Atmospheric ionization and cosmic rays: studies and measurements before 1912

The discovery of cosmic rays, a milestone in science, was based on the work by scientists in Europe and the New World and took place during a period characterized by nationalism and lack of communication. Many scientists that took part in this research a century ago were intrigued by the penetrating radiation and tried to understand the origin of it. Several important contributions to the discovery of the origin of cosmic rays have been forgotten; historical, political and personal facts might have contributed to their substantial disappearance from the history of science.     

基于FLAASH模型的FY-3A/MERSI数据大气校正研究

在星载传感器成像获取地表信息过程中,常常会受大气影响而引起影像失真,导致地表真实信息不能被准确表达,对遥感影像进行大气校正可消弱这种影响.本文以粮食主产区 河南省为研究区域,采用FLAASH模型对晴空天气下FY-3A/MERSI数据(分辨率为1 km)进行大气校正.结果表明,大气校正后:(1)短波红外反射率总体变化不大(+4.1％),第6波段反射率以减小为主(-1.5％),第7波段反射率为增加(+9.6％);(2)在可见光各波段,反射率普遍降低,各波段变化均值为-82.7％.其中,红光反射率变化最小(第13、14波段分别变化了-23％和-19％,平均为-21％),绿光反射率变化稍大(第11、12波段分别变化了-75％和-50％,平均为-63％),蓝光反射率变化最大(第8～10波段分别变化了-196％、-122％和-94％,平均为-137％).而且大气校正后,可见光波段的反射率变幅普遍增大,不同地物在可见光波段的对比度也增加.(3)近红外各波段反射率平均增加了46.2％.除第19波段反射率减小(-54％)外,其余各波段反射率均有不同程度的增加.第15～18和第20波段反射率分别增加了28％、4％、41％、252％和6％. (4) NDVI指数平均增大了35％,植被信息凸显;NDWI指数变化不大,仅减小了8.7％.     

大气边界层物理研究进展

本文总结了近4年来(2009～2012)中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室在大气边界层物理理论、观测实验、数值模拟和超声风速温度仪等仪器研制领域的主要研究进展,并对未来几年内大气边界层物理的发展方向提出了一些建议.     

南京地区大气冰核浓度的测量及分析

2011年5～8月期间使用5L混合型云室以及静力扩散云室对南京不同成核机制的大气冰核进行了观测,进而分析了近地层冰核浓度特征。结果表明:活化温度为－20°C时,5L混合型云室观测的总冰核浓度为20.11个/L,静力扩散云室模拟高水汽(计算的云室内水面过饱和度为5%)和低水汽(计算的云室内冰面过饱和度为5%)条件下冰核浓度分别为0.93个/L以及0.29个/L。晴好条件下冰核浓度具有明显的日变化特征,白天冰核浓度高于夜间;在下午时段冰核浓度达到全天最高值,这说明大气冰核可能与大气湍流强度、人类活动以及工业污染有关。降水对冰核的清除作用明显,台风系统过程中冰核浓度明显增加。南京地区冰核浓度随温度降低和湿度增加而增加。后向轨迹模式分析表明东北海洋气团冰核浓度最高,不同气团中冰核浓度的差异随着活化温度的降低而减小。个例分析秸秆燃烧生成的PM₁(大气中直径小于或者等于1 μm的颗粒物)与冰核关系发现燃烧产物对冰核有一定的贡献。     

西太平洋地区大气边界层内臭氧的季节变化及其影响因子分析

利用臭氧探空资料,分析了西太平洋地区香港(Hong Kong)、那霸(Naha)和札幌(Sapporo)三个站点2000~2010年期间大气边界层内臭氧(O₃)的季节分布和年变化趋势。结果表明,三个站点O₃的季节分布存在明显的差异。其中,那霸和香港大气边界层内O₃季节平均呈双峰值分布,其峰值分别出现在春季和秋季;而札幌站为单峰分布,峰值出现在春季。造成季节分布差异的主要原因包括人为污染源和自然因素如气象条件。另外,三个站点大气边界层内O₃均呈上升趋势。其中札幌、那霸上升最快,分别达0.80 ppb a-1和0.77 ppb a-1。(ppb表示10-9,下同)香港的年际增长较不明显,但秋季增长却非常明显,高达1.21 ppb a-1。结合GOME (Global Ozone Monitoring Experiment) 和SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectro Meter for Atmospheric Chartography)卫星反演的NO₂数据发现,过去10年中国京津唐和东北地区的对流层内NO₂柱总量增加极为迅速。这些O₃前体物通过远距离输送是导致札幌、那霸O₃浓度增加的主要原因之一。珠江三角洲人为污染源的增加及偏北气流的影响,是导致香港地区秋季O₃增加的主要原因。     

系留气艇探测风速的误差订正及其应用评估

使用系留气艇探空系统在常州、苏州、南京市区对边界层风速、温度、湿度廓线进行了观测,原始数据表明探测结果存在明显的系统误差。本文主要讨论风速订正问题,分析发现风速误差与高度和风速有关,据此提出了依据高度和依据风速的两种订正方案。对比结果表明:两种方案都能有效修正系留气艇测量风速的系统误差,高度订正方案表现更好。本文还用订正后的系留气艇探测结果与苏州市气象局的风廓线雷达资料进行对比,结果显示风廓线雷达探测结果在500 m以下系统偏小。     

南京秋季辐射雾与平流雾边界层气象要素特征比较

利用南京市200 m气象铁塔的梯度观测资料、L波段探空雷达以及常规气象资料,对南京地区2010年两次秋季大雾天气过程进行了对比分析.结果表明:①两次大雾天气分别为典型的辐射雾和平流雾.②在两类大雾的发展过程中,对流层低层都存在较厚的逆温层,其中辐射雾存在多层辐射逆温和下沉逆温,而平流雾仅存在一层由暖平流形成的强逆温;边界层内辐射雾的贴地逆温强度明显强于平流雾,另外两次过程中均存在上层逆温.③雾的发展与地面气温的演变均有较好的对应关系:均是在地面气温出现突降、贴地逆温强度突增之后,边界层相对湿度随之显著上升,雾增强发展;辐射雾的雾顶高度远高于平流雾.④边界层风速呈现明显的峰值变化,且这种风速的脉动与雾的发展有一定的对应关系:当各层风速出现陡降后,雾增强发展,而后随着湍流的加强,雾趋于消散.     

1961-2012年6-8月内蒙古降水异常及环流特征分析

利用内蒙古自治区100个站1961-2012年6-8月各月降水量资料,以降水距平百分率划分了单站和全区各月的多、少雨年份,分析了6-8月全区多雨和少雨站点百分率变化特征。针对异常多雨和少雨年份,探讨了同期北半球欧亚地区大气环流的分布特征。结果表明：8月降水存在减少趋势,6月和7月则主要表现为阶段性多（少）雨,且少雨年多于多雨年。在多雨月份,100hPa高度场上,欧亚中高纬度呈径向环流分布,极涡较弱。其中,6月为两槽一脊型,内蒙古位于高压脊区前部,7、8月为两脊一槽型,内蒙古位于高压脊区后部;500 hPa高度场上,6月,亚洲区主要表现为变形场,内蒙古处于锋生区,或是亚洲中高纬度环流为两脊一槽型,内蒙古处于两高之间的宽广低槽中, 7月、8月欧亚中高纬度环流主要表现为东高西低,内蒙古自治区位于低压槽区中;850hPa流场图上内蒙古为气旋性切变区域或为风场辐合区域控制。在少雨月份,100hPa和500hPa高度场上,欧亚中高纬度呈纬向环流分布,极涡较强,内蒙古位于南亚高压北边的正距平区域;850hPa流场图上表现为弱的风场特征,无明显的水汽输送。     

华北地区持续性极端暴雨过程的分类特征

利用1960—2015年日降水资料,筛选出华北地区56次持续性极端暴雨过程。基于距平相关系数的客观聚类分析方法和天气学检验,将它们进行分类,并使用NCEP（2.5°×2.5°）再分析资料进行分类合成,对比分析不同环流背景下华北地区持续性极端暴雨过程的基本特征。结果表明,这些持续性极端暴雨事件按照环流背景可分为经向型、纬向型、减弱的登陆热带气旋型和初夏型4类。它们一般都与不同天气系统配置结构下的锋面动力学过程有关,由于锋面结构特征、环境大气层结状态以及与低空急流有关的暖湿气流输送通道和强度不同,造成不同环流形势背景下,暴雨日的高频站点与过程平均累计降水量在空间分布上存在差异。（1）纬向型对应的锋区强度明显强于经向型,但是其对应的层结稳定度与整个夏季状态相当,而经向型存在弱的层结不稳定异常,这表明,纬向型的对流活动一般不如经向型强,持续性锋面降水特征更清晰,造成站点上日降水量超过50 mm的最大频率明显低于经向型,但是过程累计平均最大降雨量却比经向型大。（2）从水汽输送通道来看,源于西太平洋副热带高压南侧的水汽通道只在纬向型环流主导下的华北区域持续性极端暴雨过程中起主导作用。初夏型以及减弱的登陆热带气旋与西风带系统相互作用造成的极端暴雨过程中,活跃的印度季风造成25°N以南异常强盛的纬向低空西南气流携带充沛的水汽,穿过中南半岛后以西南低空急流或者通过减弱的登陆热带气旋“中转”,是这两类暴雨区的主要水汽供应方式;经向型环流背景下的水汽输送也与这支源于青藏高原南侧的西风气流异常有关。这可能是华北地区夏季降水与印度季风降水的相关显著强于中国东部其他地区的主要原因。（3）减弱的登陆热带气旋与西风带系统相互作用造成的极端暴雨事件同样由经向型环流主导,但是,更充沛的水汽输送、更强的上升运动和更深厚的大气不稳定层结状态是它比一般的经向型强度更大的直接原因;此外,中高纬度弱冷空气侵入对减弱的登陆热带气旋顶部形成持续性极端暴雨过程非常重要。      

2008—2018年黑龙江省大气自净能力变化特征分析

利用2008—2018年黑龙江省33个观测站的定时观测气象资料,按照国标《大气自净能力等级》（GB/T34299—2017）,分析了黑龙江省大气自净能力时间、空间的变化特征,并以省会城市哈尔滨为例,结合逐日空气质量指数（AQI）数据,分析了大气自净能力与AQI的关系。结果表明：2008—2018年黑龙江省平均大气自净能力指数为12.6×10⁴ km·a^-1,整体呈上升趋势,2015年以来大气自净能力明显增强。春季大气自净能力最高,秋季次之,冬季最低;空间分布大致呈北低南高分布,包含二、三级两个级别,春季全省各地均处于第二级别,有利于对大气污染物的清除,冬季漠河处于第五级别,不利于对大气污染物的清除;哈尔滨市冬季AQI与大气自净力指数呈显著负相关,考虑了通风量和雨洗作用的大气自净能力与AQI关系密切,直接影响着空气质量状况。