利用卫星资料估算福建晴空太阳辐射

利用卫星数据反演得到大气可降水量和气溶胶光学厚度等影响太阳辐射的参数,通过辐射传输模型进一步反演得到晴空地表太阳总辐射时曝辐量,并用2008-2009 年20 个地面站实测数据对反演结果进行验证。结果表明：遥感反演得到的晴空地表太阳总辐射时曝辐量与地面实测结果在空间上具有很好的一致性,两者相关系数为0.807,平均相对误差为9.6%,相对误差在10%以内的样本占总样本的74%。气溶胶对太阳辐射的影响最为显著,而水汽的影响相对较小,由气溶胶引起的太阳辐射削减量全年平均值为0.421 MJ/（m²·h）,而水汽引起的则为 0.204 MJ/（m²·h）,太阳辐射的空间分布与气溶胶的空间分布一致,气溶胶的高（低）值区对应太阳辐射的低（高）值区。     

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。     

云量数据对点源污染物大气扩散预测结果的影响分析

以距离污染源38.3 km的基本站地面气象观测资料作为标准情景,对比了卫星反演总云量方案和距污染源53.46 km的基准站云量方案2种方案情景,研究使用替代云量数据进行污染源大气扩散预测的可行性。研究发现,距离污染源53.46 km的基准站云量方案与标准情景的相关性和符合度优于卫星反演总云量方案,原因在于低云量是影响地面接收太阳辐射的关键性参数,不稳定条件下影响总入射太阳辐射、净辐射等边界层参数的估算结果,稳定条件下影响温度尺度、地表摩擦速度等边界层参数估算结果。卫星反演只能得到总云量数据,同时数据反演过程中存在算法精度的影响,导致卫星反演云量数据预测结果的相关性和符合度较差。     

西藏日太阳总辐射估算模型的优化与时间尺度效应

根据2012～2014年拉萨站点的日太阳辐射观测数据,对3种日太阳总辐射估算模型(左大康、Prescoff和王炳忠等提出的估算模型)的估算结果和实际观测结果进行误差检验分析,结果表明:3种模型都通过了显著性检验,其平均绝对误差(MAE)分别为6.17 MJ/(m~2·d)、6.42 MJ/(m~2·d)和12.31 MJ/(m~2·d),均方根误差(RMSE)分别为1.60 MJ/(m~2·d)、1.65 MJ/(m~2·d)和2.78 MJ/(m~2·d),表明利用地理位置信息和日照时数的左大康估算模型对拉萨日太阳总辐射的估算效果优于Prescoff和王炳忠估算模型。利用左大康估算模型分别估算得到2015年拉萨、那曲和葛尔地区的日太阳总辐射值,并进行模型验证。通过分析拉萨1971～2015年的太阳总辐射变化和周期性特征,研究日太阳总辐射估算模型的时间尺度效应。按照11年和四季两种不同的时间尺度,利用线性回归法对日太阳总辐射估算结果和实际观测结果进行误差和相关性分析,得到经验参数a和b的值与时间尺度有一定关系。11年和四季两种时间尺度除夏季以外,其他时间拟合模型的精度均得到了提高。通过线性回归法得出45年的西藏日太阳总辐射优化估算模型,该模型估算日太阳总辐射的误差小于左大康模型,估算精度较高。     

近45年中国12个一级站大气气溶胶光学厚度变化特征

利用常规观测的总辐射和散射辐射日曝辐量资料,结合NASA GISS的月平均平流层气溶胶光学厚度(AOD)产品,反演计算了北京等12个台站1961～2005年0.75μm对流层AOD和气溶胶标高数据.基于这些数据,分析了各站AOD、气溶胶标高和地面能见度的年、季、月变化特征.结果表明:①就12个站45a总平均而言,光学厚度为0.276,年增长为0.0034;气溶胶标高为1.65km,年增加为0.015km;能见度为17.1km,年变化值为-0.08km;AOD春夏较大,秋冬较小;气溶胶标高夏季最高,春季次之,冬季最低.②各站点45a平均AOD范围为0.116～0.387;除格尔木外,各站AOD均有增长.年变化值为0.0010～0.0079.③20世纪70、80年代AOD增加明显;20世纪90年代以来,多数站点AOD有所下降,能见度有转好趋势.     

青藏高原短波辐射分布式模拟及其时空分布

论文基于太阳辐射参数化传输模型,结合MODIS每日两次的大气产品和DEM,构建了太阳短波辐射分布式模型,对青藏高原2007年的太阳直接辐射、散射辐射与总辐射分布状况进行了模拟,并利用研究区站点实测值对模型精度进行了验证,其中日值数据直接辐射的相关性分别为0.72(拉萨)和0.82(格尔木),散射辐射分别为0.71(拉萨)和0.70(格尔木),总辐射相关性大都在0.70以上;旬值数据实测值与模拟值的相关性大都在0.90以上。模拟结果表明:实际天气情形下青藏高原年平均直接辐射量为4 244 MJ/m2,年平均散射辐射量为2 348 MJ/m2,年平均总辐射量为6 592 MJ/m2。直接辐射与总辐射的空间分布主要受纬度地带性与垂直地带性的影响,且地形对地表短波辐射的影响大于纬度的影响;散射辐射的空间分布主要取决于当地的地形起伏与大气状况。     

基于AGRI颗粒物浓度遥感反演及季节变化分析

基于AGRI数据反演区域PM_2.5浓度.利用6S辐射传输模式,分析气溶胶光学厚度AOD与能见度相关性,建立AOD、气溶胶标高和能见度模型;通过对大气柱AOD垂直订正,构建AOD与近地面PM_2.5浓度关系的物理模型;同时引入了地面相对湿度数据.结果表明,FY-4A遥感的PM_2.5浓度与地面空气质量监测站的PM_2.5浓度变化趋势一致,算法计算效率较高.利用AGRI估算近地面PM_2.5与地面观测网对比分析,其结果不亚于于MODIS以及VIIRS的对比结果,AGRI估算的均方根误差和相对误差较小.从季节分析,冬季近地面颗粒物浓度是影响整层大气柱AOD值的主要因素,AGRI反演结果精度较好,夏季相关系数相对于其他三个季节偏低.总体而言,采用FY-4A/AGRI反演颗粒物浓度精度可靠,有利于实现区域气溶胶全天候实时监测.     

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。     

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。     

罗斯比中心区域气候模型Ⅱ:北极圈气候的应用

作为ARCMIP国际计划的一部分,罗斯比中心区域气候模型(RCA2)针对整个北冰洋地区的气候作了数值模拟整合,并与来自sHEBA数据集的观测资料作了比较,RCA2标准模型对北极冬季的云量和长波辐射的模拟较实况偏多.通过引入新的云量参数化方案(该参数化方案显著地改进了云量的年循环)减少了这部分误差,确定了介于晴空向下大气长波辐射与云层底部的长波辐射的补偿率,利用可以更准确描述冰晶与太阳辐射相互作用的辐射方案修正了模型,从而使得模型对云-太阳辐射间的相互作用的描述更接近实际.在模拟晴空辐射部分,由于太阳辐射大气透射率过大,经常在边界层云的顶部产生正偏差.引入真实海冰和积雪两种表面反照率的时间变化,对准确模拟地面能量净收支是至关重要的.同样,为了准确模拟北极圈地区近地面的热力学过程,将雪面温度作为预报量引入模型中也似乎是必不可少的.     

近50 a西北干旱区冬季积雪日数变化特征

论文基于西北干旱区104个站点1961—2010年的日积雪深度、日平均气温、日降水量数据和NCEP/NCAR数据,利用K-means聚类分析、Mann-Kendall法等方法,对西北干旱区冬季积雪日数的时空变化特征及其变化原因进行分析。结果表明:1)冬季积雪日数大值主要集中在阿尔泰山和准噶尔盆地地区,西辽河流域、鄂尔多斯高原、天山、塔里木、阿拉善高原地区冬季积雪日数相对较少,内蒙古高原地区冬季积雪日数基本呈由高纬地区向低纬地区减少的趋势。2)近50 a,西北干旱区冬季积雪日数呈增加趋势,且各区域主要在1984年发生突变现象。内蒙古高原地区内站点冬季积雪日数变化较大,其他分区内站点的冬季积雪日数基本无变化。3)西北干旱区各分区周期变化主要集中在5、10、25 a左右,其中25 a的周期变化最为明显。4)冬季东亚大槽、南支槽的减弱与西风的增强使西北干旱区降水量增加是导致西北干旱区冬季积雪日数增加的主要原因。     

西北地区太阳能资源空间分布特征及资源潜力评估

太阳能资源的开发利用对人类减少化石燃料的消费及温室气体的排放具有极其重要的意义。因此,研究某一区域太阳能资源的时空分布及稳定性对于开发利用太阳能资源至关重要。论文从区域的角度,利用西北5省西安、西宁、兰州等27个辐射站逐日太阳总辐射(1961—2008年)和延安、乌鲁木齐、安康等163个气象站逐日日照时数资料(1958—2008年),用统计分析和规则样条函数插值相结合的方法,采用太阳总辐射和日照时数作为评价指标,分析了西北地区近50 a来太阳能资源的时空变化特征。结果表明:①研究区太阳能资源年际变化和季节变化特征基本一致,中部青海地区日照时数最长和太阳能总辐射最为丰富,属于资源丰富区,陕西南部及西南部地区太阳能资源相对最为贫乏,属于资源缺乏区;②近50 a来,西北地区年总辐射呈明显下降趋势,年均日照时数下降趋势较缓;③163个气象站近10 a各月日照时数大于6 h的天数有45～327 d,大部分站点在200 d以上,其中每年有15个站点大于300 d;④陕西中及南部、乌鲁木齐周边地区太阳能资源最不稳定,太阳能稳定程度指数K值最高,为12.21,而青海北部及青、甘、新三省交界地带资源最为稳定,K值最低,为1.27;⑤太阳能资源的稳定程度与资源潜力大小分布较为一致,即太阳能资源较为稳定的地区,总辐射最高、日照时间最长。     

西北东南部夏季旱涝急转异常分析及预测研究

利用NCAR/NCEP月平均再分析资料、中国气象局国家气象信息中心提供的中国西北东部地区(陕西、甘肃、青海、宁夏及内蒙古西部地区)1961—2012 年夏季(5—8 月)156 个台站逐日降水量以及国家气候中心提供的74 个环流指数,通过定义夏季旱涝急转指数,对西北东南部夏季旱涝急转事件的环流特征进行分析,并建立了预测模型,结果表明:近50 a 来西北东南部夏季旱涝急转现象年际差异较小,相比较而言,1992 年之前旱涝急转事件频发,而之后少发。在旱转涝年的旱期北极极涡偏东偏弱,乌拉尔山脊偏强,东亚大槽偏西偏深,另外中高纬西风带偏强,阻止了冷空气南下,也没有异常的水汽输送,在垂直场上主要表现为下沉运动,因此降水偏少。而涝期乌拉尔山阻高偏强,蒙古低压加深,西太平洋副热带高压偏西偏强,西北东南部正好位于西太平洋副热带高压西侧和蒙古低压底部,有充足的西南暖湿气流,另外中高纬度西风带偏弱,有利于冷空气南下,而且西太平洋有异常的水汽输送带,能到达西北东南部,在垂直场上主要表现为上升运动,因此降水偏多;涝转旱年正好相反。另外,利用前期大气环流指数对旱涝急转指数建立的集合预报模型具有一定的预测能力,从而为西北东南部夏季旱涝急转现象的短期气候预测提供参考依据。     

WRF数值模拟超强台风“凡亚比”路径强度及降水特征分析

采用中尺度数值模式WRF对2010年第1 1号台风“凡亚比”的发生发展过程进行数值模拟.通过设计的模式方案较好地模拟再现了“凡亚比”台风的发展、演变以及登陆过程,并利用台风最佳路径集提供的路径、中心气压、地面最大风速等信息资料,NCEP/NCAR分析资料,TRMM降水资料以及卫星云图、降水观测等各种资料与模式模拟结果开展了较细致的对比分析.模式模拟的台风路径与观测路径较为一致,分析出“凡亚比”台风的移动路径、强度、云系和降水分布等方面的特征.结果表明,台风的高低层环流形式、垂直运动场模拟结构也完全匹配,同时很好地把握住了中国沿海地区由台风造成降水的降水中心位置以及降水强度,但是对台风两次登陆时间的模拟均比真实的情况要迟6h,并且登陆位置偏西南.     

中国东部AOD等级变化及与东亚夏季风的联系

利用2000年3月～2017年1月Terra卫星反演的最新版本C06的MODIS气溶胶光学厚度（AOD）、NCEP fnl全球业务分析数据、CMAP降水、CERES SYN1deg Ed4月平均资料、NCEP/NCAR再分析资料等,依据区域平均AOD距平的显著年际变化特征,将历年AOD划分为5个不同的污染等级,并探讨了不同污染等级的局地成因及其与季风环流的联系.结果表明,夏季中国东部地区AOD异常偏大与地面风速小、中高层季风环流系统不利于气溶胶扩散有关.气溶胶污染最重（最轻）时,气溶胶与到达地面的太阳短波辐射、地面气温、风速及降水存在密切联系;在其他污染等级下,除了与到达地面的短波辐射有密切关系外,与其他量的联系并不明显.气溶胶污染严重时,到达地面的太阳短波辐射相对减小,地面气温异常偏低,低层大气冷却,地面风速减小,地面降水呈现南多北少的变化特征;反之,气溶胶污染较轻时,到达地面的太阳短波辐射相对增加,地面气温异常偏高,低层大气加热,地面风速增大,地面降水呈现南少北多的变化特征.     

中国西北地区持续干期日数时空变化特征

采用1961-2011 年111 个地面观测站逐日降水量资料,分析了中国西北地区近51 a 四季持续干期日数变化趋势。结果表明：近51 a 来西北全区春季和冬季持续干期日数都呈明显的下降趋势,冬季的下降幅度达到-1.6 d·(10 a)^-1,而夏季和秋季变化趋势不太明显。空间分布上该区大部分地区持续干期日数变化倾向率春季呈减少趋势,变化倾向率在-5.0～5.0d·(10 a)^-1之间;夏季不同的区域变化趋势不同;秋季西北西部呈减少趋势,而西北东部则呈增加趋势;冬季除陕西南部的关中平原和秦巴山地外,其他大部分地区呈减少趋势,变化倾向率在-6.0～3.0 d·(10 a)^-1之间。持续干期日数年代际变化和空间变化趋势在不同自然区变化趋势也存在差异。     

中国地表太阳辐射资源空间化模拟

基于1981—2010年全国122个气象台站的太阳辐射和气温日较差观测数据,将Bristow-Campbell太阳辐射估算模型在中国八大自然区分别进行了参数校正和验证;利用地理信息空间分析平台,采用PRISM模型对中国区域平均最高与最低气温空间化的结果,将其输入Bristow-Campbell模型,实现太阳总辐射的空间栅格化模拟;通过斯忒藩-玻耳兹曼定律计算全国地表长波辐射平衡;进而根据太阳辐射平衡公式,得到中国地表太阳辐射平衡的空间格局。结果表明:经过校验的Bristow-Campbell可以较准确地估算中国区域太阳总辐射资源;基于Bristow-Campbell辐射估算模型,结合气象数据的空间化模型,是实现太阳净辐射资源空间化模拟的有效途径;我国地表太阳净辐射总体空间格局表现为高值区位于青藏高原,每年可达9 000 MJ·m^-2,东部地区的净辐射年总量较低,东北稍高,浙闽地区稍低,低值区位于川黔地区,年平均约为2 000 MJ·m^-2左右。     

青藏高原夏季500hPa纬向风昼夜差异及其影响

论文利用NCEP/NCAR再分析资料及中国142 个测站12 小时降水资料,采用线性倾向估计、合成分析、相关分析等方法,对青藏高原夏季500 hPa 纬向风的昼夜变化特征及其影响进行了分析。结果表明：自1950 年以来,高原夏季500 hPa 昼、夜纬向风均呈现整体减弱趋势,且减弱趋势夜间比白天明显,纬向风日较差呈增大趋势。高原昼、夜纬向风在1967 年均存在减弱突变,纬向风日较差存在1965 年的减小突变和1975 年的增大突变,纬向风日较差具有4~6 a 及16~23 a 的显著周期。高原昼夜纬向风异常,使得高原东侧及其以东地区出现异常的上升或下沉气流,且高原纬向风减弱时,长江以北的我国大部分地区降水偏少,长江以南地区降水偏多,降水对高原纬向风异常响应的昼夜差异主要表现在四川盆地东西部降水异常的昼夜差异上。     

中国极端强降水事件年内非均匀性特征分析

基于中国314个台站逐日降水资料,根据百分位值法定义了极端强降水阈值,引入了表征时间分配特征的新参数--极端强降水事件集中度和集中期,对中国极端强降水事件年内非均匀性进行了分析,结果表明:中国年极端强降水事件集中度与集中期自西北向东南均呈“低-高-低”的分布特点,其异常空间分布也存在很大的区域差异;从区域平均来看,西北西部是中国年极端强降水事件最分散的区域,东北是最集中的区域。东北、西北东部、华北以及青藏高原年极端强降水事件集中期相当,明显迟于其它区域,而长江中下游是最早的区域;另外各区域年极端强降水事件的集中度与集中期的长期趋势并不一致,而它们均存在着较一致的周期振荡。