东亚典型干旱、半干旱区夏季感热通量的年代际变化特征

基于1901—2010年ERA-20C地表感热通量和其他气象要素逐月资料,利用Lanczos低通滤波、多元逐步回归、Mann-Kendall检验和滑动t检验等方法,分析东亚典型极端干旱区、干旱区、半干旱区和湿润偏干区4个区域夏季感热通量的变化趋势及年代际变化特征。结果表明:(1)近110 a,东亚干旱、半干旱区4种类型区域的夏季感热通量变化趋势不尽相同,极端干旱区无明显变化趋势,而其他3个区域均呈显著上升趋势,且随着地表湿润度的增加上升趋势越大;半干旱区和湿润偏干区夏季感热通量在显著上升趋势上还叠加了明显的年代际特征,均在1960年代发生由偏低向偏高的突变,而干旱区夏季感热通量突变时间在1950年代中期。(2)各气象要素对夏季感热通量变化的贡献在东亚干旱、半干旱区不同区域有显著差异。极端干旱区和干旱区夏季感热通量的变化主要由地表净辐射和降水贡献,而半干旱区和湿润偏干区则主要由地气温差和10 m风速贡献,且突变后期的贡献均高于突变前期。(3)大气环流异常对东亚夏季感热通量变化有重要作用。突变前期,东亚干旱、半干旱区大部高空200 hPa为东风异常,低层850 hPa为东南风异常,配合500 hPa正涡度异常,导致辐合上升气流偏强,有利于维持夏季感热通量偏低;反之突变后期,200 hPa为西风异常,500 hPa为负涡度异常,低层850 hPa为西北风异常,导致辐合上升气流偏弱,有利于维持夏季感热通量偏高。

典型工业城市兰州市大气氧气的高精度观测研究

人类活动对城市区域的空气含氧量产生了显著的影响,这种改变已经对区域范围内的大气氧平衡构成了威胁。但是城市大气O_(2)的相关研究仍然薄弱,无法对城市O_(2)变化机制做出系统评估。因此,在城市区域进行大气O_(2)的长期观测具有重要意义。详细介绍了兰州市在线大气氧观测平台的基本情况,该平台是国内首个大气O_(2)原位高精度连续观测平台。平台采用气相色谱仪—热导检测器(GC-TCD)来测量大气中O_(2)含量,并构建了一种基于XGBoost模型的数据订正方法。通过使用这种方法,成功地减小了大气O_(2)观测数据的系统误差,使得订正后的测量结果的误差明显减小至-0.68μmol/mol。观测结果表明,大气中O_(2)呈现明显的季节性和日变化特征,且大气O_(2)与城市人类活动指标(NO_(x))之间存在良好的对应关系。该平台能够在高背景下检测到大气O_(2)的微变化,为城市大气O_(2)相关研究提供关键的数据支持。由于碳氧循环紧密相关,大气O_(2)的长期观测可为有效制定因地制宜的“双碳”现实路径提供科学依据。

大涡模式分辨率对海洋信风区大气边界层结构和演变模拟的影响

利用BOMEX(巴巴多斯海洋与气象学试验)的探空资料和LEM(大涡模式),通过改变LEM水平分辨率的敏感性数值试验,对比分析不同尺度的湍涡对信风积云边界层中混合层和云层的结构、演变以及对流形式和强度的影响。结果表明,水平分辨率较高时模拟的湍涡尺度较小、混合层顶的夹卷作用较强,模拟的混合层较暖、较干,而且模拟的对流泡尺度较小、强度较大,能够模拟出较精细的边界层结构;而水平分辨率较低时则相反。模拟的湍涡尺度对海洋信风区边界层积云中液态水混合比的模拟结果影响较大:LEM模拟的湍涡尺度较小时模拟的信风积云形成的时间较早、云顶高度较高,单个云块的体积较小但数目较多,液态水含量较高;而模拟的湍涡尺度较大时则相反。虽然水平分辨率为50 m和125 m的试验都能模拟出较精细的信风边界层中混合层、云层的结构和演变特征,但是,考虑到提高分辨率在模拟过程中产生的噪音信号对结果的影响以及计算时间等问题,LEM采用125 m的水平网格距是对海洋信风边界层积云对流模拟较为理想的选择。

RCP8.5情景下未来热带太平洋海域大气对海表温度的响应分析

热带太平洋是大气对海表温度(sea surface temperature,SST)异常响应最活跃的地带之一,了解热带太平洋海域大气对SST异常响应的变化特征有助于全面了解大气环流、ENSO、季风爆发、台风活动甚至平流层的物理、动力学过程。利用CMIP5的GFDL-ESM2G和CMCC-CESM模式研究未来RCP8.5排放情景下,热带太平洋海域大气对SST异常的响应特征。结果表明,2006—2100年热带太平洋SST逐年增加,而2080—2100年热带太平洋SST与对流活动、200 hPa位势高度异常、垂直速度异常的相关性较2006—2030年明显减弱,预示未来热带太平洋海域大气对SST异常的响应可能减弱。热带太平洋海域大气对SST异常的响应减弱进一步导致平流层温度对未来热带太平洋SST增加的响应减弱。CAM5的敏感性试验结果亦证实了未来热带太平洋海域大气对SST变暖的响应可能减弱。进一步研究发现热带太平洋区域平均SST从2006—2030年的27.4℃增加至2080—2100年的29.4℃。已有研究表明,当热带太平洋SST在27.5℃附近时,深对流活动会随着SST增加而线性加强,而当SST超过28℃时,SST的增加对对流活动的影响变小。因此,未来热带太平洋SST超过28℃,SST的持续增加对对流活动的影响变小,从而导致大气对SST异常的响应减弱。

西北地区MODIS气溶胶产品的对比应用分析

利用气溶胶自动监测网（AERONET）的太阳光度计（CE-318）资料，对2003-2010年西北干旱半干旱区MODIS暗像元算法和深蓝算法2种气溶胶光学厚度（AOD）产品进行对比验证，在此基础上进一步研究了该区域AOD的空间分布特征及变化趋势。结果表明，MODIS暗像元算法AOD产品在半干旱区原生植被覆盖地表精度优于深蓝算法，而西北干旱区荒漠地表深蓝算法产品精度较高。Aqua—MODIS深蓝算法AOD产品能够较好地给出我国西北荒漠亮地表地区AOD的分布及季节变化情况，AOD高值区多分布在沙尘源区，且春季AOD最大。2003～2010年，塔里木盆地、准噶尔盆地和柴达木盆地年均AOD分别在0．5、0．4和0．3附近波动；沙尘区各区域年均AOD大多呈现增加趋势。其中，塔里木盆地AOD增加趋势较大，而内蒙古西部和准噶尔盆地呈现微弱减少趋势。

山地丘陵地区ST风廓线雷达的探测性能评估

利用淮南2015年3月至2016年2月ST风廓线雷达探测资料,从雷达运行模式和不同高度数据获取率的年、季、日变化角度,对该型号雷达在山地丘陵地区的探测能力进行评估。结果表明:山地丘陵地区,ST风廓线雷达能够获取高时空分辨率的探测资料,雷达正常工作时间占比为85.6%。雷达的探测能力在边界层和对流层中层明显高于对流层高层,年平均有效探测高度约14.0 km,占雷达最大探测量程的67%。可能受大气湿度、温度影响,探测能力在5—8月和12月对流层低层变低。受大气湍流影响,探测能力综合表现为夏季较高,春季次之,秋、冬季依次降低的季节差异,以及正午较低、凌晨较高的日变化特征。

我国臭氧污染时空分布及其成因研究进展

近年来,我国城市臭氧(ozone,O3)污染日益严重,O3污染特征及其来源分析和防治工作引起了普遍重视。我国O3污染高值区出现在华东、华北,且污染在典型城市群聚集;污染事件主要集中在夏、秋季,冬季污染较少,大部地区O3浓度逐年上升;人为排放的挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)和氮氧化物(nitrogen oxides,NOx)是O3污染产生的重要原因,不同区域对两者敏感性不同;高温、低湿度、低风速条件有利于O3污染维持和发展;全球气候变暖影响局地对流层O3浓度,对流层O3污染也反作用于气候变化。

全球变暖过程中海陆增温差异特征研究进展

全球变暖过程中,陆表平均升温幅度显著大于海表,即海陆增温差异现象。随着全球气温持续升高,海陆气温增幅的差异不断增大,但海陆增温比基本保持恒定,海陆增温比最大出现在中高纬地区。本文总结了全球变暖过程中海陆增温差异现象的研究现状,从气候系统对温室气体等外强迫的瞬时响应和平衡态响应两个角度介绍海陆增温差异的形成机制。结果表明:海陆热容量差异是海陆增温差异形成的原因之一,而大气湿度与垂直减温率反馈是造成海陆增温差异的主要原因,且海表温度强迫和植被蒸腾、地表蒸发、云量、降水和相对湿度的变化对海陆增温差异的形成有一定贡献。模式模拟的海陆增温比与观测结果基本一致,但在北半球中高纬度地区被严重低估,这可能与常绿针叶林扩张引起的反照率反馈和阻塞高压与海陆热力差异之间的反馈有关。

热带对流层顶温度异常与低平流层水汽异常“不匹配”个例的分析

利用UARS卫星卤素掩星试验(HALOE)的观测资料结合同时期的ERA-Interim再分析资料分析了1994—2005年热带对流层顶温度异常与低平流层水汽异常的关系。结果表明,1994—2005年期间大部分年份都是热带对流层顶温度异常偏高(偏低)对应平流层水汽异常增加(减小)的温度-水汽的"匹配"现象,但是在1996年则出现了温度-水汽的"不匹配"现象。对比同年中所出现的"不匹配"月份与"匹配"月份,"不匹配"月份的对流活动发生频率低于"匹配"月份,对流活动月平均强度弱于后者,但"不匹配"月份的对流活动瞬时强度较大,在四个时段内发生了强而深厚的深对流活动,地面气旋活动与海温升高则是造成这四个时段发生强深对流活动的主要因素。在较强上升气流的作用下,水汽能够从对流层低层直接传输至低平流层,使平流层水汽增加。另一方面,较强的深对流活动抬升对流层顶,使对流层顶温度降低。因而,短时强烈的深对流活动是造成1996年温度-水汽"不匹配"的关键因素。此外,"不匹配"月份期间BD环流的异常增强使得低平流层的水汽更进一步增加,加剧了温度-水汽的"不匹配"现象。

陆地氧循环过程研究进展

氧循环是地球系统重要的生物化学循环之一,其变化对地球的宜居性有着重要影响。工业革命以来,由于人类活动的影响,现代氧循环相比地质年代的氧循环发生了巨大的变化。陆地氧循环过程在现代氧循环中具有举足轻重的作用。从陆地植被生态系统产氧、陆地燃料燃烧耗氧等方面对已有陆地氧循环过程研究进行了回顾,表明:①陆地过程的变化会直接造成大气氧气浓度的波动,对大气氧气浓度有预测作用;②陆地氧循环过程反映了生态系统对人类活动与气候变化的响应,对评估生态安全具有指示作用。通过探究陆地氧循环过程对气候变化与人类活动的反馈,有助于预测未来大气氧气浓度的变化,为未来区域发展政策制定提供参考。