一种利用天空辐射计反演大气总水汽量的算法研究

传统计算大气总水汽量是利用改进的Langley方法,通过准确测定传感器的光谱响应函数结合辐射传输方程模拟大气中水汽透射比并反演总水汽量。而本文提出了一种根据天空辐射计940 nm通道的太阳直接辐射资料反演晴空条件下大气柱总水汽量的算法,该算法直接根据天空辐射计的观测数据估算了描述大气中水汽透射比的参数(a和b),而不依赖于光谱响应函数的精确测量;反演得到的a和b值包含了观测站温度、气压和湿度垂直廓线的季节变化等信息,不受模式模拟误差的影响。利用2009年3-8月兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)天空辐射计资料,用该算法获得了观测时期内大气总水汽量,然后利用同期探空资料反演的水汽量验证天空辐射计反演和微波辐射仪观测的水汽量。结果表明,这两种方法得到的水汽总量都是可靠的。天空辐射计与微波辐射仪、CE318型太阳光度计的反演水汽量表现出较好的一致性,拟合斜率值分别为1.03和1.64,相关系数均0.95,相对误差在2.1%~11.3%范围内。该算法可广泛应用于东亚地区天空辐射计网(SKYNET)对总水汽量的反演。     

河西走廊干旱区气溶胶粒子光吸收特征

利用2008年4-6月在张掖气候观象台的黑碳仪观测资料,结合同时期的PM10浓度和气象要素观测结果,分析了河西走廊干旱区的气溶胶吸收系数变化特征。讨论了气溶胶总体特征、日变化特征、局地风对吸收性气溶胶的输送以及沙尘天气下气溶胶吸收系数变化特征,并估算了沙尘气溶胶的质量吸收系数。结果表明,观测期间气溶胶吸收系数（532 nm）的平均值（标准差）为11.9 Mm-1（10.1 Mm-1）。一日内气溶胶吸收系数有明显的日变化,早（08:00）晚（21:00）有两个峰值,且夜间的气溶胶吸收系数值较白天要高。风向的昼夜转换是影响气溶胶吸收系数日变化的一个重要原因。沙尘气溶胶也有一定的吸收性,其质量吸收系数估算为0.016 m2·g-1。     

黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度变化特征的初步分析

利用"兰州大学半干旱气候与环境观测站"2006年8月至2007年4月的CE-318全自动跟踪太阳光度计观测资料,分析了黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度(AOD)的变化特征。结果表明,黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度谱基本满足Angstrom关系;在可见光和近红外波段,随着波长的增大,气溶胶光学厚度是减小的;黄土高原半干旱地区AOD日变化类型主要有单峰型、稳定型、上升型3种。逐日变化特征显示,降水对气溶胶粒子具有明显的湿清除作用,霾的出现导致AOD明显增大;AOD日均值主要集中在0.1~0.4之间,日极大值在08~11时(北京时,下同)出现的频率最多,日极小值在12~13时、14~17时出现的频率最多。气象条件对AOD有明显的影响,在南风情况下AOD大,东风情况下AOD小,霾与晴天相比,AOD明显增大;对同一波段,风向差别引起的AOD的差异较晴天与霾相比引起的AOD的差异要小。     

半干旱地区黑碳气溶胶特征初步分析

黑碳气溶胶(BC)是大气气溶胶中的重要成分,在可见光和红外光都具有强烈吸收作用,对局地和全球气候有重要的影响。利用兰州大学半干旱气候环境观测站(SACOL)历时近一年的观测资料结合常规气象资料对我国半干旱地区的BC浓度特征进行研究。结果表明,该地区全年平均BC浓度为1797.3ng·m-3,低于我国城市地区;测站BC浓度日变化趋势呈双峰特征,日最高浓度多出现在第一个波峰,第二个波峰的浓度值较小且峰型不如前者明显;降水可以有效地清除大气中16%～40%的BC。     

半干旱地区气溶胶散射和吸收特性的观测研究

利用兰州大学半干旱气候和环境观测站SACOL（Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University）2007年11月1日-2008年10月31日AE-31黑碳仪和2007年8月1日-2008年7月31日M9003积分浊度仪的连续观测资料,对该地区气溶胶散射和吸收特性的变化特征进行了分析。结果表明,该地区气溶胶年平均散射系数为158.86M.m-1,吸收系数为14.11M.m-1,520nm单次散射比为0.83;散射系数和吸收系数的年变化呈单峰型,峰值分别出现在12月和11月;采暖期内日变化呈双峰型,非采暖期内近似表现为单峰型。在沙尘天气条件下,散射系数和吸收系数分别增大了103.8%和88.5%。结合同期APS-3321粒子谱仪的相关观测资料分析得出,无论是粒子数浓度还是质量浓度,与散射系数和吸收系数的相关系数均在0.8以上。     

黄土高原半干旱草地近地层湍流温湿特征及总体输送系数

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(简称SACOL站)2008年夏季晴天近地层湍流观测资料,分析了SACOL站近地层湍流温、湿统计特征,确定了大气动力学和热力学粗糙度长度,讨论了总体输送系数随大气稳定度的变化规律。结果表明,大气层结不稳定条件下,无量纲温度和比湿脉动方差与稳定度Z/L之间均满足-1/3次规律;大气层结稳定条件下,温湿脉动方差总体趋势是随大气稳定度增加而减小。水汽通量全天大于零,最大值为0.063 g·m-2·s-1,地表日平均蒸发量为1.9 mm。中性条件下,黄土高原半干旱草地动力学粗糙度长度为6.6×10-3m,热力学粗糙度为1.85×10-5m。大气层结不稳定条件下,CD平均值为4.4×10-3,CH平均值为3.9×10-3;中性条件下,CD和CH平均值分别为4.2×10-3和2.8×10-3;层结稳定条件下,CD平均值为3.1×10-3,CH平均值为2.1×10-3,表明总体输送系数随稳定度的增大而减小。