北京地区太阳紫外辐射的观测与分析研究

利用北京地区太阳辐射和其它常规气象观测资料，得到了到达地面的太阳紫外辐射的计算公式，并将计算值与观测值进行了比较，两者吻合得比较好。最后给出了北京地区地面太阳紫外总辐射的变化趋势，计算结果表明，地面太阳紫外总辐射对大气浑浊度的变化比对大气臭氧总量的变化敏感得多。     

南京北郊大气垂直扩散参数特征的测量及其应用

利用平面照相法,以江苏南热发电有限责任公司#Q2号烟囱为研究对象,进行了500次拍摄,通过风向风速、云量、太阳高度角等气象数据,确定了不同稳定度下南京北郊大气扩散参数的特征。与P-G扩散曲线对比发现,在强不稳定A、弱不稳定C、中性D层结中,南京北郊的大气垂直扩散参数在距离排放源200 m范围内更不稳定,而在200—1000 m范围内更稳定。其中,不稳定B层结的扩散曲线与P-G扩散曲线一致,较稳定E、稳定F层结出现于白天的频率很低。对比垂直扩散参数幂函数表达式σ_z=γx~α的系数值γ和α,本研究中α值分别比国家标准增加了28. 6%(A层结)、56. 4%(C层结)、30. 4%(D层结),而B层结的α值却比国家标准减少了22. 9%。此外,通过高斯扩散公式计算得到SO_2和NO_X扩散到观测点的浓度,发现该计算值仅占气象楼污染气体监测平台实测SO_2和NO_X浓度的0. 82%和0. 69%。结合风场发现,SO_2和NO_X实测值受观测点东部工业污染物排放的叠加效应影响较大。其中,NO_X的实测值在受到偏东风和偏南风的影响时具有较大值,且在0. 5～1. 5 m·s~(-1)的较弱风速影响时,NO_X的实测值将达到60μg·m~(-3)以上。     

Ensemble retrieval of atmospheric temperature profiles from AIRS

ABSTRACT Satellite-based observations provide great opportunities for improving weather forecasting. Physical retrieval of atmo spheric profiles from satellite observations is sensitive to the uncertainty of the first guess and other factors. In order to improve the accuracy of the physical retrieval, an ensemble methodology was developed with an emphasis on perturbing the first guess. In the methodology, a normal probability density function （PDF） is used to select the optimal profile from the ensemble retrievals. The ensemble retrieval algorithm contains four steps： （1） regression retrieval for original first guess; （2） perturbation of the original first guess to generate new first guesses （ensemble first guesses）; （3） using the ensemble first guesses and nonlinear iterative physical retrieval to generate ensemble physical results; and （4） the final optimal profile is selected from the ensemble physical results by using PDE Temperature eigenvectors （EVs） were used to generate the pertur- bation and generate the ensemble first guess. Compared with the regular temperature profile retrievals from the Atmospheric InfraRed Sounder （AIRS）, the ensemble retrievals RMSE of temperature profiles selected by the PDF was reduced between 150 and 320 hPa and below 400 hPa, with a maximum improvement of 0.3 K at 400 hPa. The bias was also reduced in many layers, with a maximum improvement of 0.69 K at 460 hPa. The combined optimal （CombOpt） profile and a mean optimal （MeanOpt） profile of all ensemble physical results were improved below 150 hPa. The MeanOpt profile was better than the CombOpt profile, and was regarded as the final optimal （FinOpt） profile. This study lays the foundation for improving temperature retrievals from hyper-spectral infrared radiance measurements.     

大气平衡态的动力特征——Ⅰ:多平衡态的共面和非共面性质

本文设计了一个有地形、强迫源和摩擦耗散的球面正压低阶模型来研究大气平衡态的动力特征。在相空间中,存在各平衡态共存的非线性作用曲面、角动量平面和强迫耗散球面。多平衡态的共面特征反映着大气运动的全局行为。指出大气运动的非线性特征只为多平衡态的存在提供可能性,但不提供必然性。动能和位涡拟能的分析表明,不同平衡态处在不同的能级,具有不同的拟能态,在相空间上位于不同的能量球面上。了解各态间的动力差异有助于理解大气运动向定常态收敛和产生振荡的物理原因。这将在第Ⅱ部份深入讨论。     

大气红外窗区(10.5-11.5μm和11.5-12.5μm)辐射传输的敏感性试验

大气窗区卫星红外遥感的辐射资料可应用于地表温度的确定,但必须考虑大气影响。为此,本文利用辐射传输模式和中纬度及青藏高原模式大气,用数值模拟的方法研究了大气和地表状态(大气温、湿廓线、地表温度与高度)的改变对大气顶红外窗区射出辐射的影响以及射出辐射对发射方向(天顶角)依赖关系。主要结论见正文小结。     

二维对称不稳定的数值试验

设计了一个二维非静力数值模式,把线性和非线性对称不稳定作为一个初值问题进行数值研究,结果表明线性和非线性对称环流的演变特征及其结构有很大差异。     

木星大气探测综述

我国计划在2030年发射木星探测飞船,相关工程技术、科学目标论证的前期准备工作已经开始。为了更好地规划我国木星探测的科学目标,我们在本文系统地总结了美欧在过去几十年所进行的历次木星探测项目及其大气探测成果。到目前为止,已成功发射的有关木星的探测飞船共有9次,其中7次为飞越探测（飞船在飞越木星时顺带进行了木星的探测）,另外2次为专门探测（专门为了探测木星而发射的飞船）,分别为伽利略号和朱诺号飞船。这些飞船携带了大量的探测仪器,对木星大气的动力、物理和化学性质,磁层、电离层和内部结构等进行了综合探测。我们在本文中将主要集中在木星大气探测方面,对7次飞越探测做简要的介绍,对两次专门的探测进行详细介绍,并对一部分尚未解决的科学问题进行简单讨论。     

六盘山区夏秋季大气水汽和液态水特征初步分析

六盘山区是中国典型的农牧交错带和生态脆弱带,也是黄土高原重要的水源涵养地、生态保护区及国家级扶贫开发区。利用2017年6-11月隆德气象站地基多通道微波辐射计资料,结合同期平凉探空站及隆德地面降水等观测资料,分析了六盘山区夏秋季大气水汽、液态水变化特征。结果表明：六盘山区夏秋季在降水天气背景下,大气水汽含量和液态水含量均较高,分别为无降水天气背景下的1.4倍和7.0倍;降水天气背景下水汽在5000 m以下有明显的增加,且在此高度范围内的水汽密度随高度的递减率比无降水天气背景下明显偏小;各高度层的液态水相比无降水天气背景下均有明显增大,除6月外,主峰值均出现在0℃层高度层以下。六盘山区夏秋季各月中,6-9月。大气水汽含量高值区均出现在正午到傍晚时段,低值区均出现在日出前后;液态水含量在日出前、午后及傍晚分别出现峰值,最明显的峰值出现在午后。对一次对流性降水天气过程分析后发现,降水发生前40 min大气水汽含量和液态水含量出现两次明显的跃增,水汽向上输送不断加强,2500-7500 m高度的相对湿度明显增大。     

欧亚土壤湿度异常对北半球大气环流的显著影响

用44 a ERA40再分析资料的土壤湿度和大气环流变量场, 研究持续性的欧亚大陆土壤湿度异常对后期北半球大尺度大气环流的反馈作用。首先,运用经验正交函数分解去除ENSO遥相关及趋势影响后,分析了欧亚大陆中高纬度土壤湿度变率主要模态的季节变化特征,及相对应主分量时间序列显示的土壤湿度异常的衰减时间,结果表明土壤湿度异常的主要模态在全年都表现出很好的连续性。其次,对不同季节的连续3个月的月平均土壤湿度和500 hPa高度场进行滞后最大协方差分析,研究欧亚地区中高纬度土壤湿度异常与北半球大气环流异常之间的线性耦合。第一最大协方差模态的结果表明:全年的主导信号是大气强迫土壤湿度的变化,但在冬季和夏季,大气中类似于负位相北极涛动的环流型与之前月份(最长达4个月)土壤湿度的持续变化显著相关。最后,基于土壤湿度变率中心的回归分析也证实了秋季和春季欧亚土壤湿度,特别是北非副热带,欧亚内陆和西伯利亚地区的土壤湿度异常,分别与其后的冬季和夏季的大气环流显著相关。欧亚大陆土壤湿度异常超前大气环流的信号,将有助于改善冬季和夏季北半球季节气候预报能力。     

桂林城区大气能见度与颗粒物浓度和气象因子关系研究

利用2015年1月至2017年6月桂林国家基本气象站能见度、相对湿度、气温、气压、降水等气象要素和PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0颗粒物质量浓度资料,分析桂林城区大气能见度与颗粒物浓度和气象因子之间关系。结果表明：桂林城区大气能见度和PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0呈对数关系,相关系数分别为-0.341、-0.461、-0.509,颗粒物对大气能见度影响在相对湿度为60%—70%时最为显著。在各气象因子中,大气能见度与风速的相关性最好,其次为相对湿度,与风速呈二次函数关系,与相对湿度呈幂指数关系,与温度相关性较小,与气压在秋冬季节呈正相关,相关系数冬季可达0.301,但在春、夏季节相关性不显著;利用颗粒物浓度和气象要素建立8种大气能见度非线性统计回归模型,比较后发现利用PM_1.0、风速、相对湿度、气温等因子建立的不同季节大气能见度拟合公式在实际检验中效果最优,能较好地模拟桂林地区大气能见度的变化。