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。

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。

利用激光雷达资料分析兰州远郊气溶胶光学特性

利用2007年1～4月兰州大学半干旱气候与环境观测站激光雷达资料,反演了晴空无云典型日和沙尘过程大气气溶胶消光系数和光学厚度。结果表明,兰州远郊榆中地区,1km以下大气气溶胶消光系数较大,为0.01～0.1km-1;平均气溶胶光学厚度<0.5,光学厚度日变化呈双峰型,峰值分别出现在12:00和20:00。采暖期与非采暖期气溶胶光学厚度有显著差异。而对沙尘天气,6km以下气溶胶消光系数较大,为0.1～1km-1;气溶胶光学厚度>1,最强时可达3.5;沙尘强度较大时,激光雷达对气溶胶有效观测<2km,消光系数反演出现截断现象;沙尘气溶胶光学厚度与PM10地面浓度有良好的相关性;激光雷达反演的光学厚度与太阳光度计光学厚度的相关系数为0.86。

中国地区两种MODIS气溶胶产品的比较分析

对比分析了2003-2009年中国及其周边地区中分辨率成像光谱仪(MODIS)C004和C005的气溶胶光学厚度(AOD)产品特征,并将MODIS的气溶胶产品与AERONET观测站资料做了对比分析。结果表明:(1)中国及其周边地区AOD平均值为0.34±0.32,具有显著的空间变化;C005反演算法得到的AOD产品对C004在海洋上表现为小的正订正,在陆地上多数表现为较显著的负订正,表明MODIS C005AOD反演算法在一定程度上减小了C004在陆地上的高估值;并且订正值在不同季节和不同区域也不同。(2)MODIS AOD产品在不同地区具有不同的精度,香河C005AOD产品精度较C004有很大改善;而太湖C005AOD较C004没有显著改善;由于亮地表及气溶胶模型的限制,榆中的MODIS AOD产品相对其他两地较差。(3)MODIS Angstrom波长指数产品不能定量说明气溶胶粒子尺度分布,但可用于定性判断;MODIS fAOD与AERONET fAOD有较好的线性关系,可以用来定量描述细粒子光学厚度和研究气溶胶的人为源特征。

城市下垫面对河谷城市兰州冬季热岛效应及边界层结构的影响

利用中尺度数值模式WRF耦合单层城市冠层模块UCM,引入2005年MODIS土地利用类型资料,在对2005年1月25—28日兰州市热岛现象进行高分辨率数值模拟的基础上,设计了去除城市下垫面敏感性试验,探讨了城市下垫面对城市边界层的影响程度。结果表明,城市下垫面能使近地层大气温度升高而风速减小,并且,在夜间表现更明显。由城市热岛强度日变化分析可知,城市下垫面对兰州市热岛强度的贡献率为44%。夜间,城市上空200 m以下的近地层大气保持了白天的混合层特征,热岛环流的上升运动促进了山风环流,使得上升气流到达地面以上600 m左右;白天,由于山峰加热效应,城市上空400—600 m存在一个脱地逆温层,城市热岛环流使得11—15时(北京时)市区近地层出现弱上升气流,抑制了谷风环流的形成及发展。城市下垫面的低反照率特性和建筑物的多次反射作用导致城市下垫面的净辐射通量大于非城市下垫面;城市下垫面由于建筑材料的不透水性,导致潜热通量远小于感热通量,而储热项所占比重明显增大。

半干旱地区卷云特征的激光雷达探测

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）2007年4~11月微脉冲激光雷达（MPL-4B）观测资料,统计分析了卷云的高度、厚度及其变化特征。采用透过率方法计算了卷云光学厚度,得到了卷云光学厚度与卷云厚度和云底高度的相关关系。结果表明,SACOL卷云出现的平均海拔高度为10.16±1.32 km;卷云厚度分布范围为0.30~2.80 km,平均值为1.10±0.49 km;光学厚度分布范围为0.003~1.057,平均值为0.17±0.16,SACOL卷云以光学厚度小于0.3的薄卷云为主;6、7、8月卷云出现高度较其他月大,厚度和光学厚度较小;卷云光学厚度与卷云厚度呈正的线性相关关系。

基于Fernald和Klett方法确定气溶胶消光系数边界值

基于Fernald方法和Klett方法,推导出一个具有明确物理意义的确定气溶胶消光系数边界值的表达式,该式比目前用于确定边界值的Collis斜率法表达式增加了两项:空气分子消光系数项和后向散射项,这两项与Collis斜率法的值符号相反。空气分子消光系数项较小,但后向散射项为后向散射系数的倒数和导数的乘积,绝对值能达到Collis斜率法的75.2%。分析表明,考虑了新增两项反演的大气气溶胶光学厚度(AOD)与实测更接近,所以增加这两项是合理的、必要的。不同标高反演2007年9月20日的AOD在0.20～0.25之间,变化范围较小;反演的AOD方差为0.003,相对较小。说明新方法对标高的依赖较小且较稳定。分析424个时次晴空资料的反演结果可知,反演比实测大7.4%,反演与实测的相关系数为93.2%,相对误差和绝对误差分别为10.9%和0.03,反演的AOD方差为0.02,AOD小于0.45(占到资料总数的91.7%)时,反演结果较好。

半干旱地区黑碳气溶胶和含碳气体特征及来源

利用2009年9月~2010年6月兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）多角度吸收分光光度计（MAAP-5012）观测数据、CO和CO2气体成分混合比数据,分析了西北半干旱地区黑碳气溶胶和含碳气体特征、影响源地,以及影响黑碳浓度的排放物类型.结果表明BC、CO、CO2平均浓度分别为1.75μg/m3、601.71×10-9、387.78×10-6.利用后向轨迹模式将从观测站西部和东部输送过来的气流区分开,气流从东部来时,BC、CO、CO2浓度分别为1.38μg/m3、462.79×10-9、383.03×10-6;气流从西部来时,BC、CO、CO2浓度分别为2.2μg/m3、768.38×10-9、393.47×10-6.对500m、1500m、3000m高度气流来向的发源地进行聚类分析,发现3个高度上气流从中东、中亚及欧洲区域传输过来时,BC、CO、CO2浓度较高,△BC/△CO、△CO/△CO2值较大,说明燃料燃烧效率较低;气流从我国华北华中地区传输过来时,BC、CO、CO2浓度较低,△BC/△CO、△CO/△CO2值较小,表明燃料燃烧效率较高.

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。

2007年兰州市冬季大气气溶胶光学厚度特性

利用多波段太阳光度计观测资料,采用光谱消光法,计算2007年兰州市采暖期大气气溶胶光学厚度、Angstrom浑浊度系数和波长指数。分析表明:兰州市2007年冬季与历史同期相比,气溶胶光学厚度较小,浑浊度较低,且多为细粒子。对气溶胶光学厚度与能见度进行了分析、拟合,表明二者变化趋势相反,近似呈指数递减关系。

利用激光雷达探测兰州地区气溶胶的垂直分布

利用2006-2011年兰州大学半干旱气候与环境观测站激光雷达(CE-370-2)资料反演了兰州地区气溶胶消光系数的垂直廓线。结果表明:兰州地区气溶胶主要分布在2 km以下,其中1 km以下占60%;消光系数日变化在00:00(北京时,下同)-12:00逐渐增大,12:00达到最大,之后逐渐减小;气溶胶集中分布高度的季节演变为夏季3 km、秋季2.5 km、春季2 km、冬季1.5 km;对流层低层(2 km以下)气溶胶消光系数的季节分布为冬季0.20~0.85 km-1,占92%;春季0.05~0.45 km-1,占88%;秋季0.02~0.20 km-1,占82%;夏季0.04~0.08 km-1,占70%。沙尘天气时,气溶胶扩散至6 km,甚至更高;强沙尘天气时,激光雷达有效探测高度低于2 km,消光系数反演出现中断现象。消光系数垂直廓线演变与大气边界层垂直结构变化趋势基本一致。

兰州附近山谷典型日环流特征对比分析

利用中尺度数值预报模式(WRF)对兰州市区和兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)山谷地区典型日山谷风环流特征进行模拟研究,比较分析了不同构造的山谷对山谷风环流日变化特征的影响。结果表明,封闭型和开放型山谷谷风环流起止时间分别为13:00/18:00和16:00/18:00,封闭型谷风起始时间比开放型早3 h且持续时间长3 h,表明封闭型山谷的典型地形条件会加强由热力因素强迫产生的热力环流并能长时间维持此环流;16:00封闭型和开放型山谷中边界层高度分别为500 m和900 m,山坡上边界层高度分别为3 500 m和3 300 m,表明吹向山坡的谷风使山坡上对流边界层高度升高,而山谷上空的下沉气流使山谷中边界层高度降低。从边界层发展高度可知封闭型山谷形成的谷风环流比开放型山谷的环流发展厚度大且特征显著。

基于WOS的数字出版热点议题研究

以Web of Science数据库中2019-2022年间关于数字出版的研究成果为对象,利用可视化软件进行文献计量分析,通过科学知识图谱呈现数字出版研究的研究网络和热点前沿。发现数字出版研究的热点议题主要集中于学术出版和图书馆服务、数字化重塑出版生态、后疫情时代的数字出版和跨学科特色的数字出版研究。未来,我国数字出版研究还需拓展丰富数字出版研究理论、关注数字出版新技术研究、追踪当前数字出版领域的热点议题。

2008年冬季兰州气溶胶辐射特性及地表辐射特征分析

利用2008年1月10日至2月16日兰州地区地面长短波辐射和积分浑浊度仪等观测资料,分析了气溶胶光学厚度和散射特性、气溶胶对辐射能量平衡的影响、长短波辐射特征以及云对太阳短波辐射的影响.结果表明:观测期间气溶胶光学厚度较大,869.5 nm气溶胶光学厚度平均为0.57,大气浑浊度系数较高,大于0.2.日平均气溶胶光学厚度与地表短波辐射变化趋势相反.气溶胶总散射系数呈双峰型日变化特征,且与风速呈负相关,与相对湿度呈正相关.不同天气类型下地面长波辐射表现不同的特点,晴天波动小,阴天和降雪天振荡较大;短波辐射具有明显的日变化特征,云对短波辐射的影响非常显著.

利用激光雷达观测资料研究兰州气溶胶光学厚度

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）2006—2011年晴空无云时激光雷达（CE-370—2）资料，结合2006年12月至2007年5月多波段太阳光度计（CE-318）资料，对比验证了激光雷达资料的反演结果，并分析了兰州地区气溶胶光学厚度的分布特征。结果表明：激光雷达反演得到的光学厚度与光度计观测得到的光学厚度，两者具有较好的相关性，相关系数为0．86。兰州地区气溶胶光学厚度3—5月和11-12月较大，主要原因是3—5月是当地沙尘频发期，11—12月是居民集中采暖期，沙尘排放和燃煤排放显著增加了大气气溶胶光学厚度。气溶胶光学厚度6～10月偏小，湿沉降清除是主要的影响因素。光学厚度季节分布为春季0．42，冬季0．36，秋季0．30，夏季0．21。光学厚度频数分布于0．0～0．3的最多，占总数的一半，且存在季节差异。兰州上空夏季干净，春季浑浊，冬季次浑浊。

黄土高原复杂地形上边界层低空急流对近地层湍流的影响

利用中尺度气象数值模式(Weather Research and Forecasting Model,WRF)模拟风场,结合兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University,SACOL)湍流观测资料,分析了黄土高原复杂地形上稳定边界层低空急流对近地层湍流活动的影响.黄土高原复杂地形上稳定边界层低空急流的形成与地形作用引发的局地环流有关.低空急流对近地层湍流活动有强烈影响,剪切作用使小尺度湍涡活动加剧,湍动能增大,同时非平稳运动被压制.低空急流发生时,观测数据有87.3%是弱稳定情形(梯度理查森数小于0.25);而无低空急流时,对应时段的观测表明65.4%属于强稳定层结(梯度理查森数大于0.3),非平稳运动造成湍流功率谱在低频端迅速增大.与无低空急流和弱低空急流情形相比,强低空急流发生时,近地层湍动能增大1倍,湍动能在垂直方向上的传递增大1个量级,且方向向下,约为-3×10-3 m3·s-3,湍流在上层产生并向下传递.

SACOL黑碳和沙尘气溶胶辐射强迫分析

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)的太阳光度计资料、AREONET气溶胶光学特性资料,采用辐射传输模式SBDART分析了SACOL典型日个例沙尘气溶胶和黑碳气溶胶的长、短波辐射强迫,探讨了不同地表反照率和天顶角对气溶胶辐射强迫的影响.分析表明,沙尘和黑碳在地表的短波辐射强迫分别是-146.54,-60 W/m^2,长波辐射强迫分别是17.79,8.66 W/m^2,短波辐射强迫是长波的6倍多,沙尘辐射强迫是黑碳的2倍多;在大气层顶沙尘和黑碳短波辐射强迫是39.04,27.2 W/m^2,长波辐射强迫为12.19,5.0 W/m^2.短波辐射强迫随地表反照率的增加而增大,长波辐射强迫随地表反照率的增加线性减小.随天顶角减小,大气层顶的短波辐射强迫线性增加,地面短波辐射强迫对数减小,长波辐射强迫随天顶角的变化很小.

基于WRF不同边界层方案的黄土高原丘陵冬季地面气象要素日变化模拟分析

利用中尺度模式WRF 3种边界层参数化方案(YSU、MYJ和ACM2),模拟了2009年12月1～6日兰州大学半干旱气候观测站(SACOL)冬季地面感热、潜热、温度和风速的日变化,并与同期实测资料进行了对比分析。结果表明模式能较好地反映模拟期间风温的日变化,在高分辨率模拟时MYJ边界层方案对于低层风温的模拟结果明显优于YSU和ACM2方案。3种方案均能模拟出地面感热和潜热日变化,其中MYJ方案对感热模拟效果较好,ACM2方案对潜热模拟较好,但因为单一的陆面过程等物理选项,3种方案对能量的模拟均存在一定的误差。