀介质模型进行了计算,并将后者结果与弹性波方程有限元方法的模拟结果进行了对比,结果表明两者符合得很好.本文方法可用于横向各向同性介质的深度偏移及地震层析成像的深入研究.     

一种最短路径射线追踪的快速算法

为提高最短路径射线追踪的精度,需要增加模型的剖分网格和离散节点,并增加子波传播方向,或者采用其他方法改善计算结果,这些处理会带来大量的额外计算.本文的快速算法改进了波前点的管理和子波传播的计算这两项耗时的工作,较大幅度地提高了传统算法的效率.在波前点的管理上,采用按时间步划分区间的方法,实现了波前点的桶排序管理,其效率高于传统方法中常用的堆排序算法. 在子波传播的计算上,利用斯奈尔定律,同时参考来自邻近节点的波的走时,来限定当前子波传播的有效区域,排除大量不需要计算的子波传播方向. 模型实算表明,本文快速算法的计算速度是传统方法的几倍至十多倍.     

基于Shannon奇异核理论的褶积微分算子在地震波场模拟中的应用

本文在前人工作的基础上,建立了一种基于Shannon奇异核的交错网格褶积微分算子方法.文中不仅详细讨论了影响算子精度的各种因素,同时也着重分析了其在弹性波模拟中的频散关系和稳定性条件.通过和交错网格有限差分算子比较,发现该算子即使在高波数域也具有较高的精度.均匀介质中的数值试验也表明,该方法9点格式就基本上达到了解析解精度.而分层均匀介质和复杂介质中的地震波数值模拟也同时证实了该方法精度高,稳定性好,是一种研究复杂介质中地震波传播的有效数值方法.     

Model analysis of influences of aerosol mixing state upon its optical properties in East Asia

The air quality model system RAMS (Regional Atmospheric Modeling System)-CMAQ (Models-3 Community Multi-scale Air Quality) coupled with an aerosol optical/radiative module was applied to investigate the impact of different aerosol mixing states (i.e., externally mixed, half externally and half internally mixed, and internally mixed) on radiative forcing in East Asia. The simulation results show that the aerosol optical depth (AOD) generally increased when the aerosol mixing state changed from externally mixed to internally mixed, while the single scattering albedo (SSA) decreased. Therefore, the scattering and absorption properties of aerosols can be significantly affected by the change of aerosol mixing states. Comparison of simulated and observed SSAs at five AERONET (Aerosol Robotic Network) sites suggests that SSA could be better estimated by considering aerosol particles to be internally mixed. Model analysis indicates that the impact of aerosol mixing state upon aerosol direct radiative forcing (DRF) is complex. Generally, the cooling effect of aerosols over East Asia are enhanced in the northern part of East Asia (Northern China, Korean peninsula, and the surrounding area of Japan) and are reduced in the southern part of East Asia (Sichuan Basin and Southeast China) by internal mixing process, and the variation range can reach 5 W m－2. The analysis shows that the internal mixing between inorganic salt and dust is likely the main reason that the cooling effect strengthens. Conversely, the internal mixture of anthropogenic aerosols, including sulfate, nitrate, ammonium, black carbon, and organic carbon, could obviously weaken the cooling effect.