北京地面紫外辐射与空气污染的关系研究

基于北京城区太阳辐射和污染气体观测资料,运用TUV4.4辐射传输模型,研究了城市大气中太阳紫外辐射与空气污染的相互关系.结果表明,臭氧总量平均为329DU,并呈冬春季较高,夏秋季较低的季节变化规律,到达地面的紫外辐射呈现相反的变化趋势;受城区大气污染的影响,地面处的紫外辐射量大幅减少(最大50%),且在夏季波动较大;云和污染物对紫外辐射的影响要大于总辐射,紫外辐射衰减约为总辐射衰减的2倍;城市低层大气中O3和NOx浓度的增加是造成紫外辐射衰减的重要原因,午后O3浓度与紫外辐射衰减相关系数为0.70.     

云对太阳紫外辐射的影响

云对到达地面的太阳紫外辐射有着重要的影响,根据在香河综合观测站１年的观测资料,利用相关分析,得到了计算云天条件下太阳紫外总辐射的一种经验公式,计算结果比较令人满意。对阴天太阳紫外总辐射的减弱作了简单的分析。     

广州地区光化辐射通量与辐照度的特征

应用NCAR TUV辐射模式与地表实际观测分析了理论上广州地区地表可获得的最强光化辐射通量、辐照度及其波谱变化特征与月、日变化特征,计算与观测的差异用于评估气溶胶对紫外辐射通量的作用.结果表明,光化辐射通量与辐照度均具有正弦曲线的日变化特征,但光化辐射通量的正弦波形较辐照度的更为宽广,其辐射强度随太阳天顶角的增加下降幅度也更为缓慢;光化辐射中的总能量可见光谱区约占86%,紫外谱区仅占约14%;理论计算与实际观测表明,不同监测波段范围的紫外辐射表,虽然其标识均为监测UVA或UVB的辐射,但差异明显;广州地区的气溶胶污染显著影响紫外辐射通量.由于紫外辐射通量是影响对流层臭氧生产力的关键因子,有必要更加深入地认识广州地区气溶胶与紫外辐射通量的相互作用.     

中国区域紫外辐射红斑剂量时空变化特征

利用大气探测卫星AURA搭载的臭氧观测仪（ozone monitoring instrument,OMI）所获得的紫外辐射红斑剂量数据,分析了2005—2015年中国紫外辐射的时空变化特征。在空间上,紫外线辐射呈现纬度地带性分布,从南向北逐渐减小,大约从4200 J?m^?2到1500 J?m^?2递减。紫外辐射与高程呈现明显的正相关,东部、东北的低海拔地区,紫外辐射相对较低。在高海拨的青藏高原区,紫外辐射高,多年平均值大约为5500 J?m^?2,有些区域可达6000 J?m^?2以上。在时间上,紫外辐射红斑剂量存在明显的季节变化,一年中变化大致呈现抛物线分布。在夏季（7月份）达到最大值,多年平均值为5532.9 J?m^?2,春秋季次之,冬季（12月份）达到最小值,多年平均值为1089.2 J?m^?2。2005—2015年平均紫外线辐射呈上升趋势,但是在2010年出现谷值,多年平均值大约为3016.5 J?m^?2。不同区域的变化趋势表现出明显的空间差异,大体呈现两种模式：在高值的青藏高原区,紫外辐射呈现减少的趋势;在低值区,紫外辐射呈现逐渐增大的趋势。     

强火山喷发对地面紫外辐照度的影响

通过辐射传输计算考察了火山气溶胶及Ｏ３变化对到达地面的不同波长紫外直射、漫射和总辐照度，以及ＵＶＢ辐照度的影响，对模拟结果与在北京西北郊实际观测到的皮纳托博火山喷发前后ＵＶＢ辐照度的变化作了比较，并就二差别的一些原因进行了讨论。     

银川紫外辐射特征及TUV模式适用性研究

利用2013—2019年银川紫外观测数据,分析了银川紫外辐射变化特征,基于TUV模式,结合云光学厚度、云顶高度、气溶胶光学厚度、单次散射反照比、波长指数、臭氧柱浓度和NO₂柱浓度等遥感资料,研究了TUV模式在银川紫外辐射模拟中的适用性.结果表明,银川多年年平均紫外辐照度为8.7 W·m^-2,7月最高为17.7 W·m^-2,1月最低为3.1 W·m^-2,13：00前后达到日最大值;不同参数输入方案下TUV对银川紫外辐照度随时间变化趋势的把握能力均较好,但平均值和标准差都普遍存在高估现象,2—5月TUV模拟效果最差,1月和6—10月模拟效果较好,11和12月模拟效果最好;模拟层数的增加不能有效提高模拟精度,改善TUV模拟效果;TUV模式模拟误差随着云光学厚度、相对湿度的减小及臭氧柱浓度、云顶高度的增加而增大;TUV对日照时数小于10 h时的紫外辐照度的模拟效果较日照时数大于10 h时好;PM₁₀浓度为0~50 μg·m^-3时TUV模拟均方根误差最小.     

山东省太阳总辐射的时空变化特征分析

基于山东境内17 个气象站1961—2012 年逐日日照时数资料,利用Angstrom 公式估算各站点太阳总辐射,并利用空间插值法、线性倾向估计和Pettitt 突变检验方法对全年和四季太阳总辐射的时空变化特征进行了分析。结果表明:1961—2012 年山东地区多年平均年太阳总辐射的变化范围为4 814.3~5 338.8 MJ/m²,地区间差异大,全年太阳总辐射的空间分布特征为北部多、南部少;全年和夏季太阳总辐射时间序列在全部17 个站点趋于减小趋势,且除威海外,均达到至少0.05 显著性水平;除春季和秋季各有3 个和1 个站点太阳总辐射呈增大趋势外,其余站点春季、秋季和冬季太阳总辐射均呈减小趋势;全年和各季节太阳辐射减小速率较大的站点主要分布在山东中部和西南部地区;近52 a 间,1997 年以前为平均年太阳总辐射值的偏大时期,而其后则为偏小时期。     

气溶胶消光作用造成的辐射削减：基于2022年6月河南地区的观测分析

气溶胶粒子的消光作用会对紫外辐射造成削减并影响大气光化学反应进程,其消光性质主要受气溶胶粒径分布、浓度、混合状态以及化学组分等因素的影响,但目前气溶胶消光作用对紫外辐射影响程度的研究尤其是基于观测资料的研究较少.本文利用2022年6月河南省内11个观测站紫外辐射和总太阳辐射的连续观测数据,结合卫星遥感的气溶胶光学特性参数,通过线性回归拟合洁净大气下的辐射量,据此评估各观测站气溶胶对辐射的消光作用.结果表明：(1)河南省气溶胶消光作用造成的紫外辐射削减表现出显著的区域性差异,北部地区的气溶胶消光作用明显强于南部地区,其中,安阳市紫外辐射受气溶胶消光作用造成的平均削减率为14.2%,濮阳市出现了最高的紫外辐射削减率,达25.7%;南部城市南阳市的气溶胶消光作用最弱,紫外辐射平均削减率为3.6%.(2)同一观测站同期的紫外辐射和总太阳辐射观测数据分析表明,气溶胶消光作用对紫外辐射的削减显著高于对总太阳辐射的削减,该现象是由气溶胶细粒子影响所致.(3)嵩山站虽为高山站,但气溶胶对紫外辐射的消光作用较多数观测站高,紫外辐射平均削减率达6.8%,该现象是因为嵩山站在地理位置上接近高污染排放地区,细...     

贵州高原起伏地形下太阳直接辐射的精细分布

太阳直接辐射是太阳总辐射的重要组成部分。论文在前人研究的基础上,对以前的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对起伏地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了以起伏地形下天文辐射为起始数据的起伏地形下太阳直接辐射的分布式模型。应用100m×100m分辨率的DEM数据,1960~2000年贵州高原及周边102个气象站常规气象要素观测资料,10个气象站的太阳辐射资料,计算了贵州高原起伏地形下各月及年太阳直接辐射精细空间分布。结果表明：①坡度、坡向、地形遮蔽对太阳直接辐射的影响较大,由于局地地形因子的影响,起伏地形下太阳直接辐射的空间分布具有明显的地域分布特征,纬向分布不明显,局地地形对太阳直接辐射的影响是不容忽视的;②贵州高原起伏地形下太阳直接辐射年总量、1月、7月大部分地区分别介于1 046~1 700、31~90、156~205MJ/m²;③季节不同,局地地形因子对起伏地形下太阳直接辐射空间分布的影响不同,冬半年大于夏半年;随坡度的增大,局地地形因子的作用增大。     

用紫外辐射反演气溶胶单次散射反照率的方法研究

利用紫外辐射监测资料,结合对流层紫外与可见光辐射传输模式,反演气溶胶单次散射反照率(SSA).敏感性试验和误差分析表明:紫外辐照度对SSA敏感;气溶胶光学厚度(AOD)对反演SSA的误差影响最大,波长指数次之,地表反照率和其他因素的影响较小.使用该方法计算的珠三角地区的气溶胶单次散射反照率为0.84~0.99,平均值为0.92,与以往研究相比具有较好的一致性.     

鲁西北太阳紫外线辐射特征分析

通过对地处鲁西北德州地区2003～2006年紫外线观测数据分析,结果表明:德州地区属于紫外线高辐射地区,紫外线辐射等级为"强"和"很强"的级别共占56%,其中"很强"的天数约占全年的1/3;在季节分布上,春季和夏季紫外线辐射最强,秋季次之,冬季最弱。     

列车表面涂层光老化试验加速因子建模研究

目的建立客观、定量的列车表面防护涂层实验室模拟紫外辐射当量对自然太阳紫外辐射的加速因子计算模型。方法以兰新高铁为例,设计一种建模方案,主要步骤包括选取建模列车站点、确定站点气象地理区划、计算站点环境变量影响距离、建立站点太阳辐射环境谱,分别建立二级气象地理区划、一级气象地理区划和全线太阳辐射环境谱,最后,建立加速因子模型。结果基于NASA Surface Meteorology and Solar Energy(SSE)地面太阳辐射数据,结合实验室条件,计算了兰新高铁表面防护涂层紫外光老化试验的加速因子,约为9.5。结论上述实验室光老化试验加速因子建模思路,解决了列车这种跨越大范围区域的装备光老化试验加速因子的计算问题,简单实用,可推广至飞机、轮船、汽车等相似装备表面涂层以及金属等其他材料的紫外光暴露试验评价。     

三峡库区太阳能资源基本特征及其演变

利用1961-2007年的日照时数建模计算了三峡库区的太阳辐射,在此基础上对库区的太阳能资源作了全面分析和评价。结果表明：库区年总辐射量介于3200～4400MJ/m²,与德国等太阳能利用大国相当;“下游多,上游少”是资源空间分布的基本特征,且在秋、冬季差异更为明显;资源的年变化具有“夏大冬小”的特点,同时呈典型“双峰结构”,最大和次大峰值分别出现在8月和5月;库区上游太阳能季节差异大,而中、下游四季差异相对较小;库区太阳辐射以散射辐射为主（平均为64%）,上游尤其明显;1961-2007年,资源量与直射比均呈明显下降趋势,且在夏、冬季下降尤为显著,分析表明这与轻雾日数和霾日数的增加有关;自20世纪90年代初起,资源量开始回升,有利于库区太阳能的开发利用。     

Number concentration and size distributions of submicron particles in Jinan urban area： Characteristics in summer and winter

The aerosol number concentration and size distribution were measured with the newly developed Wide-range Particle Spectrometer in summer and winter of 2006 at the urban site of Jinan City.Here reported the characteristics of fine particles of the different observation seasons.Relative high number concentrations for the particles in the diameter range of 10-500 nm were observed in both seasons.It was found that the dominant number distributed in particle diameter smaller than 100 nm and the percentage over the number concentration of all air particles is much higher than what has been measured in other urban sites over the world.The number mean diameter in summer was much smaller than in winter,strongly suggesting the different origin of ultrafine particles in different seasons.That is, particles in ultrafine mode mainly came from nucleation and new particle formation in summer while from traffic emission in winter. The diurnal variation also supported this point.Number concentration in the diameter range of 10-200 nm got their peak values at noontime,well correlated with the mixing ratio of SO_2 and the intensity of solar radiation in summer.While in winter,those in the same diameter range showed the main peaks during the traffic hours happened in the morning and evening.     

北京地区冬夏季持续性雾-霾发生的环境气象条件对比分析

在北京地区,除冬季供暖期外盛夏也是雾-霾天气的高发季节,与我国南方不同.使用微波辐射仪、风廓线和常规气象探测资料、NCEP再分析资料以及大气成分观测结果,通过对比分析揭示了冬、夏季持续6 d的2个雾-霾过程形成和维持机制的异同.冬季雾-霾过程出现在高空西北气流、低层多短波活动的背景下,其形成和维持的主要机制是边界层内始终有逆温层、地面弱风场、底层湿度逐渐增大.逆温层昼高夜低、湿度昼小夜大是影响PM2.5质量浓度和能见度日变化的重要环境因子.在雾-霾天气持续期间地面弱风场能够维持主要源于冷空气势力弱、常不能影响到地面.此外,入夜后地面迅速辐射降温、边界层上层有暖平流以及空气过山后下沉增温在逆温层的形成中起了关键作用.然而,对于夏季持续性雾-霾天气,气溶胶区域输送、环境大气保持对流性稳定、空气的高饱和度是其发生的重要条件.在副热带高压长时间控制下对流层低层盛行偏南风,北京的PM2.5质量浓度随着偏南风风速增大升高.对流层底层系统性偏南风与北京附近的山谷风共同构成了从北京以南气溶胶累积地向北输送的机制.夏季雾-霾过程低层没有逆温,但是北京上空一直维持超过200 J·kG-1的对流抑制能量,它同样限制了污染物的垂直扩散.夏季自由对流高度也存在昼夜变化,其对PM2.5浓度和能见度的作用与逆温层高度升降相同.因此,冬、夏个例分别代表了2种不同类型的持续性雾-霾过程,导致差异的根本原因在于大气环流型.     

FY2 号气象卫星估算地面太阳辐射研究

综合考虑太阳因素、地形因素、地表积雪覆盖情况、云量以及非均质大气对太阳辐射的影响,基于FY2 号静止卫星构建晴空太阳总辐射计算模型,并利用山西省3 个辐射观测站2011 年逐时、逐日、逐月太阳总辐射观测资料对其估算结果进行检验。研究结果显示：逐时误差在±1 MJ·m^-2之间,逐日误差在±5 MJ·m^-2之间,表明模型计算的太阳辐射误差较小,稳定性较好;逐月误差结果显示,三个站模拟值都大于实测值,且误差趋势一致,均表现为冬季误差高于夏季;进一步对模拟值和实测值进行相关性分析,三站线性拟合度均在0.86～0.92 之间,且相关系数均达到显著相关水平,表明模型计算的太阳辐射准确性和精度较高,且在数值拟合上较好地反映了实际的太阳总辐射量,证实该模型应用于FY2 号气象卫星的可行性。     

北京市紫外线指数的观测研究

1999年5月—2001年10月在北京观象台对紫外线指数(UVI)进行了长期观测,结果表明:UVI季节差异明显,春、夏、秋、冬季的最大值分别为7 85,9 87,4 92,2 99;正午时的平均值分别为3 52,5 31,2 17,1 24。在UVI高峰时段(10:00—15:00),秋、冬季的UVI基本在0～2范围,对人体危害不大;而0～2,3～4,5～6,大于7的各级UVI的平均累积日照时间春季分别为159,87,47,2min,夏季分别为75,99,93,29min,春、夏季紫外线辐射对人体危害较大。另外,UVI的累积分布显示,春、秋、冬季的UVI多数集中在各季节平均值以下,而夏季正午前后的UVI多分布在其季节平均值以上。