基于北斗/GNSS的中国-中南半岛地区大气水汽气候特征及同降水的相关分析

本文采用统一的处理模型和处理策略对中国-中南半岛地区地基北斗/GNSS测站2006—2016年历史观测数据进行高精度重处理和水汽反演,获得近10年的大气可降水含量（PWV）产品。基于北斗/GNSS PWV产品,研究了该地区大气水汽平均含量、年周期振幅和半年周期振幅等气候特征,发现这些特征主要受到了测站纬度、高程以及季风的影响。通过分析PWV同并址气象站降水观测的关联特性,揭示了该地区大气水汽含量同降水相关性随测站纬度减小而降低的特点（在云南相关系数可达0.8,在靠近赤道的泰国南部相关系数约为0.2）。此外,PWV和降水的距平值相关分析表明,相比于历史同期,大气水汽含量较高的月份在一定程度上对应着降水异常偏高,两者相关系数为0.2~0.4。     

东亚地区区域气候模拟的研究进展

由于大气环流模式对东亚地区区域气候特征的模拟存在很大不足,采用区域气候模式模拟该地区特殊的季风气候成为目前发展的一个重要研究方向,并取得了显著的研究进展。通过回顾当前东亚地区区域气候模拟的现状,表明大部分区域气候模式都不同程度地模拟出了东亚季风区持续性洪涝现象的大尺度环流特征和演变过程,再现了东亚各主要气候区降水的年际、季节和季节内变化及主要雨带的季节进退和降水的时空演变特征。但是,大部分模式没能很好地模拟出大尺度特征的强度和量值,模拟的温度和降水存在系统性偏差。原因分析表明,进一步完善和改进区域气候模式的物理过程参数化方案及动力框架可以改善模拟效果。最后对区域气候模式未来的发展给出展望。     

1961—2010年北疆地区极端气候事件变化

本文利用1961—2010年北疆地区20个气象台站的逐日降水量、最高气温、最低气温及平均气温资料,采用国际气候诊断与指数小组(ETCDDMI)所提供极端降水和气温事件的各种指标,对极端气候事件时空变化规律进行分析。结果表明:近50年,北疆地区极端降水和气温事件有显著的增加趋势;在北疆不同气候区极端降水指标变化趋势表现不同,其中准噶尔盆地地区增长趋势最慢;冷夜(日) 指数呈现下降趋势,为-4.05 d/10a(-1.51 d/10a),暖夜(日)指数呈现增加趋势,为4.36 d/10a (1.64 d/10a)。线性趋势分析发现,在20世纪80年代后极端降水事件有明显的增加趋势;应用M-K检测年最高气温和年最低气温,发现大多数站点在20世纪80年代后年最高气温和年最低气温也呈现显著增加。这表明在20世纪80年代后,北疆地区的极端气候事件增加趋势更加显著。     

1998-2012年青藏高原TRMM 3B43降水数据的校准

运用1998-2012年青藏高原的TRMM 3B43降水数据以及气象台站实测降水数据,对比分析了青藏高原地区TRMM 3B43降水数据偏差分布规律。结果表明:(1) TRMM 3B43降水数据在青藏高原地区存在明显误差,特别是降水量大的地区和月份,偏差量较大。(2)青藏高原地区TRMM 3B43降水数据偏差分布与海拔、经纬度、降水量存在密切的关系。用偏差分布规律,加法修正法结合随机森林算法对青藏高原地区TRMM 3B43降水数据进行了校准。经过校准之后,数据精度得到显著提高,有效增加了数据的可用性,多年月平均数据决定系数R²最大可达到0.9(3、10月),最小也接近于0.5(12月),效率系数E均为正值,最大可达到90(3、10月);多年季平均和多年平均降水数据中除了第一季度结果稍差外(决定系数R²为0.58),其余数据校准效果均较好。     

大气加权平均温度建模及其在GPS／PWV中的应用

大气加权平均温度的准确获取对高精度的GPS水汽反演至关重要。文中基于线性回归理论,在分析加权平均温度与地面温度间相关性的基础上,采用一元线性拟合的方法,建立大气加权平均温度经验模型。最后,采用香港地区2006-2015年无线电探空资料对经验模型进行验证。实验结果表明,文中模型计算加权平均温度的整体均方根误差为2.356 K,较Bevis模型精度提高了41.94％,且季节变化对加权平均温度计算的影响并不明显;对于GPS水汽反演,采用本文经验模型反演水汽的均方根误差为1.807 mm,平均偏差为1.362 mm,能够满足GPS可降水量反演的精度,且优于Bevis模型。      

应用纤维素示踪北京市PM2.5天然植被排放来源的研究

大气细粒子(PM_2.5)污染是全球尤其是我国许多城市的重要环境问题。利用示踪物质识别和估算大气颗粒物来源是公认的可靠技术,纤维素可以作为示踪物质表征一次颗粒物的天然植被排放来源。本文针对大气细粒子中纤维素含量低、全程序空白相对较高等难点,优化建立了纤维素酶水解、GOD-苯酚-四氨基安替比林测糖法,在我国首次应用于测定大气PM_2.5中纤维素的含量,估算天然植被排放源的贡献。方法检出限为0.26 μg/m³(纤维素),可以满足大气PM_2.5纤维素测定要求;而且有效地降低了空白,全程序空白值(36.5 μg葡萄糖)低于文献方法空白值(53.8 μg葡萄糖),使之更适合于PM_2.5的测定。使用本方法对2012年5月至6月采集的北京市大气PM_2.5样品进行分析,纤维素检出率为96%,纤维素的平均含量为(0.573±0.17) μg/m³,折合为天然植被排放量占PM_2.5质量浓度的1.37%±0.65%;天然植被排放源对有机碳的平均贡献率为4.4%,最大达到9.2%,反映出天然植被排放是北京市PM_2.5的重要来源之 一。本研究方法为我国城市大气颗粒物(包括总悬浮颗粒物、PM₁₀、PM_2.5等)来源识别提供了新的手段。     

碳酸酐酶对碳酸盐岩溶解的催化作用及其在大气CO2沉降中的意义

CO2向H+和HCO3-的转换是一相对慢速过程.因此,其动力学可能决定碳酸盐岩的溶解速率.在灰岩和白云岩的溶解实验中,使用了自然界普遍存在的碳酸酐酶(CA)来催化这一CO2转换反应,结果发现,对灰岩而言,加入CA后,其溶解速率在高CO2分压时可增加10倍,而对白云岩,其溶解速率增加主要在低CO2分压时,可达3倍左右.这一发现表明,化学风化(包括碳酸盐岩溶解和硅酸盐风化)作用在大气CO2沉降和全球碳循环里的所谓丢失的汇中的重要性需要重新评价.毫无疑问,已往的研究由于未认识到CA在风化中的催化作用,因此低估了风化作用的速率,同样也低估了风化作用对大气CO2沉降的贡献.另一方面,也表明了研究自然界不同水体中CA分布及其活度和CA在自然界风化作用中的作用的必要性.     

黄河中下游地区降水变化的周期分析

根据利用清代雨雪档案重建的黄河中下游及其4 个子区域1736~2000 年的逐年降水序列, 采用小波变换方法, 分析了该区降水变化的周期特征, 探讨了影响降水周期变化的可能 驱动因子。结果表明: 黄河中下游地区的降水, 具有2~4 年、准22 年及70~80 年等年际与年代际的振荡周期。其中, 2~4 年周期与El Nino 事件关联, 在El Nino事件发生的当年或第二年, 黄河中下游地区的降水比常年偏少; 而准22 年及70~80 年的周期, 与wolf 太阳黑子相对数的周期变化及太平洋年代际振荡(PDO) 信号有关。但在70~80 年的周期尺度上, 太阳活动与降水变化的对应关系在1830 年以前表现为太阳活动偏强(弱) 时, 降水偏少(多); 1830 年以后, 太阳活动的周期演变为80~100 年的更长周期, 因这一阶段可能受到由于人类活动加 强而致的温室气体浓度升高等因素的干扰, 太阳活动与降水之间的关系明显减弱; 而PDO 与降水的对应关系则表现在全时域上, 且在近100 多年, PDO 与降水之间的相关关系逐渐加强, 特别是在1940s 以后达到最大。     

极光粒子沉降研究:谱形式及其在极区大气中的传输

分析了近年来南极地区极光沉降粒子的卫星、火箭、地面观测和研究结果,分别给出了极光椭圆区、极盖区、南大西洋异常区和极尖／极隙区粒子沉降的形式来源和特点。并根据磁尾研究的新进展,提出极光粒子沉降谱存在另外两种形式谱：（１）κ分布谱;（２）κ分布加上一个或多个脉冲谱,这两种谱来源于磁尾中性片区（绝热区非绝热区）。南极不同的区域,极光粒子有不同的沉降特点。这些沉降对极区电离层产生极大的影响。根据带电粒子在磁化大气中运动的Ｆｏｋｋｅｒ Ｐｌａｎｋ 方程,利用带电粒子在大气中传输的电离理论,导出极光粒子谱在极区大气中传播的解析表达式,对各种极光粒子谱在极区中的演化规律加以分析,并以此来解释在南极地区探测到的不同高度的极光电子谱的演化     

沙尘气溶胶对直接太阳辐射的衰减研究

基于在腾格里沙漠东南端进行的太阳辐射与气象要素观测,探讨晴空无云时沙尘气溶胶对直接太阳辐射的衰减;并利用太阳辐射观测资料,给出沙漠边缘垂直上空的大气混浊度的变化。根据4月份至9月份的观测资料,只选取天空无云(可测的太阳辐射)的气象条件,研究沙尘气溶胶造成的直接太阳辐射的衰减。结果表明,在晴好天气约为47.0%~2.6%,平均衰减约为16.9%;在沙尘天气约为90%~10%,平均衰减约为38%;沙尘天气气溶胶对太阳辐射衰减变化较大。大气混浊度(atmospheric turbidity:τ_a)在晴好天气下约为0.048~0.631,平均约为0.260;沙尘天气约为0.177~2.475,平均约为0.741。