2009年极端天气和气候事件及其他相关事件的概要回顾

2009年初欧洲遭遇罕见寒流,大雪低温造成多人死亡;南半球夏季,高温热浪导致澳大利亚发生严重火灾,上百人丧生火海;9月,台风"凯萨娜"先后袭击菲律宾和越南,造成近500万人受灾;11月,飓风"艾达"袭击美洲多国,导致20多万人受灾;秋末冬初,北半球中高纬多地经历严寒天气,创下降雪偏早新纪录。在我国,强台风"莫拉克"重创台湾;50年来最严重春旱困扰黑龙江、内蒙古等地;50年罕见秋旱灼伤南方大地;11月,罕见强对流天气侵袭我国7省。2009年是1850年有气象记录以来第5个高温年,全球极端天气和气候灾害频发。     

青藏高原纳木错站地表反照率观测与MODIS资料的对比分析

利用中国科学院纳木错多圈层相互作用综合观测研究站内太阳光度计观测的大气气溶胶光学厚度和整层气柱水汽总量,作为大气辐射传输模式的输入参数,模拟计算了2007年5月—2008年8月无雪期晴空条件下,正午时段该站的太阳总辐射和散射辐射,得到两者的比例S。基于MODIS发布的MCD43B3产品中的短波段黑空和白空反照率以及比例S,计算得到实际大气条件下地表反照率的卫星反演值,进而与地面观测值进行对比分析。结果显示,两者没有显著差别,可以满足气候模式对地表反照率绝对偏差为0.02的精度要求,且均方根偏差约为0.0156,最大偏差为0.046。雨季纳木错站的土壤含水量增加,使得该站晴空时观测的5 min平均地表反照率呈线性下降。     

地基与星载仪器观测大气臭氧总量分析

本文选取多个臭氧总量观测站点,采用"三重制约法"分别对下列3组仪器观测臭氧总量数据进行统计分析,解算出不同观测资料的误差标准差,进而对比研究各种仪器的精度特征:1)1996~2003年期间地基WOUDC(World Ozone and Ultraviolet Radiation Data Centre)观测网络仪器(包括Brewer、Dobson和Filter臭氧测量仪)与星载TOMS(Total Ozone Mapping Spectrometer)和GOME(The Global Ozone Monitoring Experiment)仪器;2)2004~2013年期间WOUDC与星载OMI(ozone monitoring instrument)和SCIAMACHY(scanning imaging absorption spectrometer for atmospheric chartography)仪器;3)2004~2013年期间地基SAOZ(Système D’Analyse par Observations Zénithales)与星载OMI和SCIAMACHY仪器。结果表明,1996~2003年期间TOMS V8和GOME观测精度相当,分别为7.6±2.8 DU/46(其中,7.6±2.8 DU为所分析站点观测资料的平均精度及其标准差,46为站点数目)和7.6±1.5 DU/46。TOMS V8观测精度优于TOMS V7(8.5±3.0 DU/46),验证了前者对后者有所改进。2004~2013年期间OMI和SCIAMACHY在WOUDC地基站点观测精度接近,分别为6.6±1.4 DU/21和6.0±1.6 DU/21。SAOZ地基仪器精度为8.4±3.6 DU/8。对于3类WOUDC地基仪器,Brewer站点观测资料的平均精度最优(7.9±3.3 DU/12),Dobson次之(8.7±2.3 DU/19),Filter最差(14.7±4.0 DU/15)。相比于卫星,3种地面仪器观测平均精度较差(10.5±4.3 DU/46),这主要是由于Filter精度较差引起。中国境内的瓦里关(Brewer)、香河(Dobson)和昆明(Dobson)3个地基站点仪器观测精度均较优,分别为7.8 DU、6.7 DU和6.6 DU。尽管不同站点之间存在一定差异,但整体来说,地基与卫星仪器在中国境内3个站点观测臭氧总量吻合较好。     

香河地基观测臭氧柱总量数据分析及臭氧变化趋势研究

大气臭氧变化在全球气候和环境中具有重要作用,是当今大气科学领域的重要研究对象之一。对比分析了中国科学院大气物理研究所河北香河大气综合观测试验站2014～2016年Dobson和Brewer两种臭氧总量观测仪器探测结果的一致性,并使用1979～2016年Dobson观测数据分析了香河地区臭氧总量的长期变化趋势。结果表明:进行有效温度修正后,两种臭氧总量仪器观测结果一致性较好,平均偏差仅为-0.14DU(多布森单位),平均绝对偏差为8.00 DU,标准差为36.09 DU,相关系数达0.964。整体来说,两类仪器观测臭氧总量吻合较好。SO2浓度对Dobson仪器数据精度有一定影响,两组仪器数据在SO2浓度为0～0.2DU、0.2～0.4DU和0.4DU大气条件情况下的平均偏差分别为4.8 DU、7.0 DU和8.0 DU,平均偏差随SO2浓度升高而增大。过去38年香河地区的臭氧总量季节差异性强,春、冬两季臭氧总量高,夏、秋两季臭氧总量相对低,季节变化趋势差异明显。从长期变化上看,臭氧总量变化波动有不同的周期,在4个大的时间段变化趋势不同,2000～2010年臭氧层有显著恢复,但最近几年又有变薄的趋势。     

北京上空大气臭氧垂直分布的特征

利用我国自行研制的探空仪和地面接收设备首次较系统地获得了北京地区连续一年（2001年 3月至2002年 2月）的大气臭氧垂直分布资料。结果分析表明：①北京地区上空臭氧浓度极大值的季节均值的变化范围为15．1～16．7 mPa,其高度位于20．7～25．1km之间,极小值的季节均值的变化范围为 2．0～2．8 mPa,其高度在对流层顶附近。②边界层和平流层下部是臭氧浓度变化的活跃区域,并具有明显的季节变化,在边界层内夏季臭氧积分浓度高于冬季相应值的 1．7倍之多,而在平流层下部,冬季臭氧积分浓度则高于夏季的相应值。夏季边界层中臭氧浓度偏高,表明臭氧是北京地区夏季重要的污染气体之一。③北京上空臭氧垂直廓线的形态呈多样性,夏秋季节以单峰为主,冬春季节经常出现双峰和多峰结构;次峰出现的区域一般在10～18km高度范围内。     

内蒙古半干旱草原土壤植被大气相互作用(IMGRASS)综合研究

为深化对中纬半干旱草原气候生态相互作用过程、机制及其对全球变化的响应与贡献的认识 ,一项名为“内蒙古半干旱草原土壤植被大气相互作用 (IMGRASS)”的基金重大项目于 1997—2 0 0 1年在内蒙古锡林郭勒草原执行。IMGRASS计划在 1998年草原生长季节、在所选定的以典型草原为主 ,包括草甸草原、稀疏沙地草原等在内的中尺度试验区开展了多点、多要素的综合观测。观测内容包括土壤、植被、大气的相关要素和发生于地气界面的潜热、感热通量 ,还包括N2 O ,CH4 ,CO2 等微量气体交换量、辐射与降水分布。除 1998年中尺度观测试验外 ,在 1999— 2 0 0 1年在代表性地点进行了微量气体收支、遥感和沙尘天气相关的专项观测 ,结合草原站已进行的长期监测资料 ,分析气候生态长期相互作用 ,特别是人类活动干预的影响。在分析观测结果的基础上 ,对该地区的气候生态相互作用进行了数值模拟研究。文章作为介绍IMGRASS计划的第一部分 ,对该项研究计划作一全面简要介绍 ,包括科学目标、计划实施实验区背景、中尺度综合观测 ,并对实验所得大气边界层结构、辐射通量、沙地土壤水份状况、地表反射率谱与遥感测量等提供了个例分析 ,并简单介绍IMGRASS数据库。有关与全球变化有关的几个方面的初步研究结果将在本期刊中另文进行     

Recent Progresses in Atmospheric Remote Sensing Research in China——Chinese National Report on Atmospheric Remote Sensing Research in China during 1999-2003

Progresses of atmospheric remote sensing research in China during 1999-2003 are summarily introduced.This research includes: (1) microwave remote sensing of the atmosphere; (2) Lidax remote sensing; (3)remote sensing of aerosol optical properties; and (4) other research related to atmospheric remote sensing，including GPS remote sensing of precipitable water vapor and radiation model development.     

阵列天气雷达设计与初步实现

阵列天气雷达是分布式、高度协同的相控阵天气雷达。阵列天气雷达至少包括3个相控阵收发子阵（简称收发子阵）,通过增加收发子阵而扩大探测区域。每3个相邻的收发子阵一组协同扫描,保证3个相邻收发子阵在同一个空间点的数据时差小于2 s,从而保证径向速度合成正确的流场。采用相控阵多波束扫描技术,4个发射波束和64个接收波束覆盖0°~90°仰角,机械扫描覆盖360°方位,整个体扫时间为12 s,为多普勒天气雷达整个体扫时间的1/30。阵列天气雷达通过金属球进行了强度、波束宽度、方位、仰角的定标。阵列天气雷达在长沙机场布设试验,成功获取了精细的风场和回波强度数据,可为更精细、更完整揭示小尺度天气系统变化规律提供新工具。     

冰—水球形粒子在太阳短波段的吸收与衰减

根据Mie理论以及Aden和Kerker的理论,分别计算了纯水、纯冰和冰—水分层同心球在可见光和近红外波段的吸收、散射与衰减截面。结果表明,对于同样尺度大小的粒子,表面融化冰球或冰外壳包水球的单次散射特征值与纯冰纯水球的相比在整个太阳辐射短波段都相差不大,这是因为在此波段范围内冰和水的复折射指数的实部和虚部都很接近。此结果基本排除了0℃层附近表面融化冰晶粒子在太阳波段可能产生强吸收带,从而可以解释（部分的）云吸收异常现象这一想法。另一方面,在整层云吸收计算中,相对水含量可能较小但尺度较大的冰晶粒子的吸收是     

网络化天气雷达协同自适应观测技术的实现

2013年5月至2014年5月,中国科学院大气物理所和南京恩瑞特公司,在南京以及周边地区架设4部X波段天气雷达,组成网络化雷达,对雷暴和强降水天气进行快速预警和精细化探测。本文针对协同自适应观测技术,利用南京网络化天气雷达系统,建立单部雷达自适应和多部雷达协同自适应观测模式,实现观测控制软件核心算法,包括重点观测区域的选取和扫描策略的制定2部分,实现自动判断强回波天气区域的位置并且对重点区域进行扫描观测,扫描策略的选择与强回波区域相对雷达的位置和区域的面积有关。应用该模式进行气象观测表明:协同自适应观测模式比较合理,能够快捷准确的找到强天气回波区域,实现了对重点关注区域进行更高时空分辨率的观测。