2002~2022年北京大气气溶胶光学特性的地基遥感连续观测

长时间序列的气溶胶光学特性观测资料是定量研究气溶胶辐射和气候效应的重要基础,也是空气质量和环境健康研究的重要数据来源。本文系统评述了全球AERONET(Aerosol Robotic Network)观测网,并介绍了我国最长观测时间的AEROENT北京站发展状况和一些研究成果;使用北京站长达20余年的观测数据,针对AERONET观测网的光学辐射产品的多时间尺度变化特征进行系统分析,讨论了长期观测的重要性和迫切性。

地基北斗大气水汽反演及其精度分析

本文研究了基于北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)的大气水汽反演技术及其精度分析。大气水汽是气象演变中的重要参数,对降水、天气系统演变和全球气候变化等具有重要影响。传统的大气水汽探测方法存在成本高、时空分辨率低等问题。因此,本文利用北斗三号地球静止轨道(GEO)卫星播发的PPP-B2b信号,采用实时精密单点定位技术,实现了台站处分布式高时效、高精度对流层延迟解算和大气水汽含量反演。在上海、河池和海口三个地区进行了水汽试验,并利用同址探空和GPS水汽数据进行试验数据准确性比对评估分析。结果表明,实时水汽产品的平均RMS在3 mm左右,与目前准业务运行的GPS水汽产品精度相当。该研究为大气水汽含量反演、水汽业务建设提供了重要的参考依据,对于中小尺度极端强对流天气系统监测、台风监测和短临预报具有重要的应用价值。

垂直大气湍流影响下的天气雷达回波信号优化检测方法

垂直大气湍流导致回波信号在大气中扩散,使回波信号质量较差,极易被噪声所淹没,因此,提出垂直大气湍流影响下的天气雷达回波信号优化检测方法。通过分析垂直大气湍流对天气雷达回波信号传输特性的影响,匹配滤波优化算法,改善垂直大气湍流影响导致质量下降的回波信号,利用模糊逻辑方法提取回波特征参数并构建对应隶属函数,设定阈值,获取天气雷达回波信号检测结果。实验结果表明:该方法可有效检测不同仰角的天气雷达回波信号,回波信号波形均匀且波动幅度小,检测效果较好。

北极对流层大气能量变化特征及趋势

在北极快速变化背景下,北极对流层大气的温度和湿度不断增加,提示北极对流层大气基本状态可能发生变化。作为大气基本状态的度量,北极对流层大气能量是否发生变化,以及发生何种变化,是北极研究者关心的重要科学问题。本文基于对北极对流层大气地-气能量交换、侧边界能量交换和大气能量变化研究的简要回顾,给出了北极对流层大气能量变化及趋势的物理图像和基本数据。以上研究表明,(1)北极下垫面向对流层大气的能量输送不断增加,夏季中高纬度向北极对流层大气的能量输送也在增加,从能量收支的角度提示北极对流层大气能量增加的可能性;(2)采用再分析资料的最新研究也表明,近数十年来,北极对流层大气能量不断增加,大气基本状态正在发生显著的变化。

2015-2021年河南省大气污染时空规律及其影响因素分析

利用河南省环境空气质量国控自动监测站2015-2021年的监测数据,分析了河南省空气质量、一次大气污染物(PM_(2.5)、PM_(10)、CO、SO_(2)和NO_(2))和二次污染物O_(3)的年、月、日变化及空间分布特征,并对O_(3)污染的成因进行了探讨。结果表明:2015-2021年河南省空气质量逐渐好转,PM_(2.5)、PM_(10)、SO_(2)、NO_(2)和CO一次污染物的浓度呈现明显下降趋势,下降幅度分别达42.0%、33.1%、76.6%、35.1%和47.6%;O_(3)的小时平均浓度则呈现上升趋势,升幅达21.7%,光化学产生的O_(3)二次污染问题变得突出。河南省AQI及一次污染物总体呈现北高南低的分布特征,空气质量的空间聚集现象总体表现明显。暖季的空气质量优于冷季的。一次污染物浓度高值中心分布在河南省偏北部;O_(3)浓度冷季的高值中心在偏南部,而在暖季的高值中心转移至北部。河南省AQI及一次污染物浓度在本省北部地区09-10时出现最大值,而在南部地区最大值出现时段为22-23时;O_(3)浓度的高值时间段则为12-18时,与日照辐射的时间段一致。河南省O_(3)污染问题受机动车排放的影响越来越显著,对机动车排放的协同控制则可能是治理O_(3)污染的有效手段。

大气污染物质量浓度对黄土高原降水云物理影响研究

针对黄土高原实际降水展开研究,探究大气污染物质量浓度对黄土高原降水情况的影响程度。将黄土高原1990年-2019年共30年的气象数据资料作为实验数据,通过计算提取出黄土高原降水的分布特征,根据实际的大气污染物质量浓度,设定不同的大气污染物质量浓度环境,再计算大气污染物质量浓度与黄土高原降水情况的相关度,并对其进行分析。实验结果显示,大气污染物质量浓度越低,黄土高原的降水时间、降水强度和降水次数越高。黄土高原的降水情况会受到多种因素的影响,其中,大气污染物质量浓度对黄土高原降水情况的物理影响较大。

相控阵技术在大气探测中的应用及面临的挑战

近年国际上相控阵技术在大气探测领域中的应用有了重要进展,成为雷达气象学研究的又一新热点,并可能成为今后天气雷达发展的重要方向。介绍了相控阵技术在气象探测中应用现状和研究进展,以及近年在气象应用中所获得的最新研究成果,展望了相控阵技术的应用前景,进一步讨论了开展相控阵技术研究所面临的技术挑战和未来发展的方向。为我国开展相控阵天气雷达的研制提供参考。

山基和地基GPS联合探测大气折射率廓线的试验研究

通过在河北省雾灵山及其周边地区开展的山基 GPS 掩星观测和层析试验,利用掩星和层析反演大气折射率的方法,共获取575条山基掩星的折射率廓线和120条 GPS层析的湿折射率廓线。比较山基掩星和探空获取的大气折射率表明,二者系统偏差在1%左右,标准差为2%～3%,不同接收机反演的折射率符合精度优于1%,表明所选用的接收机在地面试验中基本可以满足对大气掩星观测的需求;山基掩星、GPS 层析和探空三种方法获取的大气湿折射率比较表明,三者具有很好的一致性,这从另一个方面进一步验证了山基掩星观测的效果;试验表明在低层山基掩星具有很好的垂直分辨率和精度,可以和 GPS 层析对整个对流层的探测互为补充,在大气探测方面具有重要的潜在应用价值。

基于J2EE架构的大气探测设备运行监控系统设计

针对大气探测设备运行监控的功能要求及特点,提出了基于J2EE架构的设计方案。在建立系统组件交互模型的基础上,通过数据层、业务层和Web层三层协作,实现所确定的系统功能。以探测设备运行监控及故障维护为例,阐述了系统不仅满足了气象设备监控网络化发展的需要,而且还能适应不同地区气象台站的需要,为该系统推广应用奠定了良好的基础。

基于GNSS/MET和微波辐射计资料的合肥地区大气可降水量变化特征分析

文章结合2020—2021年合肥国家基本站的GNSS/MET和微波辐射计2个设备探测资料,演算了大气可降水情况的具体信息,分析2者的变化特征和差异。结果表明:GNSS/MET与微波辐射计反演的值变化趋势一致,具有较好的相关性,可以较好地反映合肥地区上空的水汽变化,但也存在明显偏差,其中均方根误差最大值在夏季,最小值在冬季,而相对方差则相反。对比来看,微波辐射计资料在夏季和秋季更具有代表性。

地面气象观测站探测环境倾斜摄影评估方法

仰角、斜距和距高比测量结果是国家地面气象观测站探测环境评估的重要内容。利用倾斜摄影测量技术建立气象观测站探测环境三维模型,以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景,直观反映障碍物外观、位置、高度等属性,可提高测绘效率和评估结果的准确性。由稳定的低空飞行器、检定合格的数码相机、卫星导航定位模块以及三维模型处理软件组成的倾斜摄影测量系统,以气象观测站为中心,采用Smart3D软件进行空三加密和三维建模,并自动寻找最佳视角影像,根据气象探测环境保护相关国家标准识别并量算探测环境区域内的障碍物几何参数,可实现自动化辅助评估。

浅谈几种维修方法在大气探测设备保障中的应用

通过笔者多年的实际维修工作经验,并结合对雷达、电解水制氢设备、自动气象站故障维修的实践总结,提出了一些实用性的维护维修方法,以供同行借鉴。

青岛市大气颗粒物污染特征及潜在来源分析

利用山东青岛2017年1月至2020年12月的大气颗粒物质量浓度、常规气象观测资料以及全球数据同化系统(Global Data Assimilation System,GDAS)数据,研究了该地区大气颗粒物的污染特征,基于拉格朗日混合单粒子轨道模型(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model,HYSPLIT)和轨迹统计(TrajStat)软件对青岛市大气颗粒物的传输路径进行了研究,运用潜在源贡献因子分析法(Potential Source Contribution Function,PSCF)和浓度权重轨迹分析法(Concentration Weighted Trajectory,CWT)对其潜在源区和浓度贡献进行了分析。研究结果表明:(1)青岛市PM_(2.5)质量浓度年均值为35.3μg·m^(-3),冬季最高,春、秋次之,夏季最低。PM_(2.5)质量浓度年超标率分别为8.22%,7.40%,11.51%和7.38%,重污染日仅出现在冬季,夏季从未出现过超标日。(2)PM_(2.5)质量浓度季节日变化呈“双峰双谷”型,峰值出现在08:00(北京时,下同)-10:00、21:00-22:00,谷值出现在16:00-18:00、02:00-04:00;SO2质量浓度季节日变化呈“单峰”型,日间浓度高于夜间,采暖季日变化曲线波动更明显;NO2日变化呈“双峰双谷”型,峰值时间较PM_(2.5)日变化峰值时间略早。(3)PM_(2.5)质量浓度与气温、日降水量、风速、逆温起始高度呈负相关,相关系数分别为-0.422,-0.212和-0.106(风速≤2.5 m·s^(-1))、-0.15;与气压、逆温层强度呈正相关,相关系数分别为0.319和0.10;与逆温层厚度相关性不明显;与相对湿度的相关性不唯一。(4)春、秋、冬季的气流轨迹来自西北和偏北方向,西北气流占比最高,分别为70.27%,75.39%和100%,其污染轨迹的PM_(2.5)质量浓度最高,是青岛市春、秋、冬季外来大气颗粒物的最重要输送路径;夏季东南向的气流轨迹占比最大,为45.89%,其污染轨迹的PM_(2.5)质量浓度最高,为青岛市夏季外来大气颗粒物的主要输送路径。PM_(2.5)质量浓度潜在源区冬季分布范围最广,潜在源贡献因子值最高,春、秋次之,夏季最小。春、秋、冬季主要潜在污染源区和高浓度贡献潜在源区位于河北南、河南中东、安徽西、山西西、鲁西南等地,是青岛市春、秋、冬季PM_(2.5)污染外来输送的主要源区;夏季高浓度贡献潜在源区位于河北东南、河南东北以及鲁西南等地。

地基遥感联合反演大气边界层高度与ERA5再分析资料比对分析

利用北京国家综合气象探测试验基地超大城市观测试验建设的地基垂直遥感设备(激光气溶胶雷达、微波辐射计及风廓线雷达),使用2021年5—8月的观测资料,根据不同设备的探测优势以及边界层的日变化规律,利用激光气溶胶雷达、微波辐射计、风廓线雷达观测资料进行联合反演,得到全天候大气边界层高度。并将联合反演所得的边界层高度与探空资料计算及ERA5再分析资料提供的全天候大气边界层高度进行比较,发现:联合反演边界层高度与ERA5数据提供的大气边界层高度有较好的一致性;激光气溶胶雷达适用于白天对流边界层的观测,微波辐射计适用于夜间稳定边界层的观测,使用微波辐射计与风廓线雷达联合反演大气边界层高度可以改善弱降雨时单设备的反演结果;联合反演的大气边界层高度结果与单设备反演大气边界层高度均符合大气边界层的日变化规律;得到的联合反演边界层高度与探空数据计算得到的大气边界层高度差值的标准偏差为62 m,相较于ERA5数据提供的一定范围内大气边界层高度均值,联合反演边界层高度能更精准地反映更小范围内的大气边界层高度。

如何提高雷达系统在大气探测业务运行监控平台上的运行效能

通过C#编程实现以下功能:提醒雷达探测员正确地填写大气探测业务运行监控平台;实时监控雷达状态和报警文件是否上传成功;实时监控本站雷达在大气探测业务运行监控平台网站上的状态。利用这些技术手段提高雷达系统在大气探测业务运行监控平台上的运行效能。

基于多源探测的南京市大气污染状况分析

南京市作为长三角地区的核心城市之一,工业发达,大气污染状况较为严重.为深入研究南京市污染状况,利用MODIS以及CALIPSO的气溶胶产品对南京市2011—2019年气溶胶特性进行分析,并基于地基反应性气体分析仪数据分析了冬季南京市大气中4种常见反应性气体(SO_(2)、NO、NO_(2)、O_(3))的体积分数时序状况.结果表明:①南京市2011—2019年气溶胶光学厚度(AOD)整体呈下降趋势,冬季AOD值可达0.7,污染程度为四季中最高,且气溶胶以粗粒子和吸收性粒子为主.②南京市近地层大气(2 km以内)以大粒子和不规则颗粒物为主,2~6 km高度层内细粒子与规则颗粒物的占比逐渐增多,且2~6 km高度层内粒子的体积大小变化不大.③冬季4种常见的反应性气体中,φ(NO)在大气中的变化最为显著,且最高值可达160×10^(-9),φ(NO_(2))与φ(O_(3))在大气中的变化趋势相反.由于排放限制措施、工厂脱硫措施的推广以及光化学反应的影响,导致φ(SO_(2))较低,仅在3×10-9左右.结合OMI卫星观测数据发现,受新冠肺炎疫情下工厂停工的影响,2020年初南京市φ(NO_(x))维持在较低水平.研究显示,近年来南京市颗粒物污染状况有所改善,但仍需注意粗颗粒物的排放,需严格控制工厂气态污染物,尤其是NO_(x)的排放.

利用激光雷达探测潍坊市夏季臭氧分布特征

为了研究潍坊市夏季臭氧的分布特征,使用差分吸收激光雷达在潍坊市进行观测,分析了晴天和雨天臭氧分布的差别,并统计了无降水日臭氧的垂直分布和日变化特征。结果表明:降水发生前强烈的对流运动和大风会使对流臭氧层变厚,臭氧浓度变低;降水发生在一天中的不同时段,对臭氧污染的影响差异很大;无降水日对流臭氧层主要分布在1500 m以下,呈现白天高、夜晚低的日变化特征,高浓度值常出现在12~18时;在垂直结构上呈现分层的特征,其中,300~500 m高度的臭氧浓度随着高度的增加而增大,且在500 m附近达到极大值,该高度和米散射激光雷达探测的边界层高度基本一致;1500 m高度各个时段的臭氧浓度趋于一致,且自该高度往上臭氧无明显日变化特征,可将该层臭氧浓度作为臭氧预报的大气背景值。

车载微波辐射计移动大气走航观测实验及初步应用

地基多通道微波辐射计能够实现大气温湿度廓线参数的实时观测与反演,在大气探测中已经得到广泛的应用。受观测方式和数据反演算法的限制,目前主要应用于地面固定站点上空的大气参数遥感探测,无法实现大气参数的移动观测。尝试将自主研制的地基多通道微波辐射计进行改进并安装在车载平台上,对车载微波辐射计移动大气观测可行性进行了验证。实验结果表明车载微波辐射计移动观测是可行的。利用车载移动走航观测数据,对西安城市热岛效应和对流有效位能(CAPE)进行了分析。结果表明,移动走航观测能够用于观测城市热岛效应,西安中心区域比郊区温度高1.0℃左右,城市中心的大气对流有效位能比郊区高1000~2000 J/kg。

“强对流天气第一道防线”的构建:新型相控雷达阵列研发应用对我国强对流天气预警的实践意义——对中国气象局大气探测中心马舒庆和湖南宜通华盛科技有限公司寸怀诚/王国荣的采访

贾朋群:本刊2020年6期刊载了期刊主编许小峰关于雷达探测的文章,阐述了从美国最早的雷达在气象领域用于风雨探测开始,雷达探测在推进大气科学学科发展和气象预报业务能力提升方面的重要作用,其中对几次技术进步带来的探测能力拐点,令人印象深刻。本刊2019年增刊介绍的美国气象学会百年文集中,多个章节也提及雷达资料不可或缺的作用。请专家先简要概述一下我国研发机构和企业在上述领域最新的发展情况。

青海省大气探测网络监控系统设计

利用计算机编程技术及青海省气象网络技术、WindowsAPI、网络通信、图形图象、数据库原理,实现对青海省大气探测各设备运行状况的远程监控,来满足青海省各类大气探测设备的正常运行、提供技术支持、维护保障的需求。