基于旋翼无人机观测的雾天和霾天VOCs垂直分布特征研究

为研究雾和霾天气下VOCs时空变化特征,于2020年11月19日—2021年1月15日在江苏省东海国家气象观测站进行为期58 d的外场观测试验。利用自主研发的多旋翼无人机捕获2次辐射雾和2次霾天气过程,获得气温、气压、相对湿度、风向、风速、VOCs、O₃等7种要素100多条垂直廓线。结果表明：时间上,霾过程夜间VOCs体积浓度(0.225～0.253 ppm(parts per million, 1 ppm=10^-6))明显高于白天(0.191～0.205 ppm),雾形成前体积浓度(0.121～0.239 ppm)显著高于雾过程(0.056～0.209 ppm)。雾过程中VOCs体积浓度与雾强度变化相反,雾层高度与VOCs体积浓度剧烈变化高度一致,雾层(<200 m)中VOCs体积浓度(0.172～0.178 ppm)明显减小,显著低于雾形成前(0.195～0.240 ppm),雾层以上浓度变化大,雾结束后1 h内保持雾过程中分布特点。雾对逆温层中的水溶性污染物有清除作用,VOCs体积浓度和O₃质量浓度均下降。     

复合体系有机气体氧化生成二次有机气溶胶研究进展

生物源与人为源有机气体氧化形成的二次有机气溶胶(SOA)对气候变化和人类健康具有重要影响。SOA的产生与其前体物研究已取得了一些进展,但由于有机气体之间存在复合相互作用以及SOA形成机制复杂,目前对不同有机气体混合体系中SOA的形成认知还比较匮乏。因此,深入了解有机气体多源、复杂的相互作用,摸清有机气体的大气氧化机制、SOA的形成及影响等对深入理解真实大气有机气体化学演变具有指导意义。本文旨在了解复合体系有机气体氧化生成SOA的相关研究进展。一方面总结了复合体系有机气体产生SOA质量浓度、产率、成分、挥发性、光学性质等的变化,侧重于实验室复合体系有机气体氧化对SOA形成的多重影响以及SOA组成元素、分子构成的变化特征,并总结了目前实验室基于模型对复合体系SOA生成的模拟研究和拟合情况;另一方面探究了环境因素,如相对湿度(RH)、温度(T)以及无机气体,如氮氧化物(NO_x)、二氧化硫(SO₂)、氨气(NH₃)等对复合体系有机气体形成SOA的影响。     

1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次年际尺度偶极子模态特征

基于观测和再分析资料,本文研究了近几十年来1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次年际变异主导模态特征及与其相联的大气背景场。结果表明,1980—2019年冬季(12月—次年2月)该地区阻塞高压频次年际变异的主导模态存在明显月际差异:12月表现为北大西洋东部-欧洲西部地区阻塞高压频次的显著同位相变化,1月为北大西洋东部-欧洲西部与乌拉尔山地区阻塞高压频次的具有显著的反位相变化即偶极子模态,2月则为北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次的显著同位相变化。进一步研究表明:1月北大西洋东部-乌拉尔山阻塞高压频次偶极子模态与同期局地纬向西风、纬向风垂直切变、经向位涡梯度等大气背景场异常偶极型变化相联系。当乌拉尔山地区关键大气背景场为负异常,而北大西洋东部-欧洲西部为正异常时,两个地区阻塞高压频次分别增加和减少,呈现偶极子模态;反之亦然。阻塞高压频次偶极子模态及相关的背景环流异常可通过调节水平温度平流、垂直运动和水汽输送等来影响1月欧亚北部气温和降水,以及它们的极端事件频次。当阻塞高压频次偶极子模态处于正位相时,乌拉尔山北部(南部)和欧洲南部增温(降温),极端暖、冷事件频次分别增加(减少)和减少(增加...     

华北近60年夏季降水年际异常与大气动力、水汽条件关系的研究

本文基于华北夏季降水数据、NCEP/NCAR再分析环流数据,采用了相关、合成和环流异常回归重构等方法,分析了东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数与华北夏季降水的关系。主要结果如下：1）东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数与华北夏季降水有很好的对应关系。当两个指数偏强时,华北夏季降水会异常偏多;两个指数偏弱,华北夏季降水异常偏少;如果两个指数强弱不一致时,华北会出现区域性降水偏多情况,但全区整体降水量基本为正常值。2）华北夏季降水异常是东亚副热带夏季风和华北大气动力上升运动协同作用的结果。在东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升指数偏强年,夏季500hPa层贝加尔湖槽会加深、西北太平洋副热带高压会偏北,华北处于“东高西低”的环流型控制下,西部低槽东移受阻,在华北维持较长时间的大气上升运动;850hPa层印度夏季风、东亚副热带夏季风会偏强,这时热带印度洋西风水汽输送以及东亚副热带地区偏南风水汽输送或东南风水汽输送会加强,华北水汽来源充足。这种高、低空环流配置非常有利于造成华北夏季降水异常偏多。反之,华北夏季降水会异常偏少。3）前期4—5月,东亚副热带夏季风指数、华北大气动力上升...     

高层大气密度的午夜极大值特征分析与建模

利用CHAMP (CHAllenging Minisatellite Payload)、GRACE-A (Gravity Recovery and Climate Experiment-A)、SWARM-C (The Earth''s Magnetic Field and Environment Explorers-C)等3颗极轨卫星的资料, 研究360—480km高层大气密度在低纬度区域的午夜极大值(Midnight Density Maximum, MDM)现象. MDM一般出现在23:00- 02:00 LT (Local Time)之间,峰值位置在低纬度15°以内,谷值位置在中纬度35°-45°附近,整体略偏向南半球,振幅约为平均密度的26%.随着高度增大以及太阳辐射水平的增强,MDM振幅呈减小趋势;冬至和夏至日附近的季节效应会减弱MDM振幅,在春秋分日的振幅最大.用3个主流大气模型DTM2000 (Drag Temperature Model 2000), NRLMSISE00 (US Naval Research Laboratory, Mass Spectrom-eter and Incoherent Scatter radar)和JB2008 (Jacchia- Bowman 2008 model)对MDM进行模拟,JB2008没有刻画出MDM现象;另两个模型低估了MDM效应,在360km和480km两个高度DTM2000模型的振幅仅为观测的46%和53%, NRLMSISE00模型仅为观测的33%和26%;模型没有准确刻画出MDM与高度、辐射水平和季节的关系.联合3颗卫星的资料,研究了-种基于地理纬度的6阶勒让德多项式,同时融合地方时和高度因素的经验函数,在振幅和相位上可以较好地刻画MDM特征,相关系数达到0.923,可为大气密度模型的修正提供借鉴,服务于低轨道航天器高精度轨道预报.     

基于中国大气反演系统的卫星CO2数据同化对全球碳收支的评估

卫星CO₂浓度观测可以对地表碳通量反演提供重要约束,尤其在地面观测覆盖不佳的区域.文章使用自主研发的中国大气反演系统,利用OCO-2(Orbiting Carbon Observatory-2)卫星CO₂柱浓度观测估算了2015～2019年全球CO₂源汇分布,并与其他五个先进反演系统的结果进行了对比.通过同化卫星CO₂观测,反演得到的全球净陆地碳汇(净生物群系生产力, net biome productivity, NBP)为(1.03±0.39)PgC a^-1,低于地面观测反演得到的结果(1.46～2.52PgC a^-1).文章估算的北半球陆地碳汇为1.30PgC a^-1,热带陆地为碳源,碳释放量为0.26PgC a^-1,结果与其他独立证据相符.相较之下,其他系统反演出的北半球陆地碳汇较强(1.44～2.78PgC a^-1),而对热带碳通量的估算存在较大分歧,估算范围为0.77～-1.26...     

大气中的有机氮化合物及其向海洋的沉降

近几年的研究表明,有机氮化合物是大气氮沉降的重要组成部分,对全球氮循环的贡献不可忽视。介绍了大气中有机氮化合物的组成、测定方法以及存在的问题,综述了大气有机氮化合物向海洋沉降的研究现状及其对海洋生态系统的影响,并探讨了未来的研究重点。     

大理不同云系降水中GPS可降水量的变化特征

通过对比中日合作JICA项目2010～2014年大理地基GPS反演的大气可降水量资料与同期降水数据,选取积状云、层状云和层积混合云产生的降水三类样本,分析了大气可降水量（Precipitable Water Vapor,PWV）在三类典型降水过程中的变化特征。结果表明：PWV在层状云降水前有持续大幅度增长,降水趋于结束阶段,出现持续下降。PWV在积状云降雨时有快速大幅跃升,强降水时段与PWV峰值出现时间基本一致。PWV在层积混合降水中,兼具层状云和积状云时的特征,且持续处于高位运行。PWV在上述三类性质降水中表现出的异常特征可为降水的短时临近预报预警提供参考。     

Precursory atmospheric teleconnection patterns for strong Siberian High events

本文利用日本55年逐日再分析资料,发现在SH异常增强前,有三种不同的大气遥相关型前兆信号,即斯堪的纳维亚(SCA)型,西太平洋(WP)型,极地-欧亚(POL)型.据此,本文将异常增强的SH分为对应的三类事件.合成结果表明,三类事件在典型环流特征和对东亚气温的影响上存在着明显的不同.具体而言,SCA类事件主要表现为在欧亚中高纬度上自西向东的波列异常,WP类事件表现为环流异常自下游太平洋/俄罗斯远东地区向西发展的特征,POL型事件的显著信号则来源于自极区向南移动的反气旋式环流异常.在对东亚地表气温的影响上,SCA类与POL类事件类似,它们均可造成大范围的低温异常.而WP类仅在我国北方和东部地区造成强度较弱的地表气温异常,但该异常的持续性特征较明显.     

热红外波段大气透过率和程辐射的估算方法

文中对M ONTRAN模型内嵌6种大气模式的主要特性差异进行分析,并以中纬度夏季大气模式为例,分析了主要参数(如水汽、臭氧以及气温等)对估算热红外波段大气透过率和程辐射的影响。论文最后对利用探空数据构造完整大气模式进行了研究。