运用区域气候模式RegCM4.0(Regional Climate Model Verson 4.0)耦合入一个化学过程,对硫酸盐、黑碳、有机碳这3种人为气溶胶的时空分布特征和直接辐射效应进行了数值模拟,进而研究了气溶胶对南亚冬季风的影响。结果表明:光学厚度和地...运用区域气候模式RegCM4.0(Regional Climate Model Verson 4.0)耦合入一个化学过程,对硫酸盐、黑碳、有机碳这3种人为气溶胶的时空分布特征和直接辐射效应进行了数值模拟,进而研究了气溶胶对南亚冬季风的影响。结果表明:光学厚度和地表短波辐射强迫的时空变化可能主要受硫酸盐气溶胶的影响。在南亚夏季风向冬季风转换时期和南亚冬季风盛行时期,大气层顶和地表的负短波辐射强迫分布与气溶胶分布基本一致,地表辐射强迫强度绝对值比大气层顶辐射强迫强度绝对值大得多。相关分析和合成分析表明:在南亚夏季风向冬季风转换时期和南亚冬季风盛行时期,南亚人为气溶胶主要分布区中的气溶胶柱浓度含量与南亚冬季风的建立和强度有反相关关系。这与气溶胶吸收太阳辐射,从而引起气温和位势高度的变化有关。展开更多
气候变化背景下进一步开展高污染地区气溶胶直接辐射效应的研究,对于该地区的大气环境监测、气候变化评估以及农业生产布局等具有重要意义。利用全球气溶胶监测网(AERONET)多年观测资料以及MODIS地表反照率数据,借助6S(Second Simulatio...气候变化背景下进一步开展高污染地区气溶胶直接辐射效应的研究,对于该地区的大气环境监测、气候变化评估以及农业生产布局等具有重要意义。利用全球气溶胶监测网(AERONET)多年观测资料以及MODIS地表反照率数据,借助6S(Second Simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum)辐射传输模式,定量评估2001年1月-2016年12月中国AERONET北京、香河和太湖3个典型高污染站点多年晴空条件下的气溶胶直接辐射效应。结果表明:(1)各个高污染站点气溶胶PM2.5质量浓度季节变化特征差异明显,秋冬污染较为严重,其中高值主要集中在1月、2月、11月和12月;(2)与无气溶胶影响相比,气溶胶致使各站点地表直接辐射年际变化较明显。在气溶胶影响下,北京、香河和太湖3个站点2001-2016年地表日平均直接辐射年际变化较明显,均呈波动增加趋势,且香河站日平均直接辐射增加最大(621.14W·m-2),太湖站次之(743.29W·m-2),北京站最小(488.14W·m-2)。(3)气溶胶影响下各站点地表直接辐射明显降低,且气溶胶对各站点影响差异较大。2001-2016年,北京、太湖和香河站年平均地表直接辐射分别降低32.29%、24.01%和15.07%。其中,气溶胶对北京站的地表直接辐射影响最大,香河站最小。(4)近15a来,北京、香河和太湖3个站点气溶胶地表辐射效应均呈现增加趋势。展开更多
在大气气溶胶污染日益严重的时代背景下,气溶胶对农作物生长发育的影响越来越不可忽视。本文以全球气溶胶监测网(AErosol RObotic NETwork, AERONET)中具有常年观测数据的我国北京、香河和太湖为研究站点,利用AERONET 多年观测资料以及M...在大气气溶胶污染日益严重的时代背景下,气溶胶对农作物生长发育的影响越来越不可忽视。本文以全球气溶胶监测网(AErosol RObotic NETwork, AERONET)中具有常年观测数据的我国北京、香河和太湖为研究站点,利用AERONET 多年观测资料以及MODIS 地表反照率数据,借助6S(Second Simulation of a SatelliteSignal in the Solar Spectrum)辐射传输模式,计算出2001—2014 年研究站点的气溶胶直接辐射效应,评估了APSIM(Agricultural Production Systems Simulator)作物模型的适用性,运用验证适用的APSIM模型分析了气溶胶直接辐射效应对我国玉米产量的影响。结果表明: 1)验证后的APSIM 玉米模型在我国北京、香河和太湖玉米产区具有较好的适用性。APSIM 模型在模拟玉米的发育期以及产量中的模拟结果较好,其中各站点产量的相对均方根误差(NRMSE)为1.55%~6.24%,一致性指标(D)为0.80~0.99,决定系数(R^2)为0.75~1.00。2)气溶胶使得太阳直接辐射降低;降低的趋势主要受气溶胶的净辐射通量的影响。2001—2014 年期间北京、香河和太湖总辐射量分别降低31.95%、14.74%和28.30%。3)气溶胶直接辐射效应造成玉米减产。2001—2014 年期间气溶胶直接辐射效应使得北京、香河和太湖玉米产量分别减少28.44%、14.89%和13.43%。总体来说,2001—2014 年期间大气气溶胶直接辐射效应使得我国北京、香河和太湖3 个高污染区的玉米产量减少13.43%~28.44%。展开更多
为解析大气污染物与气象的双向反馈机制及其对气象和环境的影响,建立基于Mie散射理论的气溶胶—光学性质模块,研制气象-化学双向耦合器,以嵌套网格空气质量预报模式NAQPMS(Nested Air Quality Prediction Modeling System)为基础,建立了...为解析大气污染物与气象的双向反馈机制及其对气象和环境的影响,建立基于Mie散射理论的气溶胶—光学性质模块,研制气象-化学双向耦合器,以嵌套网格空气质量预报模式NAQPMS(Nested Air Quality Prediction Modeling System)为基础,建立了NAQPMS和中尺度气象模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)的双向耦合模式(WRF-NAQPMS)。利用此模式数值模拟了2013年9月27日至10月1日的北京-天津-河北地区一次秋季严重灰霾过程。结果表明,考虑气溶胶辐射反馈的双向耦合模式模拟的气象要素和细颗粒物(PM2.5)浓度与观测结果更为一致。灰霾期间,气溶胶直接辐射效应显著改变了边界层气象要素,北京-天津-河北地区地面接收的太阳短波辐射减少25%,2 m高度的温度平均下降1°C,湍流动能下降20%,10 m高度的风速降低超过0.2 m/s,边界层高度下降25%,使得边界层大气更加静稳,进而造成了重污染地区污染进一步加剧,如石家庄近地面细颗粒物浓度增加可达30%。分析表明灰霾与边界层气象要素之间存在一种正反馈机制,采用该机制的双向耦合模式有利于准确模拟和预报灰霾污染过程。展开更多
文摘运用区域气候模式RegCM4.0(Regional Climate Model Verson 4.0)耦合入一个化学过程,对硫酸盐、黑碳、有机碳这3种人为气溶胶的时空分布特征和直接辐射效应进行了数值模拟,进而研究了气溶胶对南亚冬季风的影响。结果表明:光学厚度和地表短波辐射强迫的时空变化可能主要受硫酸盐气溶胶的影响。在南亚夏季风向冬季风转换时期和南亚冬季风盛行时期,大气层顶和地表的负短波辐射强迫分布与气溶胶分布基本一致,地表辐射强迫强度绝对值比大气层顶辐射强迫强度绝对值大得多。相关分析和合成分析表明:在南亚夏季风向冬季风转换时期和南亚冬季风盛行时期,南亚人为气溶胶主要分布区中的气溶胶柱浓度含量与南亚冬季风的建立和强度有反相关关系。这与气溶胶吸收太阳辐射,从而引起气温和位势高度的变化有关。
文摘气候变化背景下进一步开展高污染地区气溶胶直接辐射效应的研究,对于该地区的大气环境监测、气候变化评估以及农业生产布局等具有重要意义。利用全球气溶胶监测网(AERONET)多年观测资料以及MODIS地表反照率数据,借助6S(Second Simulation of a Satellite Signal in the Solar Spectrum)辐射传输模式,定量评估2001年1月-2016年12月中国AERONET北京、香河和太湖3个典型高污染站点多年晴空条件下的气溶胶直接辐射效应。结果表明:(1)各个高污染站点气溶胶PM2.5质量浓度季节变化特征差异明显,秋冬污染较为严重,其中高值主要集中在1月、2月、11月和12月;(2)与无气溶胶影响相比,气溶胶致使各站点地表直接辐射年际变化较明显。在气溶胶影响下,北京、香河和太湖3个站点2001-2016年地表日平均直接辐射年际变化较明显,均呈波动增加趋势,且香河站日平均直接辐射增加最大(621.14W·m-2),太湖站次之(743.29W·m-2),北京站最小(488.14W·m-2)。(3)气溶胶影响下各站点地表直接辐射明显降低,且气溶胶对各站点影响差异较大。2001-2016年,北京、太湖和香河站年平均地表直接辐射分别降低32.29%、24.01%和15.07%。其中,气溶胶对北京站的地表直接辐射影响最大,香河站最小。(4)近15a来,北京、香河和太湖3个站点气溶胶地表辐射效应均呈现增加趋势。
文摘在大气气溶胶污染日益严重的时代背景下,气溶胶对农作物生长发育的影响越来越不可忽视。本文以全球气溶胶监测网(AErosol RObotic NETwork, AERONET)中具有常年观测数据的我国北京、香河和太湖为研究站点,利用AERONET 多年观测资料以及MODIS 地表反照率数据,借助6S(Second Simulation of a SatelliteSignal in the Solar Spectrum)辐射传输模式,计算出2001—2014 年研究站点的气溶胶直接辐射效应,评估了APSIM(Agricultural Production Systems Simulator)作物模型的适用性,运用验证适用的APSIM模型分析了气溶胶直接辐射效应对我国玉米产量的影响。结果表明: 1)验证后的APSIM 玉米模型在我国北京、香河和太湖玉米产区具有较好的适用性。APSIM 模型在模拟玉米的发育期以及产量中的模拟结果较好,其中各站点产量的相对均方根误差(NRMSE)为1.55%~6.24%,一致性指标(D)为0.80~0.99,决定系数(R^2)为0.75~1.00。2)气溶胶使得太阳直接辐射降低;降低的趋势主要受气溶胶的净辐射通量的影响。2001—2014 年期间北京、香河和太湖总辐射量分别降低31.95%、14.74%和28.30%。3)气溶胶直接辐射效应造成玉米减产。2001—2014 年期间气溶胶直接辐射效应使得北京、香河和太湖玉米产量分别减少28.44%、14.89%和13.43%。总体来说,2001—2014 年期间大气气溶胶直接辐射效应使得我国北京、香河和太湖3 个高污染区的玉米产量减少13.43%~28.44%。
文摘为解析大气污染物与气象的双向反馈机制及其对气象和环境的影响,建立基于Mie散射理论的气溶胶—光学性质模块,研制气象-化学双向耦合器,以嵌套网格空气质量预报模式NAQPMS(Nested Air Quality Prediction Modeling System)为基础,建立了NAQPMS和中尺度气象模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)的双向耦合模式(WRF-NAQPMS)。利用此模式数值模拟了2013年9月27日至10月1日的北京-天津-河北地区一次秋季严重灰霾过程。结果表明,考虑气溶胶辐射反馈的双向耦合模式模拟的气象要素和细颗粒物(PM2.5)浓度与观测结果更为一致。灰霾期间,气溶胶直接辐射效应显著改变了边界层气象要素,北京-天津-河北地区地面接收的太阳短波辐射减少25%,2 m高度的温度平均下降1°C,湍流动能下降20%,10 m高度的风速降低超过0.2 m/s,边界层高度下降25%,使得边界层大气更加静稳,进而造成了重污染地区污染进一步加剧,如石家庄近地面细颗粒物浓度增加可达30%。分析表明灰霾与边界层气象要素之间存在一种正反馈机制,采用该机制的双向耦合模式有利于准确模拟和预报灰霾污染过程。
基金This work was supported by National Natural Science Foundation of China[grant numbers 41675062 and 41375096]the Research Grants Council of the Hong Kong Special Administrative Region,China[project numbers CityU 11306417 and 11335316].
