基于中国全球海洋预报系统(CGOFS)的全球高分辨率再分析产品评估

通过同化系统将观测资料与海洋数值模式融合得到的海洋再分析产品为海洋科学研究提供了重要的资料基础.本文采用WOA,SODA,AVISO和GLORS四种数据资料与我国自主研发的中国全球海洋预报系统(CGOFS)的气候态结果进行了对比,结果表明:CGOFS和SODA的全球海表面温度与WOA的均方根误差分别为0.51和0.43℃.CGOFS和SODA的海表面盐度与WOA的均方根误差分别为0.48和0.40 PSU;海流方面,CGOFS能较好的刻画主要大洋环流分布及赤道潜流的垂向结构;CGOFS的全球海表面高度异常与AVISO的均方根误差为0.018m;多年月平均海冰外缘线覆盖面积介于SODA和GLORS之间,海冰体积的生消规律与SODA和GLORS一致.总体来看,CGOFS全球高分辨率海洋再分析产品的气候态结果与国际同类产品基本一致,可为提升我国海洋综合科技实力提供可靠的资料保障.     

风云三号D星的中分辨率光谱成像仪的轨道间数据融合技术

FY-3D极轨卫星搭载的中分辨率光谱成像仪MERSI载荷具有最高分辨率达250 M的可见光遥感图像,包含了丰富的植被、山区等地表信息。风云三号卫星对遥感应用监测等具有重要作用。但是作为极轨卫星,FY-3D每间隔102min覆盖一轨数据,由于每轨数据的卫星天顶角、太阳高度角等条件存在差异,再加上风云三号是星上实时定标,每条轨道也存在定标上的差异,因此在全球拼图时不同轨道反射率数据亮度差异明显,有很明显的缝隙,再加上云的移动和变化,因此不同轨道间的云数据也明显出现断层,从而影响整个MERSI-II全球数据的应用,尤其在植被监测、城市热岛监测的应用上更是影响精度。本文以风云三号D星业务系统的全球拼图浏览系统为工作平台,创新提出了基于一定优选算法,利用卫星天顶角进行轨道间数据融合的技术,设计和开发了相应的工程化模块,来消除轨道间数据差异,业务实践证明,该技术效果明显,可显著提高后续MERSI-II载荷的遥感产品应用。     

FY-4A资料在乌鲁木齐机场浓雾天气监测中的初步应用

利用FY-4A多通道扫描成像辐射计(AGRI)所生成的多通道图像及L2级卫星云产品数据,结合地面观测实况资料,对2019年1月25—26日和3月17—18日发生于乌鲁木齐国际机场的两次持续性浓雾天气进行分析,结果表明:对于浓雾的监测,白天综合使用通道3(BD_(0.83μm))、通道6(BD_(2.2μm))、通道8(BD_(3.725μm))和通道12(BD_(10.8μm))能很好地显示雾区范围、雾顶云结构、雾区温度等特征,且云图能很好地表现雾的消散。夜间可以结合BD_(10.8μm)和BD_(3.725μm)的差(以下简写为BTD_(10.8μm-3.725μm))和BD_(10.8μm)图像,用于识别夜间雾区,BTD_(10.8μm-3.725μm)通道亮温差越大说明雾的浓度越强。FY-4 A卫星云顶高度和云分类产品对雾的微物理特征结构反应更为细致,对于夜间大雾监测有较好的效果,能够弥补可见光通道1～通道3、短波红外通道(BD_(2.2μm))和中波红外通道(BD_(3.725μm))仅能在白天使用的不足。     

京津冀地区一次持续时间较长浮尘天气的分析

2017年5月3—4日京津冀地区出现了一次持续较长时间的浮尘天气,给京津冀地区的生产和生活带来了较大的影响.从气象条件方面分析了浮尘天气的成因及维持机制,并使用气象、环境观测、激光雷达探测、后向轨迹模式产品等分析了此次浮尘天气的观测事实.结果表明,此次过程是在蒙古气旋强烈发展东移的过程中,经过蒙古国中部、甘肃、内蒙中西...     

三种方法确定济南夏季日最大边界层高度的对比研究

基于济南站边界层风廓线雷达（wind profile radar,WPR）观测的大气折射率结构常数（Cn2）,采用偏离度法确定夏季白天边界层高度（HBL）,分别与基于L波段雷达探空资料的干绝热曲线法、基于地面气象观测资料的国标法确定的HBL进行对比。结果表明：1）三种方法确定的25 d日最大HBL的平均值分别为2 500.0 m、2 529.1 m、2 469.9 m,总体一致;25 d同日期比较,偏离度法与后两者的标准偏差（σ）分别为337.1 m、636.7 m;前两方法结果的相关系数（R）较高为0.668,但两者与国标法的R分别为-0.130、-0.064,证实国标法HBL的均值准确度尚可但实时值准确度低。2）偏离度法确定的日最大HBL出现时间,25 d平均和最多均在15时,逐小时HBL07—15时呈缓慢增高态势、15—19时则快速降低;但国标法日最大HBL25 d平均和最多均出现在16时,且HBL在午后13—15时出现坍塌现象,与对流边界层午后峰值规律显著不同。3）前两种方法的HBL与地表温度、气温的相关性均较好,与风速的相关性则较差;而国标法HBL与风速的相关性较好,与地表温度、气温的相关性则较差;偏离度法日最大HBL对最高气温、最高地表温度的平均响应时间分别为1、2 h左右,符合太阳辐射—地表温度—气温—HBL的响应关系和次序,但国标法的日最大HBL未能反映这一响应。4）偏离度法HBL与各污染物的逐小时质量浓度均呈显著负相关,但国标法HBL的相关性较差。5）三种方法综合对比,偏离度法HBL准确度较高,且能给出时空演变;干绝热曲线法HBL准确度较高,但不能给出时空演变;国标法实时HBL准确度低,虽能给出时空演变但午后峰值偏差大。     

成都一次重污染过程的气溶胶光学特性垂直分布

利用微脉冲激光雷达观测数据、PM_(2.5)浓度数据、地面气象观测资料和探空数据对成都2017年1月1—6日连续出现的重污染过程进行分析研究。结果表明:激光雷达反演的消光系数演变与PM_(2.5)浓度值变化对应一致,PM_(2.5)浓度升高,近地面消光系数增大;反之,则近地面消光系数减小。对于此次过程,在无冷空气影响时,混合层高度和相对湿度的日变化对消光系数廓线有明显影响,混合层高度降低,大气环境容量减小,相对湿度增加,气溶胶吸湿增长,消光系数增大,地面污染加重。天空状况对气溶胶垂直分布影响显著,晴天或多云天气,早晨强逆温使得水汽和大量气溶胶集中在逆温层顶以下区域,地面污染严重;中午混合层发展,使得混合层内的气溶胶均匀混合,气溶胶层变厚,近地面消光系数显著减小,地面污染减轻。在前一日为晴天或多云天气,当天为阴天时,早上气溶胶明显分为两层,一层在近地面,另一层在残留层顶附近;中午由于垂直湍流增强,一部分残留层气溶胶向下混合至混合层内,使得混合层内的气溶胶粒子增多,地面污染加重,消光系数明显增加。近地面强逆温层、混合层高度降低、残留层气溶胶向下混合、相对湿度增加均是导致地面污染加重的原因。     

北京地区日最大边界层高度的气候统计特征

使用北京气象站探空观测数据和地面气温观测数据,以干绝热曲线法估算1984~2013年逐日最大边界层高度,同时计算对应的边界层平均风速和通风量。统计分析这3个边界层参量的平均特征,并利用2001~2012年的空气污染指数(API),探讨大气污染与边界层参量的关系。结果表明:(1)日最大边界层高度的30年月均值以春季和夏初(3~6月)最高,约1600 m;夏季和秋初(7~10月)次之,约1300 m;冬季(11月、12月和1月)最低,约1000~1200 m。(2)夏季,日最大边界层高度不同数值的频率大致为对称分布,峰值处于1000~1600 m范围;秋、冬季,频率分布系统性地向低值一方偏斜,600~800 m的出现频率大大增加;春季边界层高度的变化极大。(3)各季边界层平均风速以夏季为最小。(4)一年中春季通风量最大,秋季次之,冬季较低,夏季最小。(5)秋、冬季,北京中度和重污染个例(API200)集中分布于弱风、低边界层和小通风量条件,反映污染物局地累积的作用;春季污染个例半数以上以高风速、高通风量为特征,反映沙尘类外部输入性污染的作用。     

棉花覆盖度特征及与其他生长参数关系分析

利用安装在新疆乌兰乌苏农业气象试验站的作物生长自动监测系统2011—2012年拍摄的棉花生育期图像,采用现代图像处理技术进行阈值分割,自动获取棉花作物覆盖度(Ccp)数据,经对自动监测系统获取的Ccp值与棉花人工观测的叶面积指数(LAI)、植株高度之间关系进行分析,建立棉花Ccp与LAI、植株高度之间的关系模型。使用建立的关系模型,由自动监测系统获取的Ccp数据,反演2012年棉花的LAI和植株高度,并与人工观测结果进行对比。结果表明:应用棉花Ccp数据反演的LAI与人工实测结果具有较高的相关性和反演精度,说明通过自动观测棉花Ccp的方式进行LAI反演的方法是可行的;Ccp与株高的关系模型虽相关性高,但反演的株高精度较低,仍需进一步探索。     

淮河流域混合云频率、云高和含水量的毫米波云雷达资料分析

本文选用2007年1月—2010年2月的Cloud Sat卫星94 GHz探测资料(2B-GEOPROF)对淮河流域混合云出现频率、云高以及含水量分布规律进行了研究。研究结果表明:(1)混合云出现频率和云高具有显著的季节性变化特征,均表现为夏季值高、冬季低;(2)Cloud Sat 2B-CWC-RO反演产品在假设混合云冰水混合比与云内温度(-20~0℃)成线性关系条件下反演的液态水含量(LWP)与地面观测值相差较大,本文利用冰水混合比与云内温度成指数函数关系反演的LWP更接近地面观测值;(3)反演的LWP具有明显的季节分布特征,其季节平均值夏秋季高、春冬季低。混合云随着LWP值的增加,其对应的雷达反照率因子范围和出现的高度层越来越集中,混合云在对流层中下层的出现频率随LWP的增加而增多,出现频率高值区及其分布的高度层也具有明显的季节性特征,并与混合云零度层高度有密切关系。     

2015年11月京津冀持续重污染过程模拟研究

2015年11月,京津冀地区发生了覆盖面积较广、持续时间较长、强度较强的严重污染过程。本文利用WRF中尺度模拟结果,结合常规气象观测资料分析了在这次持续性严重污染过程中气象条件所起到的作用。结果表明,在此次严重污染过程中,混合层高度较10a平均下降了约50%,大大压缩了污染物的垂直扩散空间,另外较弱的低层风也不利于污染物的水平扩散;通风量持续偏低导致污染物大量堆积。在整个过程中,本地区主导风向为偏东风,其次为偏南风,且偏南风的频率为近10a来最高。三面环山的特殊地形以及偏东气流污染物输送带和西南输送带的形成使得大量外来污染物被输送到本地;近地面湿度较高使得能见度降低,污染物浓度快速上升,加剧了污染状况。