中国低纬度地区大气臭氧总量的变化特征

分析研究了位于我国低纬地区不同经度的昆明与香港两个站点上空的臭氧分布与演变状况,得出了中国低纬度地区大气臭氧总量的时空演变特征。研究结果显示:(1)香港与昆明两地臭氧的时间变化特征极为相似;(2)整个中国低纬地区的大气臭氧的时间变化趋势是非常一致的,在空间上呈现出东高西低的特征;(3)我国低纬地区的大气臭氧总量在夏季出现极大值,在冬季出现极小值。计算结果还表明,昆明的臭氧总量要小于其所在纬圈的平均值。

基于沙尘气溶胶识别的中国北方地区MODIS云检测产品的改进研究

美国国家航空航天局(NASA)的MODIS业务云检测产品MOD35是其他大气产品和陆地产品反演的辅助数据,也是目前很多云检测研究的检验依据。为研究MODIS云检测业务产品MOD35的监测效果,分析了中国北方地区有沙尘暴天气的MOD35产品,发现产品易将沙尘气溶胶区域误判为云。为了区分沙尘和云,对中国北方地区白天4次沙尘过程数据进行散点图分析,并通过计算损失率得到沙尘气溶胶的11μm、12μm通道亮温差特征和11μm通道、3.7μm通道的亮温范围,改进了MODIS监测沙尘气溶胶的算法。应用此算法对MODIS云检测产品中的沙尘气溶胶污染进行判别,分析结果与国家气象卫星中心发布的沙尘监测一致。改进的算法能有效地监测出MOD35产品中误判为云的沙尘区域,结合MOD35自身的厚气溶胶标记,改进了云检测产品的效果。

城市边界层大气环境领域问题的研究方法和模式系统

城市边界层大气环境领域的问题逐渐成为近些年的研究热点 ,本文概略介绍城市大气环境问题的研究方法和给出了一些应用广泛的模式系统的要点。

华北玉米农田大气/植被界面氨气和铵盐动态变化研究

为系统研究大气/植被界面还原性氮(氨气和铵盐,NHx)的动态变化,选择华北典型玉米农田生态系统,于2016年8月和9月开展了2次综合观测实验,同步采集并测量了植被冠层大气中氨气和铵盐浓度(气溶胶和降水)、玉米叶片和土壤中铵盐含量。结果表明:实验期间(玉米抽穗期和花粒期),植被冠层氨气和铵盐浓度的平均值分别为30.6±6.8μg·m^(-3)和5.9±3.3μg·m^(-3),变化范围分别为21.1~37.6μg·m^(-3)和2.1~8.0μg·m^(-3);降水过程造成植被冠层的气溶胶铵盐浓度下降了75%,这一比例(被降水湿清除的效率)显著高于氨气。玉米叶片中铵盐含量从植株顶端到底部呈现下降趋势,变化范围为0.17~0.25 mg·g^(-1)(抽穗期)和0.74~1.20 mg·g^(-1)(花粒期),且呈现随温度升高而升高的日变化特征。抽穗期植株氨气补偿点为1.9±1.4μg·m^(-3),远低于大气氨气浓度31.4±4.8μg·m^(-3);花粒期植株氨气补偿点52.0±30.7μg·m^(-3),高于大气氨气浓度29.3±11.7μg·m^(-3)。8月10—13日玉米抽穗期,大气活性氮通过降水、气体和气溶胶3种途径输入到农田的总量约25 mg N·m^(-2)·d^(-1),是农田土壤和作物可利用氮的重要来源。农田氮管理中需要充分考虑植被与冠层大气氨的交换过程。

用格子Boltzmann方法构建大气动力学模式的初步研究

文中建立了一个格子Boltzmann模型 ,经过Chapman Enskog展开得到的方程组能完整描述正压大气的动力过程 ,成功地模拟了正压地转适应过程 ,对Obukhov的经典例子进行了数值检验。结果表明 ,Obukhov的结果只体现了科氏力和气压梯度力的平衡 ,而本模型可以精确地描述科氏力、惯性力和气压梯度力三者的完整平衡 ,与Obukhov线性理论相比 ,气压变化量的数值相差 2 8% ,说明了线性适应理论只在定性方面正确 ,在定量方面还不准确。数值结果还表明粘性力在地转适应过程中基本不起作用。同时 ,还模拟了一个更大尺度的适应问题 ,验证了气压场与风场适应过程取决于尺度大小这一论断数值试验表明 ,格子Boltzmann方法用于模拟大气运动是可行的 ,而且因其编程简洁方便 ,天然具有极好的并行性能 。

基于HLA的大气环境仿真应用研究

针对大气环境仿真的特点,采用HLA分布式仿真技术,论述了以HLA/RTI为支撑的大气环境分布式仿真体系结构、关键技术及实现方案,并对该环境下开发大气环境联邦成员进行了详细的说明,实现了大气环境建模与仿真应用的一体化设计,从而提高了大气环境仿真应用的互操作性和可重用性,为大气环境仿真向其它系统仿真应用提供了一种有效的手段。

积云团对大气层结影响的模拟研究

文中设计了一个二维完全弹性的积云团数值模式 .模式中考虑了水平均一和时间定常的大尺度抬升速度的影响 .大度抬升速度只对热力学方程和水汽守恒方程有影响 .积云团的启动方式采用冷池和随机扰动相结合的方法 .文中对一个给定温湿层结和大尺度抬升速度情况下 ,就不同扰动结构、水平环境切变、模式区域大小和冷池强度等进行了 1 1个模拟试验 .结果表明 ,在不同扰动结构、是否有水平环境风切变、模式区域不同以及不同云型谱时 ,给定温湿层结和大尺度抬升速度下的积云团活动使得温湿层结向着同一温湿层结调整 .这说明大气由于积云团活动达到准平衡状态 ,这个准平衡状态主要依赖于初始温湿层结和大尺度抬升速度 .这与 Betts积云参数化方案的假设相一致 .

北京大气颗粒物中多环芳烃浓度季节变化及来源分析

使用大流量滤膜采样器,从2006年9月至2007年8月,每周同时采集北京城市大气可吸入颗粒物(PM10)和细粒子样品(PM2.5)各一次,二氯甲烷超声抽提-气相色谱/质谱分析了17种多环芳烃(PAHs)浓度,结果表明,春、夏、秋、冬四季北京大气PM10和PM2.5中PAHs总量分别为63.8±44.6ng.m-3、43.2±4.5ng.m-3、84.7±108.3ng.m-3、348.0±250.0ng.m-3和54.7±17.3ng.m-3、40.3±8.6ng.m-3、66.1±81.5ng.m-3、337.7±267.2ng.m-3;约有70%的PAHs存在于细粒子PM2.5中,其质量浓度有明显季节变化,冬季>秋季>春季>夏季;颗粒物中PAHs主要以4、5、6环存在,其中4环以上占79.4%.源解析表明,北京大气颗粒物中的PAHs主要来自燃煤,同时汽油、柴油燃烧排放也不能忽略.结合气象要素分析,温度升高和太阳辐射增强易造成多环芳烃挥发和反应,湿沉降有利于多环芳烃随颗粒物清除.

内蒙古天然与放牧草原温室气体排放研究

采用静态箱 气相色谱法测定内蒙古典型草原温室气体排放 .结果表明 ,四类天然草原吸收CH4、排放N2 O和CO2 各自有其相对固定的季节变化形式 ,四类草原和大气交换温室气体通量的变化形式基本一致 ,受年度气候季节变化所控制 ,而土壤、植被类型、降雨量等天然因素和放牧强度等人为因素仅影响排放强度 .与天然羊草草原相比 ,自由放牧降低了羊草草原对CH4的吸收和N2 O排放 ,增加了CO2

珠穆朗玛峰北坡局地环流日变化的观测研究

青藏高原地-气间的物质／能量交换是高原与全球大气系统相联系的重要纽带。陡峭的地形和强烈的地表差异在高原山区形成特殊的局地大气环流系统，在地气交换中起着重要作用。为研究珠峰北坡的局地环流系统，于2006年5～6月问在珠峰北坡绒布河谷实施强化观测实验HEST2006，对该地区的局地环流以及辐射和热力状况进行观测，分析了该地区局地环流的日变化过程，包括：（1）地面风场的分布和变化；（2）风场垂直结构；（3）垂直运动及可能的驱动机制。研究表明，该地区局地大气环流是由地形与地表状态调整的大气辐射加热和冷却所驱动，包含多种不同的山地环流成分，与典型山谷风环流不同，具有很强的特殊性，对地气间的交换有重要影响。

浑善达克沙地气候因子对沙尘暴频率影响作用的模拟研究

利用浑善达克沙地气象台站的常规气候资料,分析了气候要素和沙尘暴频率的多年变化状况,建立了能够很好描述区域沙尘暴频率年际变化的沙尘暴指数,并建立了适合浑善达克沙地气候特征的气候因子影响沙尘暴频率指数模型。结果表明,浑善达克沙地自1960年后气候逐渐变暖,并有微弱变湿趋势,沙尘暴年日数自1994年起波动增加,2000年出现极大值;沙尘暴年日数与沙尘暴指数的相关系数达0 7左右;建立的气候影响指数模型,能够用来解释当前浑善达克沙地沙尘暴频率的分布格局。

珠峰绒布河谷大气边界层结构的数值模拟

利用中尺度气象模式RAMS对2006年6月12～16日珠峰绒布河谷地区大气边界层结构进行了模拟，并将模拟的风温时空分布与风廓线仪LAP3000的观测资料进行了对比分析。结果表明，绒布河谷地区的局地环流具有明显的日变化（午后至夜间盛行山风，可持续12h，且风速较大；在山风盛行期间，山风的影响高度可达400700m左右），其中下垫面不均匀性导致的温度差异是引起局地环流的主要因素；RAMS模式较好地反映了绒布河谷地区局地环流的时空变化特征。

2006年超级台风“桑美”强度与结构变化的数值模拟研究

使用一个高分辨率、非静力数值模式WRF模式对2006年超级台风Saomei强度和结构进行了数值模拟研究。首先,评估了Makin的粗糙度长度公式对台风Saomei强度和结构变化的影响,结果表明,采用新参数后,使得模拟的台风强度变化与实况最佳路径资料的强度变化更一致,对超级台风Saomei强度预报有改进;但对台风路径的影响不大。通过QuikSCAT、雷达和TRMM非常规资料的验证,进一步表明模拟的台风Saomei的结构与实况很接近,可以再现台风内核区域的部分"双眼墙"和"Annular"结构。其次,通过对台风Saomei边界层过程模拟的改进,表明在平均风速大于40m/s时边界层各物理量明显改善,使得模式最大强度比传统的简单外推插值方案有显著改进,特别是在台风最强阶段,当台风Saomei眼墙区域的海表面拖曳系数C_d的相对变小,使得其眼墙区域的平均切向风速、径向风速、垂直风速、温度距平、涡旋动能和绝对角动量等物理量均有增强。表明台风Saomei眼墙区域(20—40 km)各物理量的贡献对其强度和结构变化的影响十分重要。最后,在此基础上进一步分析模式海温和大尺度环境垂直风切变对台风Saomei强度和结构变化的可能影响,讨论了台风Saomei在其增强和消弱阶段中,大尺度环境垂直风切变对其强度变化的负反馈作用。

北京市大气中BTEX工作日与非工作日的浓度变化

对2006年北京市大气中苯系物(BTEX)在工作日和非工作日的浓度变化进行研究.结果表明,BTEX在非工作日的平均浓度比工作日低4.8%,其中"五一"和"十一"假期BTEX的浓度分别为54%和13.2%.BTEX在非工作日浓度降低的主要原因是因为非工作日机动车使用量的减少.在工作日BTEX浓度峰值与上下班交通高峰有关,而在非工作日浓度从下午到夜间维持在一个较高浓度.BTEX各物质之间的比值在工作日和非工作日差别不大,但是各物质之间在非工作日的相关性比工作日好.苯和甲苯在工作日和非工作日都具有较好的相关性,乙苯和二甲苯之间在非工作日的相关性比工作日高.

大气环境建模与仿真技术

概述了大气环境建模与仿真技术领域的发展历程和技术现状,阐述了大气环境建模与仿真的关键基础技术,包括综合自然环境概念参考模型、大气环境建模技术、动态大气环境仿真技术、环境数据表示和交换技术、主环境库技术、环境剧情生成技术、大气环境对武器装备的影响仿真及评估技术、基于分布网络的大气环境仿真技术、虚拟现实技术、大气环境建模与仿真的校核验证和确认技术等,对大气环境建模与仿真技术的应用进行了简要分析,最后提出了大气环境建模与仿真技术的进一步发展方向。

ATMS卫星资料的同化应用及与AMSUA/MHS的比较研究

针对数值预报中ATMS卫星资料的同化应用问题,在WRFDA框架下扩展了对ATMS卫星资料的同化功能,选择2012年7月第9号强台风"苏拉"开展初步研究,比较了NOAA18卫星上搭载微波传感器AMSUA/MHS的结果,分析卫星资料特征并试验资料同化应用对区域数值预报的影响。结果表明,ATMS探测质量优于或与AMSUA/MHS相当;同时由于ATMS具备的高空间覆盖率、增多的温度探测扫描点和湿度探测通道,可为资料同化系统提供更丰富的观测信息,有效改善数值预报效果。ATMS卫星资料的降噪处理是资料同化应用的一个初始环节,对于个例的研究结果表明,总体上可以降低噪声和提高资料的使用效果,但在湿度探测段低层通道存在经偏差订正后降噪处理结果误差有所增大的现象,说明针对处理方式还需要调整资料应用的多个环节。偏差订正前,卫星微波资料同化目前普遍使用的ATMS温度探测9通道和湿度探测22通道的卫星观测和模拟间存在较大偏差,是ATMS资料同化应用中需要注意的。此外,ATMS卫星探测与AMSUA/MHS探测通道设置较大的差别之一在于窗区通道,由此主要依据窗区通道探测的云检测方案在ATMS资料同化应用中需要加以调整和试验。

大气污染物SO_x输送方程的尺度分析

文中用量纲分析方法分析了控制大气污染物输送方程的动力学特性。提出了 6种反映大气污染物输送过程中各种动力、物理和化学过程相对重要性的动力学参数。并以硫氧化物为例进行了各参数量级大小分析 ,尤其对 3种起汇作用 (去除机理 )的机理 (化学转化、干沉降和湿清除 )在不同尺度大气污染过程中的作用进行了详细分析。结果表明 :在一般情况下 ,SO2 的气相化学作用小于干沉降和湿清除的作用 ;干沉降作用很依赖于模式最底层厚度的选取 ;在有降雨时湿清除作用一般较大。文中还对大气污染物SOx 输送方程各项特征量的量级作了分析对比 ,得出了控制不同尺度大气污染物输送过程的零级近似方程和一级近似方程 。

用伴随方程研究空气污染的优化控制

从一类常见的空气污染控制问题出发 ,推导了三维非平坦地形下大气平流扩散方程的伴随方程 ,利用伴随方程和原始方程的关系 ,对优化控制问题进行了等价变形 ,大大降低了计算量 .文中指出 ,空气污染预报问题是正问题 ,适合用平流扩散原始方程求解 ;控制问题是反问题 。

城市大气污染物扩散模拟系统开发

简单介绍了一个应用于复杂地形、 下垫面条件下的中尺度大气污染物扩散模式的开发和利用； 并为城市大气质量数值模拟和预测的实施， 以兰州为例进行了初步的理想数值试验， 其结果将对改进模式和城市污染源的描述提供依据并积累经验。同时这也是最终形成城市大气质量预测系统的前期工作。

应用简化生物圈模式(SiB2)模拟通榆地气通量研究(英文)

主要通过对比观测与SiB2模拟的吉林通榆农田和草地样地的感热通量、潜热通量、CO2通量和气温来检测独立版简化生物圈模式的数值模拟能力。在模拟中,农田和草地代表半干旱区2种典型的地表覆盖类型,它们的全年冠层高度和叶面积指数都处于变化当中,在非生长季地表裸露,而在生长季,冠层高度农田可达2m,草地可达0.8m,对应的叶面积指数分别可达4.2和2.4。SiB2模型模拟用观测值为初始场,以半小时气象观测为驱动场。对2003年的模拟和观测的比对研究表明:在生长季模式具有很好的模拟小时时间尺度的潜热、感热和CO2通量及地表气温的能力;(2)模式模拟土壤热通量可能偏大;(3)模拟的逐日潜热、感热和CO2通量及地表气温可用合理地反映全年的季节变化。图11表3参23。