CMIP5模式对太阳活动准11年周期激发类拉尼娜型海温的评估

利用24个第五次耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,CMIP5)历史试验资料,本文评估了在太阳年代际尺度准11 a周期变化下能否激发出热带太平洋显著的类拉尼娜型海表温度异常的模拟能力。再分析资料分析结果表明,“自下而上”机制解释了在太阳强迫偏强的年份,热带太平洋更容易呈现出显著的类拉尼娜型海温异常。CMIP5模式的评估结果显示,有2/5的模式可以基本再现再分析资料中太阳强迫影响下的热带东太平洋海温负异常,这些模式分为类拉尼娜组;而另有3/5的模式模拟出了相反的信号,分为类厄尔尼诺组。为了进一步探讨CMIP5模式模拟能力不同的原因,本文分析了“自下而上”机制在模式中的表现。“自下而上”机制可分为蒸发过程和海洋恒温(thermostat)过程。结果表明,模式能否模拟出类拉尼娜型海温响应取决于thermostat过程的强弱,其中类拉尼娜组的thermostat过程更强;而蒸发过程没有起到关键作用。     

Cloud cover classification through simultaneous ground-based measurements of solar and infrared radiation

Simultaneous measurements of downwelling short-wave solar irradiance and incoming total radiation flux were performed at the Reeves Nevè glacier station (1200 m MSL) in Antarctica on 41 days from late November 1994 to early January 1995, employing the upward sensors of an albedometer and a pyrradiometer. The downwelling short-wave radiation measurements were analysed following the Duchon and O'Malley [J. Appl. Meteorol. 38 (1999) 132] procedure for classifying clouds, using the 50-min running mean values of standard deviation and the ratio of scaled observed to scaled clear-sky irradiance. Comparing these measurements with the Duchon and O'Malley rectangular boundaries and the local human observations of clouds collected on 17 days of the campaign, we found that the Duchon and O'Malley classification method obtained a success rate of 93% for cirrus and only 25% for cumulus. New decision criteria were established for some polar cloud classes providing success rates of 94% for cirrus, 67% for cirrostratus and altostratus, and 33% for cumulus and altocumulus.The ratios of the downwelling short-wave irradiance measured for cloudy-sky conditions to that calculated for clear-sky conditions were analysed in terms of the Kasten and Czeplak [Sol. Energy 24 (1980) 177] formula together with simultaneous human observations of cloudiness, to determine the empirical relationship curves providing reliable estimates of cloudiness for each of the three above-mentioned cloud classes. Using these cloudiness estimates, the downwelling long-wave radiation measurements (obtained as differences between the downward fluxes of total and short-wave radiation) were examined to evaluate the downwelling long-wave radiation flux normalised to totally overcast sky conditions. Calculations of the long-wave radiation flux were performed with the MODTRAN 3.7 code [Kneizys, F.X., Abreu, L.W., Anderson, G.P., Chetwynd, J.H., Shettle, E.P., Berk, A., Bernstein, L.S., Robertson, D.C., Acharya, P., Rothman, L.S., Selby, J.E.A., Gallery, W.O., Clough, S.A., 1996. In: Abreu, L.W., Anderson, G.P. (Eds.), The MODTRAN 2/3 Report and LOWTRAN 7 MODEL. Contract F19628-91-C.0132, Phillips Laboratory, Geophysics Directorate, PL/GPOS, Hanscom AFB, MA, 261 pp.] for both clear-sky and cloudy-sky conditions, considering various cloud types characterised by different cloud base altitudes and vertical thicknesses. From these evaluations, best-fit curves of the downwelling long-wave radiation flux were defined as a function of the cloud base height for the three polar cloud classes. Using these relationship curves, average estimates of the cloud base height were obtained from the three corresponding sub-sets of long-wave radiation measurements. The relative frequency histograms of the cloud base height defined by examining these three sub-sets were found to present median values of 4.7, 1.7 and 3.6 km for cirrus, cirrostratus/altostratus and cumulus/altocumulus, respectively, while median values of 6.5, 1.8 and 2.9 km were correspondingly determined by analysing only the measurements taken together with simultaneous cloud observations.     

气溶胶对陆生植物生长的影响研究进展

陆生植物生长过程受太阳辐射、热量、水分、土壤等多重因素的影响,气溶胶粒子通过对太阳辐射的散射和吸收,并作为云凝结核和冰核,改变云的物理特性及生命期对上述环境因子产生影响,进而影响植物的生长。气溶胶的直接影响主要表现为气溶胶覆盖植物叶片,影响植物的呼吸作用、气孔导度及对阳光的利用率等;间接影响主要表现在气溶胶可降低入射太阳辐射量并降低光合作用及净初级生产力,但同时又会增加散射辐射量,增加植物可利用光合有效辐射,产生相互矛盾的结果;气溶胶还通过影响降水和气温,进一步影响植物对光、水、热的利用等方面。气溶胶对植物的生长影响以间接影响为主,直接影响较少。其次,各种大气气溶胶对植物的伤害作用超过大气气溶胶对植物生长促进作用。在人为气溶胶中,硫酸盐、黑碳及粉尘对植物生长以抑制作用为主,而氮化物中氮沉降既可以促进植物生长,含氮气溶胶形成的酸雨及光化学烟雾又会抑制植物生长。自然气溶胶中,火山气溶胶对植物生长产生的影响差异较大,沙尘总体对植物产生不利影响,而生物气溶胶及宇宙尘埃的影响研究还较少。     

陕西太阳总辐射的计算及分布特征

文章利用了陕西省延安、西安、安康三站逐月太阳总辐射和98站的1971-2005年月日照百分率资料,建立回归分析方程,推算并分析了全省各地逐月的太阳总辐射分布,进而分析了陕西月、季、年太阳总辐射的空间分布特征为陕北5月或6月最大,关中和陕南7月份最大,并指出了省内太阳能资源的富集区,在陕北长城沿线,渭北高原次之;为陕西省太阳能资源的开发利用及太阳辐射对陕西省气候影响的研究提供了科学依据.     

利用太阳法提高新一代天气雷达探测精度

针对一些型号新一代天气雷达普遍存在太阳法天线波束指向检测成功率低、精度差,而且没有天线波束宽度、雷达接收系统全链路回波强度测量误差检测功能等问题,采取5个方面改进措施:(1)改进算法;(2)改进数据质控方法;(3)改进天线控制方式;(4)改进太阳位置搜索方式;(5)降低天线转速并提高采集分辨率。实际测试评估表明:改进后的太阳法天线波束指向检测明显提高了天线波束指向精度,解决了太阳法天线波束指向检测可靠性差、成功率低的问题;现场太阳法天线波束宽度测量可靠性高,测量精度可以满足回波强度定标要求;雷达接收系统全链路回波强度测量误差检测功能能够发现雷达回波强度定标中无法发现与天馈参数有关的回波强度测量误差偏大问题。     

乌梁素海湖冰晴天反照率日变化特征的统计模型比较和分析

乌梁素海湖冰晴天反照率日变化具有双峰特征,利用当地太阳高度角同经纬度和儒历的关系,归一化到北京时,依此表达湖冰反照率日变化规律.基于具有指数函数形式的拉普拉斯、高斯、耿贝尔和柯西4种概率密度分布函数建立线性组合模型,对日出后到日落前太阳高度角大于5°时段内的反照率日变化数据进行拟合,发现拉普拉斯密度分布函数组合是最佳统计模型.它既能拟合太阳高度角大于5°时间范围内反照率日变化曲线的双峰特征,又能反映太阳高度角大于15°时间范围内反照率日变化曲线双峰之间的U型分布.该模型不仅形式简单,而且意义明确：尺度参数约为日长的一半,双峰位置与日出时刻关系密切;同时能体现2个反照率峰值的不对称性.为发展不同地区湖冰反照率日变化参数化方案奠定基础.     

起伏地形下黄河流域太阳散射辐射分布式模拟研究

针对天文、大气、宏观地理与局地地形等因子对起伏地形下太阳散射辐射的复杂作用,将影响起伏地形下太阳散射辐射的天空因素与地面因素分开处理.通过基于数字高程模型（DEM）数据的起伏地形下天文辐射模型和地形开阔度模型,综合考虑地面因素对散射辐射的影响;基于常规地面气象站观测资料建立的水平面散射辐射模型考虑天空因素对散射辐射的影响;依据各向异性散射机理,建立了起伏地形下太阳散射辐射分布式计算模型,探索出一条利用DEM数据和常规气象观测资料实现山区太阳散射辐射定量模拟的技术路线.以1 km×1 km分辨率的DEM数据作为地形的综合反映,实现了起伏地形下黄河流域1 km×1 km分辨率的太阳散射辐射分布式模拟.     

清洁地区气象因子与地面O3关系的初步研究

文章分析了地面O3和不同气象因子之间的关系。资料取自1991年8～11月在浙江临安本底站进行的中美大气化学联合考察。结果表明总辐射强弱是决定地面O3浓度的关键因子之一。     

天津太阳总辐射资料的均一性分析

采用天津地区1959~2012年太阳总辐射年、月总量资料、日照百分率及其台站元数据,通过惩罚最大t检验和顺序算法对太阳总辐射资料的均一性进行了检验。结果表明:辐射观测仪器的变更造成了太阳总辐射序列产生不连续,突变年代主要发生在1968年、1972年、1990年3次仪器变更年份或其附近年份,而迁站没有造成显著影响。同时,顺序算法检验发现,天津地区太阳总辐射序列在20世纪80年代初(1983年前后)出现了趋势减少的渐变,并且在月总量序列的检验中,仪器变更的非均一性影响也体现在其中。因此,在太阳辐射的研究工作中,尊重原始观测数据的同时,还要充分考虑数据的均一性,剔除非均一性因素,以此确保气候变化分析结果的相对真实。     

基于ArcGIS的中温带不同天气类型点太阳辐射分析——以佳木斯市辖区为例

考虑天气情况对入射太阳辐射的影响,研究和分析日照时数、天气类型和辐射参数的关系,并将散射模型、透射率和散射比例与4种常用天气类型相对应。以佳木斯市辖区为例,采用ArcGIS的点太阳辐射分析批处理工具,对佳木斯辐射台站进行日入射太阳辐射分析。通过将默认情况和天气类型两种模拟结果与辐射台站的实测值进行分析和验证,获得两者的相关性R2分别为0.573 4和0.899 5。研究结果表明按不同天气类型进行中温带地区点太阳辐射分析的方法切实可行,并获得更好的点日太阳辐射模拟效果,其有利于研究不同天气类型下物理和生物过程模型所受到的太阳辐射影响。