西北典型地域云对地气系统的辐射强迫研究

采用NASA 地球观测系统(EOS)“云与地球辐射能量系统(CERES)”的云和辐射资料,研究了我国西北地区4 个典型地域2002 年7月至2004 年6 月云对地气系统辐射强迫的季节及年变化特征,探讨了云特性参量对云辐射强迫的影响.结果表明,云的辐射强迫具有显著的季节变化和地域变化.一般夏季云净辐射强迫最大,冬季最小,而塔克拉玛干沙漠最小值出现在秋季,夏季的季风影响区和塔克拉玛干沙漠区的云净辐射强迫相差达129W/m².云的短波辐射、长波辐射和净辐射年平均效应均在季风区最强,分别达-171.2,48.9,-122.3W/m²;在塔克拉玛干沙漠地区最弱,分别为-54.7,37.3,-17.4W/m².     

天山低层云水资源中冰粒子物理属性年际变化

采用2003 年1 月至2012 年12 月美国宇航局NASA 发布的CERES SSF Aqua MODISEdition 1B、2B和3A云资料,从冰水柱含量、云等效温度、云等效高度以及冰粒子等效直径4 个云物理宏微观属性考察天山低层云水资源年际变化特征.结果表明:冰水柱含量均值在32.7~92.0 g/m²之间,云等效温度均值在214.9~257.3 K之间,云等效高度均值在3.9~5.7 km之间,冰粒子等效直径均值在12.7~22.4 μm之间.冰水柱含量、云等效高度、云等效温度均呈降低的年际变化特征,冰粒子等效直径呈增加的年际变化特征.     

新疆阿尔泰山森林生态系统碳密度与碳储量估算

为科学评估新疆森林碳汇功能提供更准确的基础数据,论文基于在阿尔泰山布设的35个样地实测数据,参考2011年新疆森林资源清查资料,研究了我国境内阿尔泰山森林生态系统碳储量、碳密度及其空间分布特征。结果表明：1）阿尔泰山森林生态系统平均生物量为126.67 t·hm^-2,各组分生物量大小排序为：乔木层（120.84 t·hm^-2）>草本层（4.22 t·hm^-2）>凋落物层（1.61 t·hm^-2）,乔木各器官中,干、根、叶和枝分别占乔木生物量的50%、22%、16%和12%,干所占比例最大;林龄对植被生物量影响显著,生物量随林龄的增长而增加;2）生物量平均含碳率在0.40~0.53范围内,各组分、乔木各器官含碳率均不同,且林龄对含碳率影响显著;3）阿尔泰山森林生态系统碳密度为205.72 t·hm^-2,碳储量为131.35 Tg,其中土壤层、乔木层、草本层和凋落物层碳储量分别为86.67、43.09、1.03、0.56 Tg,土壤层和乔木层碳储量分别占阿尔泰山森林生态系统总碳储量的66%和33%,构成阿尔泰山森林生态系统的主要碳储存库;不同龄级的碳储量表现为成熟林最大,过熟林次之,两者合计占生态系统总碳储量的61%;4）阿尔泰山森林生态系统碳密度整体呈南高北低分布,是由西北—东南不同的环境因子影响所致。     

典型西北山地-绿洲系统不同水体水化学特征及其水力关系分析

开都河流域是西北内陆区典型的山地绿洲系统,其水化学信息对了解区域水文过程和优化水资源配置具有重要意义.基于2020年内不同季节山区、绿洲区多种水体样品的采集及测试,分析了该区域水化学特征及其水力联系.结果表明：(1)研究区水体整体呈微碱性,pH和TDS值呈现绿洲区高、山区低的分布特征;HCO^-₃和Ca²⁺为主要的阴阳离子,区域水化学类型多为HCO^-₃-Ca²⁺型,绿洲区地下水水化学类型较之山区更复杂;区域水化学特征受岩石风化和人类活动影响较为明显.(2)河水δ¹⁸O和δD值呈现夏季贫化、春季富集的季节变化特征,而地下水为冬春贫化,秋季富集;降水和冰川水年内变化不显著;河水及地下水的δ¹⁸O和δD值则表现为绿洲区富集、山区贫化的空间分布特征.(3)研究区地表水和地下水的相互关系密切,且在夏季转化频繁;绿洲区地表水与地下水的转化特征呈显著的时空差异性.研究结果对于我国西北内陆区水资源的优化配置具有重要意义.     

地球表层变热异常与化石燃料开采相关性研究

通过分析三大化石燃料的分布特点及其对地球地壳运动及地球表层温度稳定演化的影响,发现煤炭、石油、天然气因其丰富的储量、可观的地壳份量、广泛分布于陆地陆架地壳,以及与其周围柔性岩层构造和水资源共同对地壳自然微胀缩波动之"潮汐"运动和地球天体平衡稳定运转的调节润滑作用,成为维持地球表层温度稳定演化的重要作用因素。进一步通过分析20世纪初以来地球变热温度历史变化、1890年以来三大化石燃料开采量及累积量历史变化,进行了地球变热温度变化与化石燃料开采量及累积量增加变化的相关性研究,并探讨了化石燃料开采引起地球表层变热机制,得出结论:地球变热温度100多年历史变化与三大化石燃料的开采及历史积累有较强的正相关性。人类长期开采三大化石燃料是引起地球表层变热异常的重要因素。     

塔里木河流域出山径流水化学特征研究

本文以区域地质为背景,对塔里木河流域山区径流水化学组分特征进行分析,探讨溶质的来源及其控制因素.结果表明：塔里木河流域出山径流水体以硅酸盐岩的碳酸化溶滤水为主,离子类型为HCO₃^--Ca²⁺型,其次为SO₄^2--（Ca²⁺+Mg²⁺）混合型.南缘昆仑山/帕米尔高原各子流域的出山径流中,TDS （溶解性总固体）和离子总量的加权平均值（权重为径流量）分别为424.02和356.20 mg/L,远高于北缘天山出山的相应值（268.43和220.04mg/L）,这是因为天山山区分布大量的岩浆岩,抑制了区域水化学侵蚀强度.运用吉布斯图及因子分析等方法,确定出山径流的水质主要受硅酸盐岩的碳酸化作用控制,其中南缘昆仑山/帕米尔高原水系不仅伴有蒸发盐岩风化,还与天山阿克苏河水系一样,伴有碳酸盐岩风化.风化过程中,硫化物氧化产生的H⁺抑制了碳酸化风化,一定程度上限制了大气CO₂消耗,尤其是在有煤层、铜矿等硫化物分布的迪那河、喀拉玉儿滚河和喀什葛河流域.塔里木河流域出山径流中除了F^-和NO₃^-外,其他离子和总离子浓度均与冰川覆盖率和融水占径流比例之间存在良好的相关性.总离子浓度与冰川覆盖率之间建立的指数拟合方程,符合我国西北干旱区出山水质的特点,但受自然与人为因素的制约,与全球尺度拟合的方程存在一定差异.     

中国森林植被生物量空间网格化估计

森林是陆地生态系统的重要碳库之一,在全球碳循环中发挥着巨大作用。森林生物量是核算森林碳储量的主要因子,其数量及空间分布是评估森林生态系统碳汇潜力的重要参数。论文以中国第8次森林资源清查资料为基础,以影响森林生物量空间分布的气候（气温、降水）、地形（高程、坡度）和植被因子（NDVI）为辅助,利用降尺度方法估算了1 km×1 km格网分辨率下的中国森林生物量,并从不同空间尺度对研究结果进行了验证。结果表明：1）中国森林生物量总量约为13.56 Pg,平均生物量密度为65.3 t/hm²,各省森林生物量总量差异较大,总量较高省份主要集中于西南和东北内蒙古地区,其中西南地区（西藏、四川、云南）最高,为4.5 Pg,占总量的33%;东北内蒙古地区（黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古）次之,为3.58 Pg,占总量的26%;2）在省级尺度构建的森林生物量与相关影响因子的回归关系可用于栅格尺度下森林生物量的降尺度估算,多尺度验证分析表明网格化估算结果基本合理;3）中国森林生物量空间格局区域分异规律明显,大致以东北至西南为界,与水热条件空间分布格局基本一致,生物量高值区主要集中于东北地区（大小兴安岭、长白山地区）、西南地区（横断山脉）、新疆山区（阿尔泰山、天山、昆仑山）、秦岭和东南武夷山等地区。     

华北地区沙尘气溶胶对云辐射强迫的影响

采用CERES SSF Aqua MODIS Edition 2B/2C和CALIPSO卫星探测资料结合地面台站沙尘观测资料,通过对强沙尘天气过程中纯云区与沙尘云区大气层顶处辐射强迫值的对比分析,研究了我国华北地区沙尘气溶胶对云辐射强迫的影响.研究发现, 2006年4月16日、5月16日、2007年3月30日3次过程沙尘云区大气层顶云的净辐射强迫绝对值比纯云区分别减小了7.1%,17.2%和3.1%,云的冷却效应受到不同程度抑制.纯云区与沙尘云区云的光学特性参量的对比分析结果表明,绝大部分沙尘云区的云粒径、云水路径和光学厚度值均比纯云区的要小.     

南京北郊大气VOCs变化特征及来源解析

利用2011-03-01~2012-02-29南京北郊大气VOCs观测资料,对大气VOCs浓度变化特征和特征物比值差异展开研究,并应用PCA/APCS受体模型对不同季节VOCs来源进行了解析.结果表明,南京大气总VOCs体积混合比为43.52×10-9,其中烷烃占45.1%、烯烃占25.3%、炔烃占7.3%和芳香烃占22.3%.总VOCs体积混合比呈现夏季高,冬季低的季节变化.VOCs组分中烷烃在冬季最高,烯烃夏季最高,芳香烃春季最高,炔烃冬季最高.特征物比值(VOCs/乙炔)和T/B比值反映出观测点受周边工业区影响较大.VOCs源解析表明,主要来源来自工厂生产、机动车排放、燃料燃烧、生产活动挥发、溶剂使用和自然源.虽然有季节变化,但与工业生产活动相关的来源占大气VOCs 45%~63%,其次为机动车来源占34%~50%.     

20世纪90年代以来上海地区降水资源变化研究

为了揭示20世纪90年代上海地区降水资源的变化特点,根据1991-2003年上海地区11个站降水资料,在与前30年(1961-1990年)平均比较的基础上,统计分析1991年以来降水量、降水日数、相对湿度、蒸发量、降雪日的变化情况,结果表明:20世纪90年代以后,上海地区年平均降水量增加11%,汛期平均雨量增加18%,年平均降水日数却略有减少,这样使年平均降水强度增强了12%,季节分配格局改变,区域分布格局未变;年平均相对湿度和年平均蒸发量略减小,年平均降雪日数减少5d。     

层状云酸化过程的数值模拟

修正和发展了一维层状云物理化学模式,该模式包括了详细的气?液相反应和光辐射传输,在我国东部地区平均污染水平下模拟了降水酸化过程?结果表明:光解系数在云顶为无云时的2～3倍,在云底则为无云时的0.2倍;自由基对S(Ⅳ)的氧化在降水后期可超过H₂O₂,并致使SO2-₄和NO-₃浓度在降水后期有逐渐增长的趋势;由于H₂SO₄和HNO₃的不断生成以及NH3和气溶胶的洗脱,地面雨水酸度持续上升?      

Impacts of environmental factors on urban heating

This study investigated the impact of important environmental variables (i.e.,wind speed,solar radiation and cloud cover) on urban heating.Meteorological parameters for fifteen years (from 1990 to 2005),collected at a well developed and densely populated commercial area (Tsim Sha Tsui,Hong Kong),were analyzed in details.Urban heat island intensity (UHII),a well known indicator of urban heating,has been determined as the spatially averaged air-temperature difference between Tsim Sha Tsui and Ta Kwu Ling (a thinly populated rural area with lush vegetation).Results showed that the UHII and cloud cover have increased by around 9.3% and 4%,respectively,whereas the wind speed and solar radiation have decreased by around 24% and 8.5%,respectively.The month of December experienced the highest UHII (10.2°C) but the lowest wind speed (2.6 m/sec) and cloud cover (3.8 oktas).Conversely,the month of April observed the highest increases in the UHII (over 100%) and the highest decreases in wind speed (over 40 %) over fifteen years.Notably,the increases in the UHII and reductions in the wind speed were the highest during the night-time and early morning.Conversely,the intensity of solar radiation reduced while the intensity of urban cool island (UCII) increased during solar noon-time.Results demonstrated strong negative correlation between the UHII and wind speed (coefficient of determination,R2=0.8) but no negative correlation between UCII and solar radiation attenuation.A possible negative correlation between UHII and cloud cover was investigated but could not be substantiated.     

高污染下云凝结核对雨、雾滴谱的影响

利用气候基准站、云凝结核计数器、雾滴谱仪和雨滴谱仪等观测资料,分析威宁污染时期云凝结核（CCN）对雨雾滴谱的影响. 结果表明：观测期间威宁CCN数浓度很高,S=0.2%、0.4%、0.6%和0.8%时的平均CCN浓度分别为2884、8003、10470、11685cm^-3,与部分重污染城市相当;CCN有明显的日变化特征,分别在12：00、16：00和20：00出现峰值,与居民生活排放、火电源排放、湍流交换和气象条件等有关;利用N=CS^k式拟合威宁CCN活化谱,平均拟合参数C=14288cm^-3,k=0.8,表明该地属典型大陆型核谱;威宁冬季云层薄、云顶低的云系特点提供了宏观天气背景,高浓度CCN是导致此次雨、雾过程弱,滴谱窄的重要微观条件.     

基于TUV模式的对流层光解速率影响因子的研究

应用TUV辐射传输模式进行了一系列的敏感性试验,以期确定影响对流层O₃和NO₂光解速率的关键性因子.结果表明,气溶胶的光学性质对光解速率的影响存在明显差异.在气溶胶光学厚度（AOD）一定的情况下,散射性越强,近地面光解速率越大;当AOD从0.5增加至2.5,J[O¹D]和J[NO₂]极大值分别下降30.3%和13.1%.光解速率对较小的云光学厚度的变化比较敏感.云对J[NO₂]的影响存在明显的时间差异,在早晨和傍晚,J[NO₂]的衰减可以达到12%,而午时,J[NO₂]的衰减不足4%;在垂直方向上,云层的存在能够减小通过云层的光化辐射通量,有效降低云下光解速率,而云滴的后向散射特性能增大云上的光解速率.臭氧能够吸收300nm左右的紫外辐射,因而臭氧柱浓度变化对J[O¹D]有显著的影响,臭氧柱浓度从200DU增加至400DU,J[O¹D]极大值下降了53.1%,J[NO₂]极大值仅降低了1.0%.同时发现,气溶胶和云相对位置的改变对光解速率的垂直分布有较大的影响,气溶胶在云上时,高层的光解速率明显增大,且气溶胶的散射性越强,光解速率的增幅越大;当吸收性气溶胶位于云上时,使得高层光化辐射通量大量衰减,此时云层对于光解速率的影响比较微弱.     

基于葵花影像中国地区夜间云识别方法研究

目的实现适用于中国地区的夜间云识别。方法根据红外波段云与非云的亮温差异,采用亮温阈值法研究适用于中国地区的夜间云识别算法。中国地形高程差异明显,其地表辐射能量也存在较大差异,影响云检测结果精度,因而提出基于三个高程阶梯的云识别方法。由于云检测结果验证缺少可见光波段,使用MODIS云数据产品和雷达数据CALIPSO分别做定性和定量验证。结果云检测区域与MODIS的MYD06云产品基本一致,CALIPSO雷达数据四个月的平均验证结果为:非云区域的提取精度约77.86%,云区域的提取精度为79.67%,将有云区域错提为非云的误差率为2.76%,而将非云区域误提取为有云区域的错误率为12.31%。结论利用日本静止气象卫星Himawari-8影像数据,根据阈值法提出的基于三个高程阶梯的云检测算法,较好地实现了适用于中国地区的夜间云识别。     

新疆干旱区气溶胶间接效应区域性分析

利用MODIS气溶胶和云资料以及实测的降水数据,可从宏观角度分析新疆区域气溶胶时空分布特征,研究气溶胶与云和降水之间的相互影响关系.结果表明：近十年来受区域暖-干趋势的转变影响,新疆地区气溶胶光学厚度空间分布呈现显著的区域性和季节性差异;南疆地区气溶胶光学厚度整体高于北疆地区,春、夏高,秋、冬低,整体呈现增加趋势,其中,北疆地区气溶胶光学厚度变化程度相对较为显著;受气候变化和颗粒粒径差异影响,新疆干旱区云光学厚度与气溶胶光学厚度呈负相关变化趋势,相关系数北疆地区高于南疆地区;云水路径受温度、湿度影响较大,对气溶胶光学厚度的变化的敏感程度北疆大于南疆,夏季最高,冬季最低;气溶胶光学厚度与云滴粒子有效半径关系复杂,受水汽影响较大,在云层含水量较低的情况下,云滴粒子有效半径与气溶胶光学厚度呈负相关,说明在干燥地区或季节,气溶胶的增加,抑制云滴粒子的增长;整体来看,新疆干旱区气溶胶的增加抑制了区域降水的形成.     

2009年夏季黄山云雾水化学特征及来源分析

利用09年夏季在黄山光明顶气象站采集的25个云雾水样本及气象站常规资料,分析了云雾过程雾水的化学特征、污染来源与微物理特性.结果表明,观测期间云雾水呈弱酸性,平均值pH值为6.4,主要的离子浓度由大到小排列为:SO42->NH4+>Ca2+>NO3->Na+>Cl-,表明二次污染物对黄山云雾水的贡献较大.统计分析显示,各云雾过程中雾水组分变化,主要缘于不同云雾过程中污染源与海洋源的贡献率不同.结合后向轨迹进一步分析显示,影响气团主要来源于海洋和周边地区,不同气团影响下雾水离子组分及云雾微物理特征差别明显.     

石家庄地区雾霾天气下云滴和云凝结核的分布特征

2009年5~10月在石家庄地区对雾霾天气下的近地面到高空的云雾滴和云凝结核(CCN)进行了7架次飞机探测.利用PMS云粒子测量仪器、机载温湿仪和连续气流纵向热梯度云凝结核仪获得的云雾粒子和云凝结核(CCN)探测资料,分析了层积云(Sc)和高积云(Ac)中云粒子浓度、液态含水量、粒子算术平均直径和粒子有效平均直径的垂直分布特征;分析了CCN垂直和水平分布特征以及谱分布.结果表明雾霾天气状况下,云滴数浓度在102个/cm3量级上.高云粒子粒径总体大于低云粒子.云含水量平均值范围为0.03~0.14g/m3;地面到600 m高度内, CCN值的平均值为3034cm-3(过饱和度S=0.3%).对CCN的活化谱进行拟合表明石家庄属于典型大陆性核谱,云对CCN有消耗作用,逆温层的存在使得该区CCN浓度累积增加.