城市化进程对近地层大气风温结构的影响

利用北京325 m气象塔不同阶段(第一阶段:1991—1995年;第二阶段:2004—2008年)风温梯度观测,北京地区气候站长期观测(1971—2008年,20站)和城市社会经济发展指标(1978—2008年),从城市化进程不同阶段对比的角度,分析研究北京近地层大气风温结构变化特征。结果表明,北京城市化进程已经导致该地区近地层大气特征发生明显变化。主要表现为:地面和近地层温度增加,热岛强度增强;地面风速和近地层低层风速明显减小;近地层低层(63 m以下)风向变得更为紊乱;近地层温度垂直递减率增加;近地层大气风温结构特征的变化表明:2004—2008年325 m气象塔,在63 m以下基本反映的是城市冠层流场特征,即气象塔周边地区城市冠层厚度约为63 m。     

基于改进粒子群算法的地震标量波方程反演

针对标准粒子群优化(PSO)算法存在易出现早熟而陷入局部最优以及进化后期收敛速度慢等缺陷,通过考虑粒子所处位置间相互作用,提出了一种改进的并行粒子群优化算法.由于引入粒子位置间的相互影响,减少了粒子搜索过程盲目性,因此能有效提高算法的收敛速度.数值试验表明,这种改进的粒子群算法适用于二维标量波方程的速度反演,且算法具有...     

一种基于卫星遥感AOT估算近地面颗粒物的方法

本文建立了一种基于卫星遥感AOT估算近地面颗粒物浓度的新方法.该方法考虑大气边界层厚度和近地面相对湿度的区域分布变化情况,基于大气边界层模式模拟结果和卫星遥感气溶胶光学厚度进行近地面颗粒物浓度估算.基于RAMS模拟结果和MODIS气溶胶光学厚度数据,利用该方法获得了华北地区近地面PM2.5质量浓度.并用研究区域中16个地面站点的颗粒物浓度监测数据对估算结果进行了评估.结果表明,遥感反演的近地面PM2.5与地面监测数据在趋势上基本一致,二者相关R2达到0.61.与此同时,又利用地面激光雷达和气象仪测量结果对MODIS气溶胶光学厚度数据进行了近地面颗粒物估算,并将估算的结果与新方法得到的估算结果进行了比较.比较结果表明,新方法获得的估算结果与地面监测数据具有更好的相关性,和常规方法相比,相关R2从0.32提高到0.62.     

各向异性介质地震波场的优化褶积微分算子法数值模拟

在前人工作基础上,通过对窗函数参数进行优化实现了对基于Shannon奇异核理论的交错网格褶积微分算子的优化过程.应用这种优化褶积微分算子方法对各向异性介质进行了数值模拟,讨论了优化褶积微分算子法模拟的PML吸收边界条件以及稳定性条件,分析了弹性波在此类介质中的传播特征,并与高阶交错网格有限差分方法进行了对比.数值实验结果表明,该方法适用于各向异性介质中弹性波场模拟,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.     

基于多辛结构谱元法的保结构地震波场模拟

近年来构造高精度、高效且具有长时程跟踪能力的保结构算法已逐渐成为地震波模拟算法发展的重要方向之一. 本文基于谱元法(SEM)进行空间域离散结合新推导的三阶辛算法(NTSTO)进行时间域离散,构造了一种具有时-空保结构特性的新算法. 本文给出的多组数值试验对比结果表明,本算法无论在内存消耗、稳定性及计算耗时,还是长时程跟踪能力方面都有上佳的表现; 另外,本文给出的起伏地表多层介质模型的数值算例验证了该算法处理复杂几何形状和复杂介质时的有效性. 该多辛结构谱元法的发展将为长时程地震波传播的计算及模拟提供更为广泛而有效的选择.     

求解地震波方程的一类二阶优化辛格式

通过将地震波位移运动方程变换至Hamilton体系,引入广义动量和广义坐标,并定义系统动能和势能的Lie算子,构造了一类新的适用于高效长时间地震波模拟的二阶辛格式,同时将此格式用Baker-Campbell-Hausdorff(BCH)公式展开,基于截断误差原理极小得到了三组优化系数.在与常见辛格式对比中,从理论上和数值实验中分析了本文构造的这类优化二阶格式高精度高效率性;在与经典Newmark格式对比中,从长时间计算角度论证了本文格式具有长时间地震波计算能力;在非均匀介质地震波模拟中,本文格式与三阶辛格式得到了一致的地面合成地震记录和单道地震记录.     

Impacts of Weather Conditions Modified by Urban Expansion on Surface Ozone： Comparison between the Pearl River Delta and Yangtze River Delta Regions

In this paper, the online weather research and forecasting and chemistry (WRF-Chem) model is used to explore the impacts of urban expansion on regional weather conditions and its implication on surface ozone concentrations over the Pearl River Delta(PRD) and Yangtze River Delta(YRD) regions. Two scenarios of urban maps are used in the WRF-Chem to represent the early 1990s (pre-urbanization) and the current urban distribution in the PRD and the YRD. Month-long simulation results using the above land-use scenarios for March 2001 show that urbanization increases both the day- and night-time 2-m temperatures by about 0.6^oC and 1.4^oC, respectively. Daytime reduction in the wind speed by about 3.0 m s^-1 is larger than that for the nighttime (0.5 to 2 m s^-1). The daytime increase in the PBL height (> 200 m) is also larger than the nighttime (50--100 m). The meteorological conditions modified by urbanization lead to detectable ozone-concentration changes in the PRD and the YRD. Urbanization increases the nighttime surface-ozone concentrations by about 4.7%--8.5% and by about 2.9%--4.2% for the daytime. In addition to modifying individual meteorological variables, urbanization also enhances the convergence zones, especially in the PRD. More importantly, urbanization has different effects on the surface ozone for the PRD and the YRD, presumably due to their urbanization characteristics and geographical locations. Even though the PRD has a smaller increase in the surface temperature than the YRD, it has (a) weaker surface wind speed, (b) smaller increase in PBL heights, and (c) stronger convergence zones. The latter three factors outweighed the temperature increase and resulted in a larger ozone enhancement in the PRD than the YRD.     

多尺度空气质量模式系统及其验证Ⅱ.东亚地区对流层臭氧及其前体物模拟

利用一个多尺度空气质量模式系统对东亚地区2001年春季对流层臭氧及其前体物的输送与演变过程进行了模拟.为了检验模式系统模拟臭氧演变过程的能力,将模拟的臭氧浓度及其与之紧密相关的化学物种浓度,如OH自由基、HO2自由基、一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳、乙烷和乙烯,与TRACE-P期间两架飞机在西北太平洋上空获取的大量观测资料进行了比较.比较结果表明,模拟值的平均值与相应的观测值具有相当好的一致性,且绝大多数模拟值在相应观测值的2倍范围之内;模拟的化学物种浓度的时空分布与观测结果基本相符;模式系统对于非甲烷烃中不同化学物种的输送与转化过程的处理是基本合理的,反映了光化学生成和平流层输送等过程对对流层臭氧浓度分布的影响.     

边界层内大气排放物形成重污染背景解析

我国大气中的粒子浓度普遍较高,特别是可吸入颗粒物PM10.在区域特定的大气环境过程的影响下,能形成大范围的严重污染情景.利用大气环境过程的概念,分析引起大气重污染的中尺度天气系统、近地层小尺度局地系统和稳定的大气边界层结构,发现大范围均压场条件下易出现近地层小尺度局地环流群体,大范围均压场持续演变和移动常形成大气污染汇聚带,从而形成局地严重污染的重要大气条件.     

东亚地区春季黑碳气溶胶源排放及其浓度分布

本研究收集整理了东亚地区一个黑碳气溶胶的排放源,并利用一个三维化学输送模式系统模拟研究了东亚地区春季黑碳气溶胶的输送和演变过程.黑碳气溶胶浓度的模拟值与地面观测站和观测船获取的监测值相比,模拟值与监测值具有良好的一致性,这表明本研究收集整理的黑碳气溶胶的排放量及其分布是基本合理的,模式系统较好地反映了黑碳气溶浓度的时空分布和变化趋势,再现了许多观测到的重要特征.模拟结果表明,东亚地区春季间隙性的长距离输送对于西北太平洋海域的黑碳气溶胶浓度分布具有非常重要的影响.