RESPONSE OF THE OCEAN UPPER MIXED LAYER TO ATMOSPHERIC FORCING

Using a one-dimension Turbulence Kinetic Energy(TKE)mixed layer model based on a simple eddyKinetic energy parameterization of the ocean upper mixed layer,some numerical examinations are intro- duced in this paper.These examination results show that the TKE ocean mixed layer model can respondwell to the effect of atmospheric forcing on the ocean upper mixed layer.The joint effect of wind stressand heat exchange on the ocean upper layer has nonlinear characteristics.The adjustment time of the re-sponse of the ocean upper mixed layer to the atmospheric forcing is about 12 hours in this model.

Effects of monsoon onset vortex on heat budget in the mixed layer of the Bay of Bengal

We investigated the effects of monsoon onset vortex(MOV)on the mixed layer heat budget in the Bay of Bengal(BOB)in spring 2003 using the reanalysis datasets.The results suggest that the solar radiation flux penetrating the mixed layer and the existence of barrier layer are both able to modulate the effects of MOV on the evolution of sea surface temperature(SST)in the BOB.Prior to the formation of BOB MOV,the local SST raised quickly due to mass of solar radiation reaching the sea surface under the clear-sky condition.Meanwhile,since the mixed layer was shallow before the onset of the Asian summer monsoon(ASM),some solar radiation flux could penetrate to directly heat the deeper water,which partly offset the warming effect of shortwave radiation.On the other hand,the in-situ SST started to cool due to the upwelling of cold water when the MOV generated over the BOB,along with the rapidly increased surface wind speed and its resultant deeper mixed layer.As the MOV developed and moved northward,the SST tended to decrease remarkably because of the strong upward surface latent heat flux over the BOB ascribed to the wind-evaporation mechanism.However,the MOV-related precipitation brought more fresh water into the upper ocean to produce a thicker barrier layer,whose thermal barrier effect damped the cooling effect of entrainment upwelling on the decrease tendency of the BOB SST.In other words,the thermal barrier effect could slow down the decreasing trend of the BOB SST even after the onset of ASM,which facilitated the further enhancement of the MOV.

Summer Persistence Barrier of Sea Surface Temperature Anomalies in the Central Western North Pacific

The persistence barrier of sea surface temperature anomalies （SSTAs） in the North Pacific was investigated and compared with the ENSO spring persistence barrier. The results show that SSTAs in the central western North Pacific （CWNP） have a persistence barrier in summer： the persistence of SSTAs in the CWNP shows a significant decline in summer regardless of the starting month. Mechanisms of the summer persistence barrier in the CWNP are different from those of the spring persistence barrier of SSTAs in the central and eastern equatorial Pacific. The phase locking of SSTAs to the annual cycle does not explain the CWNP summer persistence barrier. Remote ENSO forcing has little linear influence on the CWNP summer persistence barrier, compared with local upper-ocean process and atmospheric forcing in the North Pacific. Starting in wintertime, SSTAs extend down to the deep winter mixed layer then become sequestered beneath the shallow summer mixed layer, which is decoupled from the surface layer. Thus, wintertime SSTAs do not persist through the following summer. Starting in summertime, persistence of summer SSTAs until autumn can be explained by the atmospheric forcing through a positive SSTAs-cloud/radiation feedback mechanism because the shallow summertime mixed layer is decoupled from the temperature anomalies at depth, then the following autumnwinter-spring, SSTAs persist. Thus, summer SSTAs in the CWNP have a long persistence, showing a significant decline in the following summer. In this way, SSTAs in the CWNP show a persistence barrier in summer regardless of the starting month.

Co-variation of the surface wind speed and the sea surface temperature over mesoscale eddies in the Gulf Stream region:momentum vertical mixing aspect

The co-variation of surface wind speed and sea surface temperature (SST) over the Gulf Stream frontal region is investigated using high-resolution satellite measurements and atmospheric reanalysis data. Results show that the pattern of positive SST-surface wind speed correlations is anchored by strong SST gradient and marine atmospheric boundary layer (MABL) height front, with active warm and cold-ocean eddies around. The MABL has an obvious transitional structure along the strong SST front, with greater (lesser) heights over the north (south) side. The significant positive SST-surface wind-speed perturbation correlations are mostly found over both strong warm and cold eddies. The surface wind speed increases (decreases) about 0.32 (0.41) m/s and the MABL elevates (drops) approximate 55 (54) m per 1℃ of SST perturbation induced by warm (cold) eddies. The response of the surface wind speed to SST perturbations over the mesoscale eddies is mainly attributed to the momentum vertical mixing in the MABL, which is confirmed by the linear relationships between the downwind (crosswind) SST gradient and wind divergence (curl).

OBSERVING RESULTS OF THE ATMOSPHERIC MIXED LAYER IN BEIJING AREA AND THE EVALUATION OF THEORETICAL MODELS

In the present study the data of wind and temperature profiles and sensible heat flux observed in Beijing in July and December of 1986,together with the results of water tank experiments for comparison,are used to test the prediction models of the atmospheric mixed layer with zero order and first order assumption,respectively. The results show that the entrainment rates in summer and winter used in the zero order model are 0.15 and 0.10,respectively,while its value in the first order model ranges between 0.15 and 0.19 with a lower rate at the initial stage of mixed layer development. Emphasis in the study is also placed on the relationship between the entrainmert rate and the development of the mixed layer.

全球海洋混合层深度和障碍层厚度计算及其时空变化特征分析

基于2002—2019年的Argo温盐数据计算得到海洋混合层深度(MLD)和障碍层厚度(BLT),利用阈值法在计算过程中设置不同的温度阈值ΔT_(1)=0.2℃和ΔT_(2)=0.5℃,并分别利用温度、密度以及由温度和密度计算得到全球海洋的MLD和BLT值,基于此描述不同温度阈值下得到的全球海洋混合层和障碍层分布特征。结果表明:不论阈值是ΔT_(1)还是ΔT_(2),基于温度和密度的计算结果较基于温度参数或密度参数的结果更为可靠。利用温度参数或密度参数计算得到的MLD值,不论是MLDT还是MLDD都能够在一定程度上体现全球海洋MLD的分布特征,两者在赤道附近和低纬度海域结果的一致性较好,在高纬度海域差异较大。基于阈值ΔT_(2)=0.5℃的结果比基于阈值ΔT_(1)=0.2℃的结果与现有MLD数据的相关性更高,但是均方根误差也更大,可能是由于不同海域适合的阈值选择不同,需进一步计算分析。全球海洋BLT较南北半球高纬度海域BLT值更大,BLT值随着纬度的降低而减小,空间分布特征在不同海域均存在明显差异,总体来说BLT随着纬度的降低而减小。

不同路径台风对中国近海海温的影响特征统计分析

文章基于中国气象局提供的最佳台风路径资料,基于K均值聚类分析法将2002年至2021年由西太暖池进入中国近海的台风分为3类,并依据台风路径特征将3类台风分别命名为西行路径台风、西北路径台风和转向路径台风,并使用遥感系统(remote sensing systems,REMSS)提供的海表面温度最优插值日产品和区域海气浪耦合模型(coupled ocean atmosphere wave sediment transport modeling system,COAWST)的模拟结果,对这3类台风造成的上层海洋温度的变化特征进行统计研究。结果显示,3种台风对海表面温度(sea surface temperature,SST)影响特征的不同主要体现在对SST的冷却幅度和作用时间上:转向路径台风对SST的冷却幅度最大并且作用时间最长,西北路径台风次之,而西行路径台风冷却幅度最小且作用时间最短;3种台风对混合层厚度(mixed layer thickness,MLT)与温跃层厚度(thermocline thickness,TT)影响的差异主要体现在MLT和TT的变化幅度和恢复时间上:转向路径台风的MLT和TT变化幅度最大,西北路径台风次之,西行路径台风最小。对于MLT与TT的恢复速度,西北路径台风整体上要明显快于西行路径台风和转向路径台风。

用超声/电声谱监测锂电池正极浆料的合浆及包覆质量

在前期工作的基础上,利用超声/电声学方法对锂电池浆料合浆工艺的质量控制参数进行了探索,对不同来源和不同批次的N-甲基吡咯烷酮(NMP)体系磷酸铁锂电池(LFP)浆料进行了粒度、zeta电位及其微观电学参数的测定。结果显示,对于分散较好的合格样品,浆料的粒度、zeta电位、表面电荷密度可基本重现;而对于原料粒度检测不合格的样品,不仅浆料粒度分布呈现双峰,zeta电位有较大的波动,且表面电荷密度降低,批次间不稳定。研究表明,超声法直接测定锂电池合浆过程中的原浓浆料粒度直观有效,对于工艺质控非常重要;在合浆过程中,因导电添加剂团聚的存在,很难均匀包覆在LFP颗粒上。因此,zeta电位和双电层厚度可以成为导电剂是否分散和包覆均匀的关键质量控制参数。

Quantum Nature of Distortion and Delay of Satellite Signals II

A detailed analysis of the influence of Rydberg states to the behavior of GPS satellite signals in the D and E atmospheric layers has been carried out. It is demonstrated that these states are the main reason for the GPS signal distortion. It is shown that the behavior of satellite signals is associated with the spectral characteristics of the UHF radiation of the Rydberg states depending on the geomagnetic conditions of ionosphere. The foundations of the quantum theory of distortion and delay of GPS satellite signal propagation through D and E atmospheric layers are analyzed and expounded. The problem reduces to the resonant scattering of photons, moving in the electromagnetic field of the signal, to the Rydberg complexes populated in a two-temperature non-equilibrium plasma. The processes of creation of additional photons because of stimulated emission and resonance scattering of photons are considered. In the present work, the quantum theory of the propagation of a satellite signal in the Earth’s upper atmosphere, firstly earlier proposed by the same authors, is described in detail. The general problems of the theory and possible theoretical and applied consequences are discussed. It is explained that two main processes occurring here, are directly related to the resonant quantum properties of the propagation medium. The first process leads to a direct increase in the power of the received signal, and second—to a shift in the signal carrier frequency??and the time delay??of its propagation. The main reasons of the processes are scattering of the Rydberg electron by the ion core and presence of the neutral medium molecule in the intermediate autoionization states of the composite system populated by the strong non-adiabatic coupling of electron and nuclear motions. The main purposes of our investigation are the physical justification of the formation of parameters ?and??using the quantum dynamics of the electron behavior in the intermediate state of the Rydberg complex A**M and the estimation of the quantities of??and??in the elementary act of elastic (Rayleigh) photon scattering.

兰州市一次持续重污染过程的气象条件分析

利用常规气象观测资料、PM10浓度资料及ERA-5再分析资料,对2021年3月14~21日兰州地区一次持续性重污染过程进行分析,结果表明:此次兰州重污染过程主要污染物为PM10,主要来源是输入性沙尘,上游甘肃河西西部、内蒙古西部及蒙古中部在13日傍晚到夜间、14~15日及19日清晨有3个起沙过程;连续3次沙尘输入以及本地沉降缓慢是重污染过程持续时间长的主要原因.沙尘的输送路径主要是河套-宁夏-兰州及阿拉善-宁夏南部-兰州;输送高度主要在1.5~3km.上游白银、中卫的地面风速增大可以预报兰州市沙尘天气的减弱,下沉对流能的突变可以预报兰州市PM10浓度的增加,混合层厚度大值中心的位置和移动方向可以指示沙尘输送的方向.

相变材料在沥青结构层内掺混方案优化研究

为研究相变材料掺混位置对路基沥青层高温的调控效果,以京新高速伊吾—巴里坤区段整体式路基结构为依托,建立地气耦合计算模型,利用Fluent软件分别计算了未掺混相变材料(方案0)、沥青上面层掺混相变材料(方案1)和整体沥青层掺混相变材料(方案2)三种方案下的路面和沥青层温度,并分析了各方案对路面和沥青层的降温效果.结果表明:①方案2对路面的降温效果优于方案1;②当路面温度为55~65℃时,方案1和方案2对沥青上面层靠近路面3 cm区域的降温效果基本一致,此时选择方案1更符合经济性原则;当路面温度为65~75℃时,方案2对整个沥青层的降温效果明显优于方案1,此时选择方案2更有利于沥青层的降温;③方案2更有利于削减整个沥青层的高温日平均持续时长和沥青下面层的高温天数,但其对沥青上面层高温天数的削减效果与方案1基本相同.综合分析可知,在沥青结构层内掺混相变材料对路面具有较好的降温效果,但其对路面的降温效果与路面的初始温度相关,当路面温度为55~65℃时,采用在沥青上面层掺混相变材料的方案即可达到较好的路面降温效果,当路面温度为65~75℃时,采用在整体沥青层掺混相变材料的方案对路面的降温效果更佳.

城市新区大气混合层高度特征分析

分析大气混合层高度的时空变化特征,为优化城市新区内各类型重点大气污染源的布局提供科学依据。收集江西某城市新区内2个气象观测站近10年逐小时实测风速数据及ERA再分析云量数据,采用国标法计算得到能反映两地大气扩散条件的大气混合层高度的逐时数据,并结合2016—2020年该区域空气质量数据,利用SPSS分析大气混合层高度与区域大气污染状况之间的相关性。该城市新区内两地的大气混合层高度有明显差别,但随时间变化的特征总体相同;污染条件下,混合层高度与大气污染物之间的相关性较高且明显优于空气质量等级“优、良”条件下。大气扩散能力的变化特征明显且存在区域差异。

成渝双城经济圈城市化特点对大气污染扩散条件的影响

成渝双城经济圈在复杂大地形和独特盆地气象条件等影响下,一直是中国雾霾频发地之一。为探究成渝双城经济圈局地大气污染扩散气象条件的变化,针对成渝地区独特地形特点,根据地理分布与城市规模选取了成渝双城经济圈7个代表城市,分析了近21年来成渝双城经济圈的城市发展过程中大气污染扩散条件变化特征。结果表明:成渝双城经济圈城市化发展水平逐年增加,区域发展不均衡,表现为成都和重庆的城镇化率高于全国平均水平,成都平原经济区增幅较小,重庆、川东北经济区及川南经济区增幅较大,且2010年城市化发展明显放缓;2000-2018年成渝双城经济圈的空气质量逐年转好,西北部PM2.5降幅明显高于东南部;成渝双城经济圈的污染扩散能力时空差异明显,盆地边缘城市污染扩散能力优于盆地中心城市,土地城市化率低的城市好于土地城市化率高的城市,2010年之后,宜宾和南充污染扩散能力有比较明显的增强。

乌鲁木齐近30a大气稳定度和混合层高度变化特征及与空气污染的关系

基于1979-2008年乌鲁木齐1天4个时次的地面常规气象观测资料,运用Pasquill-Turner稳定度分类方法和修正的罗氏法计算得出了乌鲁木齐市近30 a大气稳定度和大气混合层高度随时间序列的变化特征,分析了2001-2008年混合层高度和稳定度与空气污染的关系。结果表明:近30 a乌鲁木齐大气混合层高度随时间基本呈现缓增的趋势。混合层高度在冬季夜间最低,说明此时大气垂向平均稀释能力最差。近30 a大气稳定度以D类频率出现最高,F类次之;其日变化为夜间多稳定层结,傍晚和清晨中性层结占居主导,中午弱不稳定层结出现最多。混合层高度与API相关系数-0.95,表明大气混合层高度是影响空气质量的重要因素,为开展空气污染潜势预报提供了一个很好的预报指标。F类稳定度的出现频率与API相关系数0.80,也是一个比较好的空气污染潜势预报因子。

上海市近15a大气稳定度和混合层厚度的研究

利用了上海市1990-2004年逐日4个时次的气象资料，运用修正的Pasquill稳定度分类方法和国家标准GB／T13201—91规定的混合层厚度的计算方法计算得出了逐日四个时次的稳定度等级和混合层的厚度，分析了各类稳定度频率和混合层厚度的逐年、逐月和不同时次的变化规律。结果表明：云量对该地区大气稳定度的影响较大；风速对该地区混合层厚度影响较大。

1951—2018年重庆主城区大气自净能力变化特征分析

利用重庆主城区1951-2018年近68年气象观测资料和2014-2018年环境空气质量监测数据,计算并分析了重庆主城区大气自净能力指数的长期变化趋势及其影响因子,探讨了2014-2018年主城区大气自净能力与环境空气质量的关联。结果表明,重庆主城区秋冬季大气自净能力较弱,不利于对大气污染物的清除。近68年主城区大气自净能力阶段性变化明显,20世纪50年代初到60年代初为增强趋势,之后转为持续减弱趋势,21世纪10年代有转为增加的趋势。影响因子中,通风量与大气自净能力指数相关非常显著,小风日数和偏强风日数与大气自净能力有明显的负和正的相关关系。混合层厚度与大气自净能力指数显著正相关,大气稳定度是影响大气混合层厚度的主要因子。降水对大气自净能力正贡献,降水日数与大气自净能力指数正相关显著,2011年后降水日数尤其是偏强降水日数(中雨以上日数)增多是同期大气自净能力增强的主要原因。此外,研究还表明主城区大气自净能力与AQI和PM2.5浓度在日和月尺度上都有显著的反相关关系,说明大气自净能力强时,对应日、月的AQI和PM2.5浓度低,即环境空气质量趋好。

激光雷达探测北京城区夏季大气边界层

为了研究北京城区夏季大气边界层结构变化特征及大气边界层内气溶胶消光特性,2004年8月利用便携式米散射激光雷达对北京城区夏季大气边界层进行了系统观测。反演了观测站上空大气气溶胶的消光特性垂直分布以及大气边界层的高度。分析了气象条件和人类活动对大气边界层结构的影响。观测数据表明:北京城区夏季大气边界层有明显的日变化特征,早晚比较低,日间有一个从低变高再变低的过程,中午前后达到最高。结合气象参数对测量数据进行的统计分析表明:北京城区夏季大气边界层高度相对稳定,多分布在1.8 km以下,平均值为0.68 km;大气边界层内存在浓度较高的气溶胶粒子,平均光学厚度(3 km以内)在0.30左右。

1961-2010年安徽省大气环境容量系数变化特征分析

基于1961—2010年安徽省气象台站的定时观测资料,采用国标法计算安徽省近50年大气稳定度、混合层厚度和大气环境容量系数,并结合合肥市空气质量逐日观测数据初步分析了大气环境容量系数对空气质量的影响。结果表明:安徽省大气稳定度以中性类居多,稳定类其次;近50年来,中性类稳定度呈明显下降趋势,不稳定类和稳定类呈显著上升;不稳定类和稳定类有明显的季节差异,中性类不明显。年平均混合层厚度显著下降;春季混合层厚度在2000年左右发生转折,夏、秋、冬三季下降趋势显著;春、夏季混合层厚度高于秋、冬季,冬季最低,春季最高。安徽省大气环境容量系数以沿淮中部、大别山区南部和沿江中西部最大,淮北大部、大别山区北部和江南南部最小,各地均呈现一致的显著下降趋势,并具有明显的年代际变化特征。年内大气环境容量系数呈"双峰型"分布,秋、冬季为低值时段,大气对污染物容纳能力较差,不利于扩散和清除,空气质量较差。总的来看,1961—2010年安徽省大气稳定度显著增加,混合层厚度较明显下降、风速快速减弱是全省大气环境容量系数变小、大气自净能力减弱的最主要原因。

基于激光雷达和微波辐射计观测确定混合层高度方法的比较

利用苏州地区2010年1月4,7,16日和2月4日4天的激光雷达及微波辐射计观测资料,比较了不同遥感手段探测晴天大气混合层高度的差异,发现试验期间该地区的混合层高度在300～1500 m之间。利用梯度法、标准偏差法、小波法从激光雷达数据中提取混合层高度并进行了对比,结果表明三种方法都能较好地反演混合层高度并且一致性较好,三者差异主要存在于大气边界层的发展和消亡阶段;梯度法和小波法结果无明显差异,而标准偏差法结果稍高于其他方法。在此基础上,利用微波辐射计探测的大气温度,使用温度梯度法估算大气混合层高度,并与激光雷达探测结果进行了比较,结果表明,大多数情况下激光雷达探测结果高于微波辐射计观测结果;两种遥感手段有较好的相关性,相关系数为0.76。激光雷达同微波辐射计结果存在差异,尤其是在边界层的发展和消散阶段,这是由两种遥感手段探测原理不同造成的。

拉萨一次浮尘天气过程分析

2007年1月15—17日拉萨地区出现了一次浮尘天气,造成空气质量污染,能见度下降;拉萨地区的生产、生活及交通运输受到了较大影响。应用欧洲中心客观分析场资料和逐日观测资料,主要从天气形势和气候特征分析了拉萨浮尘天气形成的原因和空气污染的局地气象条件。结果表明,由于冷暖空气在高原地区对峙,温度梯度和锋区加强;以及200hPa高空西风急流的影响,引发西藏地区大风,使干燥、疏松的地表形成扬沙、沙尘暴,大量的细小沙尘粒子随高空偏西气流携带至拉萨。加之拉萨本地低空处于弱辐合区,大气层结稳定,风速较小或静风,导致了拉萨浮尘天气形成。最后,给出了拉萨浮尘天气预报的思路,为拉萨浮尘天气的准确预报提供了一些参考信息。