2006年夏季祁连山北坡雨滴谱特征

利用2006年夏季在祁连山北坡进行人工影响天气综合科学试验期问的激光雨滴谱仪观测资料,对该地区夏季不同云系降水的雨滴谱特征进行分析.结果表明:按照降水云系的结构,分别对对流云系、层状云系和混合云系降水情况下降水雨滴的直径分布进行比较,雨滴各种平均粒径由大到小排序依次是对流云系、混合云系和层状云系.降雨强度和雨滴粒子数密度变化趋势一致.雨滴粒径和降落速度之间有很好的对数关系.3类云系的降水强度和雷达回波强度之间也满足对数关系.通过这些分析为祁连山实施人工增雨(雪)提供一定的科学依据.

地面气溶胶集成观测系统

介绍一种地面气溶胶集成观测系统的设计思路和集成方法,采用浊度仪、吸收光度计、粒子计数器、粒径谱仪、碳黑仪等仪器观测气溶胶的散射和吸收特性、黑碳浓度、粒径分布和粒子数浓度等。结果表明,测量吸收特性和粒子数浓度的仪器位于测量散射特性的仪器之后,仪器之间可以互相对比验证;将测量气溶胶吸收特性的仪器和黑碳仪"并联",可以观测到更多气溶胶特性信息;测量气溶胶粒径分布及粒子数浓度的仪器可以结合使用,也可以单独分开或"并联"综合观测;仪器综合集成观测的前提是保证仪器流量分配正确,切割头流量达到要求的范围,保证切割效率。

三波段积分浑浊度仪的检测和校准

在兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)长期观测运行的基础上,针对测量气溶胶散射特性的三波段积分浑浊度仪(TSI3563)的校准和检测问题进行了探讨.讨论了TSI浊度仪检测和校准气体的选择,零气主要使用经高效微粒空气过滤器过滤的干净空气,标准气体主要使用CO2;总结出浊度仪零气检测和标准气体检测的理论依据,每天零气检测时,散射系数的变化范围为13Mm,平均值范围为11.5Mm,当超出这个范围就需要进行零点设定,每3-5d进行标准气体检测时,散射系数的平均值和理论计算值的误差超出5%的范围,就需要进行全校准;最后介绍了零气校准和全校准的方法.

青海高原季节性降雪中的黑碳气溶胶

对青海高原2012年季节性降雪进行采集.6个采样点集中在青海高原东南部地区,共包括36袋雪样.从分析结果可知,青海高原东南部地区季节性降雪中含有较多的沙尘,滤膜颜色多为土黄色.6个采样点雪中的黑碳浓度为（184±123）ng/g,表层雪的黑碳浓度范围是59~238ng/g,平均值为152ng/g.通过后向轨迹聚类分析知道气流主要来自南亚和青藏高原地区,有少部分是来自塔克拉玛干沙漠和戈壁地区.

河西走廊农业区春季气溶胶光学特性

为研究干旱农业区农耕季节气溶胶的基本光学特性,2014年4月利用地面气溶胶移动集成系统在甘肃武威黄羊镇农场开展气溶胶综合观测试验。结果表明,河西走廊黄羊镇农场PM2.5和PM1.0的散射系数以及PM2.5的吸收系数分别为98.2±38.3、74.6±29和8.8±6.3 Mm-1,均小于中东部地区观测值。气溶胶单次散射反照率为0.90±0.03,PM2.5和PM1.0的Angstrom指数分别为1.31±0.29和2.10±0.24。散射系数和吸收系数的日变化具有明显的双峰特征,单次散射反照率在散射系数出现峰值的时间段出现谷值。黄羊镇农场受人为气溶胶影响较大,西、西南和东南方向来的气溶胶散射系数和吸收系数值较大,西北方向传输过来的气溶胶主要是农业生产活动产生的。

甘肃敦煌戈壁地区气溶胶光学特性观测

利用2014年5月地面气溶胶集成观测系统在敦煌戈壁地区的观测资料,分析气溶胶的光学特性,并用后向轨迹模式分析气溶胶的主要来源.气溶胶的散射、吸收系数和单次散射反照率分别为52.71±43.02、2.11士1.02Mm^(-1)、0.949±0.022.气溶胶粒径谱主要分布在5μm以下,在0.6、1.5μm处分别有峰值出现.气溶胶中的沙尘气溶胶含量较大,散射系数和吸收系数在早晚有峰值出现.气溶胶受西北方向风影响较大,通过后向轨迹聚类分析知道北边大片戈壁方向来的气团占主导地位,其次是来自库木塔格沙漠方向的,还有少部分来自青海的柴达木盆地和新疆古尔班通古特沙漠.

兰州市空气污染与气象条件关系分析

利用20012003,20072008年兰州市环境保护局环境监测站SO2,NO2,PM10逐日质量浓度监测资料及同期兰州市气象局的常规气象观测资料,分析了兰州市空气污染的变化特征,探讨了SO2,NO2和PM10质量浓度与气象条件的关系.结果表明:兰州市空气质量以良和轻微污染天气状况为主,空气污染状况呈现冬季加重夏季减轻的年变化特征.吹东北风不利于污染物稀释扩散,吹西北风有利于污染物稀释扩散,降水、相对湿度和风速等气象条件对空气污染状况有显著影响,另外该市城市热岛效应与空气污染状况有明显相关关系.

兰州远郊区黑碳气溶胶浓度特征

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)2007年1月1日至2009年8月28日黑碳气溶胶浓度和同期常规气象资料,分析了兰州远郊区黑碳气溶胶浓度特征.结果表明,该区黑碳气溶胶日平均浓度为1568ng/m3,低于东部地区区域本底站浓度,表明该地区污染较轻;黑碳浓度具有明显的季节变化,从春季到冬季平均浓度依次增大,分别为1234.74,1290.23,1669.06,2088.73ng/m3,日变化具有明显的双峰结构,最大值出现在09:00,最小值出现在17:00.黑碳浓度的变化特征与本地区的盛行风向、人类活动及天气过程有密切关系.沙尘气溶胶对黑碳浓度的影响取决沙尘过程的强度、沙尘携带的人为污染物的种类及数量、黑碳颗粒被其他气溶胶混合和包裹的程度.统计分析得出该地区大气黑碳气溶胶本底浓度约为1000ng/m3.

利用激光雷达观测兰州沙尘气溶胶辐射特性

利用微脉冲激光雷达CE370-2与太阳光度计CE-318,在兰州观测分析了2007年3月27~29日扬沙过程沙尘气溶胶辐射特性,并利用HYSPLIT-4模式分析了沙尘过程气溶胶粒子的后向轨迹。分析表明,此沙尘过程气溶胶粒子的传输路径主要有两条:一条起源于青海西北经西宁抵兰州,另一条起源于塔克拉玛干沙漠经河西走廊抵兰州;沙尘气溶胶主要集中于离地1.5 km高度层内;沙尘气溶胶消光系数随高度先增加,到0.2 km左右高度达到最大,然后急剧减小。沙尘气溶胶光学厚度的时间演变呈双峰型,最高峰出现在28日12:00,次高峰在27日22:00。验证表明由CE370-2得到的气溶胶光学厚度与CE-318得到的很接近;雷达观测资料的处理方法可以较好地反演气溶胶消光系数和光学厚度。

河西春季沙尘气溶胶粒子散射特性的初步研究

利用2008年春季中美沙尘暴联合观测试验中张掖观测站的积分浑浊度仪及同期常规气象资料,分析了有、无沙尘天气下气溶胶总散射系数(550nm)及后向散射比的日变化特征,讨论了一次典型的沙尘暴过程中气溶胶的散射特性。结果表明,在这两种天气状况下,总散射系数日变化都呈双峰型,但峰值大小和出现的时间不同。无沙尘日的气溶胶细粒子所占比例的变化较为明显,日较差比有沙尘日的大。沙尘暴发生时,气溶胶总散射系数有明显的突变,积分浊度仪是对沙尘气溶胶连续监测的有效的工具。

张掖地区气溶胶吸收和散射特性分析

兰州大学与中国科学院、中国气象局、美国马里兰大学、美国能源部等研究机构于2008年4-6月进行了中美沙尘暴联合观测试验,观测点设在张掖国家气候观象台、兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）和SACOL景泰移动观测点。利用颗粒物烟尘吸收光度计和TSI积分浑浊度仪资料分析了张掖地区气溶胶吸收和散射特性。结果表明：气溶胶吸收系数、总散射和后向散射系数日变化趋势一致,基本呈双峰型,峰值分别出现在08：00和22：00,夜间的值较白天偏大;气溶胶吸收系数、总散射和后向散射系数的月平均值在4月最大、5月次之、6月最小;450,550和700 nm波段的气溶胶单次散射反照率主要集中在0.7-0.9。

陇中黄土高原地表能量不平衡特征及其影响机制研究

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)2008年夏季的观测资料,分析了陇中黄土高原地表能量不平衡特征及其影响机制,计算了地表和5 cm深处土壤热通量板之间的热储存,并对地表能量不平衡特征重新进行了计算和评价。当把土壤热储存作为地表能量收支的一部分考虑后,不平衡差额绝对值平均降低了23 W.m-2,能量不闭合度平均减小了0.104,利用最小二乘法(OLS)进行线性回归得到的平均不闭合度减小了0.085。从白天和晚上的能量不闭合度频率分布也能够看出,土壤热储存对地表能量收支平衡有很大改善。但即使考虑了土壤热储存项,地表能量不闭合仍然很明显。除了土壤热储存,边界层大气不同形式的输送能力作为对地气能量通量交换过程中的重要因素,对能量不平衡也会产生深远影响。结果显示,地表能量不闭合度分别与垂直速度w、水平风速u和对流速度尺度w*有较密切的关系。涡动相关法通量计算中常通过坐标旋转强迫垂直速度变为零,然而非零的垂直速度和垂直平流是真实存在的,忽略垂直平流热量输送是产生地表能量不平衡的重要原因。

黄土高原半干旱区地表辐射特征

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站地表辐射资料,分析了黄土高原半干旱区地表辐射的变化规律,并对该区地表辐射特征、地表反照率的年季变化及其影响机制进行了研究.结果表明:该区全年太阳总辐射较强,年平均值为204.2 W/m^2,受地表状况和天气过程等因素影响,年变化表现出不规则或区域性特征.大气和地表对太阳辐射加热的响应需2个月,它们对地表辐射年变化的相对变幅达44.6%和38.9%,比干旱区的(100%)小,这说明该区云量年变化比干旱区的小,且大气和土壤对地表辐射变化的"缓冲"作用更强.反照率的年平均值为0.2432,比荒漠区小;其高值正好对应降雪过程和偏干旱时段,而低值则与降水、连绵阴雨的天气吻合.

基于微波辐射计的大气温湿廓线遥感探测

利用2010年1-6月甘肃省榆中站（52983）逐日的探空资料和兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）的地基微波辐射计反演资料,对榆中所在的半干旱地区大气的温度和相对湿度的垂直分布特征进行了分析.通过对比探空资料,讨论了微波辐射计的探测性能和反演效果,并对2013年1-3月微波辐射计反演的温度进行了偏差订正.结果表明微波辐射计反演资料与探空资料反映的温湿垂直分布趋势基本一致,温度的拟合效果优于相对湿度.近地层反演效果较好,温度的相关系数大于0.90,相对湿度的相关系数大于0.80,均通过了显著性水平为0.01的相关性检验.距地2-7km之间,微波辐射计反演的温度小于探空观测值,相对湿度大于探空观测值.温度订正效果显著,但仍存在一定的偏差.

陇中黄土高原半干旱草地地表反照率的变化特征

利用2010年兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)全年的观测数据,对陇中黄土高原半干旱草地的地表反照率年变化及其在典型天气条件下的变化特征进行研究。结果表明,该地区半干旱草地的地表反照率呈冬半年高、夏半年低的特点,年平均地表反照率为0.21,高于绿洲地区,低于半干旱农田区;地表反照率的日变化明显受天气条件的影响:晴天时呈早晚高、中午低的特征,阴天时日变化很小;降雨后地表反照率先降后升,而降雪后则先升后降;沙尘天气过程中,地表反照率比晴天有所增加。晴天时地表反照率还存在明显的不对称现象,即相同太阳高度角时,上午地表反照率大于下午,这种差异与浅层土壤湿度的变化具有较好的一致性。

黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度变化特征的初步分析

利用“兰州大学半干旱气候与环境观测站”2006年8月至2007年4月的CE-318全自动跟踪太阳光度计观测资料，分析了黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度（AOD）的变化特征。结果表明，黄土高原半干旱地区气溶胶光学厚度谱基本满足Angstrom关系；在可见光和近红外波段，随着波长的增大，气溶胶光学厚度是减小的；黄土高原半干旱地区AOD日变化类型主要有单峰型、稳定型、上升型3种。逐日变化特征显示，降水对气溶胶粒子具有明显的湿清除作用，霾的出现导致AOD明显增大；AOD日均值主要集中在0．140．4之间，日极大值在08～11时（北京时，下同）出现的频率最多，H极小值在12～13时、14～17时出现的频率最多。气象条件对AOD有明显的影响，在南风情况下AOD大，东风情况下AOD小，霾与晴天相比，AOD明显增大；对同一波段，风向差别引起的AOD的差异较晴天与霾相比引起的AOD的差异要小。

黄土高原自然植被下垫面陆面过程参数研究

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站的观测资料,分析了黄土高原自然植被下垫面陆面过程相关物理参数。研究了总体输送系数的不同季节平均日变化和频率分布特征,考察了地表粗糙度的变化趋势以及降水的影响。降水正常年份的总体粗糙度为0.009m,偏干年份总体粗糙度为0.006m,月平均粗糙度变化与正常年份相比较为平缓,降水通过增加植被覆盖和生长高度,使地表粗糙度增大。对总体输送系数与粗糙度以及总体理查森数的关系分别进行了讨论,在中性层结下黄土高原地区动力输送作用占主导地位,发现动量总体输送系数和奈曼流动沙丘下垫面很接近,而感热输送系数与戈壁下垫面接近。分析了反照率和太阳高度角以及土壤湿度的关系,并拟合得到以这两个物理量为因子的参数化公式。总体上,黄土高原自然植被下垫面的反照率比敦煌荒漠小,而大于长白山松林下垫面,这与3个地区植被覆盖和土壤质地的不同有关。通过对参数化公式模拟效果的检验,发现低太阳高度角下的反照率对土壤湿度和太阳高度角以外的其他因素敏感,而对应高太阳高度角的反照率受土壤湿度和太阳高度角的控制较强。最后,计算了土壤热传导率和热扩散率等土壤热力参数,相同湿度的热传导率比敦煌荒漠要大,并拟合得到热传导率以土壤湿度为自变量的参数化公式。

兰州城市和远郊区黑碳气溶胶浓度特征

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）2010年9月至2011年8月的黑碳气溶胶观测资料，分析了兰州市区和郊区黑碳气溶胶的浓度变化特征。结果表明：市区的年平均黑碳浓度要远大于郊区。日变化都呈明显的双峰结构,最大值出现在08：00～10：00，最小值出现在16：00左右；对于月最大频数浓度的年变化，市区和郊区均是5月黑碳浓度最小，其值分别为1143和932ng/m^3，1月黑碳浓度最大，分别为10230和5063ng/m^3；市区的周变化较郊区明显；沙尘条件下黑碳气溶胶浓度值低于当月的日均值。

上海市浦东新区秋冬季黑碳气溶胶特性

利用2006年10～12月在上海浦东新区观测得到的黑碳气溶胶质量浓度资料和常规气象资料,对该地区黑碳类气溶胶的日变化、月变化及影响因素进行了分析.结果表明:浦东地区平均黑碳质量浓度为5 621 ng/m^3,每天出现两个质量浓度峰值,月平均质量浓度随冬季的到来呈增长趋势,工作日的黑碳质量浓度水平明显高于周末的.与国内同类大城市的观测结果比较,浦东地区冬季黑碳质量浓度相对较低.

黄土高原半干旱地区气溶胶特性

利用2006年8月～2007年7月兰州大学半干旱气候与环境观测站CE-318数据产品,对气溶胶光学厚度,大气可降水量及Angstrom波长指数的日变化及季节变化特征进行了分析.同时分析了常规温压湿资料、PW及Angstrom波长指数与气溶胶光学厚度的关系.对CE-318反演得到的PW与微波辐射计由神经网络算法得到的水汽总量进行了相关性分析,认为二者对水汽总量测量能力相当.