L波段SMAP卫星数据平静海面亮温信息提取研究

风致海表粗糙度是微波辐射计接收亮温的主要误差来源,通过建立亮温增益模型对海面亮温进行修正是获取平静海面亮温信息的一项关键工作。基于SMAP卫星L2C海面亮温数据和10 m风速数据,分析了亮温增益与风速之间的相关性,并利用最小二乘法根据不同风速区间建立L波段下的粗糙海面亮温增益模型,在考虑白冠对亮温影响的情况下,输入Argo浮标插值得到的温、盐数据集,使用Meissner-Wentz介电常数模型计算得到参考亮温,与亮温增益模型修正得到的平静海面亮温进行回归分析,定量评价了该模型在该海域的适用性。研究表明,风速与亮温增益呈现正相关关系,0～3 m/s风速区间的水平极化亮温灵敏度比垂直极化方式高0.25 K/(m/s),3～12 m/s风速区间的前者比后者高0.02 K/(m/s),大于12 m/s风速区间的前者比后者高0.01 K/(m/s);在靠近陆域的海面亮温偏差比较大,在开阔海域大部分极化亮温误差均能控制在0.2 K以内;模型亮温与参考亮温回归分析的决定系数均在0.5以上,均方根误差均可以控制在0.2 K以内。     

WRF模式对渤海和黄海海面风预报误差分析

基于WRF模式的2019年24h、48h和72h预报结果,选取渤海、黄海8个浮标站位观测的海面10m风速和风向进行直接对比检验和误差统计分析。结果表明：(1)模式24h预报结果最优,随着预报时效的增长,预报值与实测值相关性下降,预报值离散度增大;(2)当实测风力在45级时,预报风速与实测风速平均偏差最小,两者在数值大小上吻合最好,随着风力增大(或减小),平均偏差和均方根误差增大;(3)不同风向条件下的风向平均绝对误差均在0°～30°,其中N向风时,风向平均绝对误差最小,其次为S和SW向,当实测风向为东向风时,WRF预报的风向误差最大;(4)不同海域而言,WRF对黄海海域风速风向的预报能力明显优于渤海海域,这主要是由于渤海海域的特殊地理位置导致,WRF模式对冷空气导致的大风过程的预报效果优于对台风导致的大风过程的预报。     

绿潮早期聚集期间天气过程分析

利用中尺度气象模式WRF对2009~2012年绿潮(浒苔)早期聚集之前两周的气象要素进行了模拟,分析了其两周平均、周平均和日平均变化规律。两周平均结果表明,绿潮聚集前期海面风速基本维持在(6~7)m/s,气温和海表温度(SST)均在12℃~15℃范围内,海温接近浒苔适宜生长温度;短波辐射能量在200 W/m2左右,光照条件有利于绿潮繁殖。除2009年外,其余3 a周平均结果表明绿潮聚集前期平均风速有减弱趋势,SST增温明显。日变化分析表明,除2009年外,2010、2011、2012年绿潮早期聚集前几天风速均较小,为4 m/s左右,风向基本为东南风;气温和SST均有快速上升趋势,2010、2011、2012年聚集之前SST超过15℃,SST和光照条件有利于浒苔大量增殖。     

海面动力学粗糙度参数化方案对近海风资源评估结果的影响

采用数值模拟手段可以获取风能资源开发利用高度处资源量的区域分布状况,海面的动力学特性对近海面风速的数值模拟结果影响较大,论文采用WRF模式来研究不同海面动力学粗糙度参数化方案对近海及沿海地区风能资源的数值模拟评估结果影响以及方案的适用性.采用不考虑粗糙度变化(P_0)、WRF模式中参数化公式系数为定值的方案(P_WRF)、Yelland和Taylor 的分风速对参数化系数进行取值的方案(P_YT)对杭州湾近海及沿海地区风场进行模拟研究.通过与观测资料的对比分析可以得出以下结论:通过参数化方法改变海面动力学粗糙度可以改进近海和沿海地区风速的模拟效果,且P_YT 方案的模拟效果要优于P_WRF方案;当观测点为海风时,考虑粗糙度变化方案的风速模拟结果改进更加明显;观测点风速低于约8 m/s 时,所有方案模拟结果的相对误差均随风速增加而降低,P_YT 方案的模拟误差最小,P_0 的误差最大;而当风速大于8 m/s 时,相对误差会随风速的增加而增加,P_YT方案模拟误差最大,P_0 方案误差最小.三种方案模拟风能资源差异主要体现在陆地沿海和近海区域,离海岸线较远的陆上地区模拟结果相差不大,在沿海和近海区域方案P_WRF平均风速模拟结果比方案P_YT的偏高约为0.5 m/s,平均风功率密度偏高约为50 W/m².     

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.     

蒸发波导探测系统传感器允许误差分析

基于自主开发蒸发波导诊断分析模型,开展了蒸发波导高度敏感性数值试验研究,发现在几乎所有层结条件下,海面相对湿度是影响蒸发波导高度变化的最敏感因子,其次是海面气温、海表面水温和海面风速,气压变化影响可忽略不计。若使蒸发波导高度诊断分析均方差小于或接近于蒸发波导高度10%,则在稳定层结下要求气温和海表面水温误差不大于0.2℃、相对湿度误差不大于1%、海面风速误差不大于0.5m/s,在不稳定和中性层结下要求气温和海表面水温误差不大于0.5℃、相对湿度误差不大于3%、低风速时风速误差不大于0.5m/s、高风速时风速误差不大于1.0m/s。     

面向GOCI数据的太湖总磷浓度反演及其日内变化研究

总磷浓度是水质评价的一个重要指标,是水体富营养化、蓝藻水华暴发的重要影响因素,遥感技术具有范围广、时效高的优势,利用卫星遥感监测总磷浓度,对于水质和富营养化的研究有着重要意义.利用2013~2014年3次地面实验数据,构建了基于GOCI影像的总磷反演模型,为了检验模型的适用性,选取2014年春、夏、秋、冬各1日GOCI影像,对太湖总磷浓度的日内变化进行分析.结果表明,利用GOCI数据8个波段的波段组合作为变量,进行逐步回归分析所建立的模型具有较高的反演精度,模型的决定系数为0.898,平均绝对误差百分比为14.296%,均方根误差为0.026 mg·L~(-1).同时,利用地面实测样点与同步卫星影像对模型进行了精度分析,2014年8月5日和2014年10月24日同步影像的验证精度分别为:平均绝对误差百分比为33.642%和22.551%,均方根误差为0.076 mg·L~(-1)和0.028 mg·L~(-1).对4个季节中4 d的30幅影像对比分析表明,不同季节总磷浓度的绝对含量存在差异,但是,总磷浓度的时空分布及从早晨到下午的差异性存在相似性.从空间分布上看,梅梁湾、竺山湾、贡湖湾及西南部沿岸小梅港、长兜港总磷浓度长期偏高,各个区域的总磷浓度变化受到风向、风速等因素的影响;从时间变化上看,早上总磷浓度最高,随后逐渐降低,反映了总磷浓度受到温度和光照影响的效果.     

1979-2014年中国地面风速的长期变化趋势

基于中国国家级地面气象站均一化风速月值数据集,采用线性回归等方法分析了1979-2014年中国2268个台站地面风速演变的时空特征。结果表明：中国地面风速总体呈显著下降趋势,年平均风速变化速率为-0.142 m/s/10 a;四个季节中春季平均风速下降趋势（-0.18 m/s/10 a）明显大于其他三个季节,其次依次为冬季（-0.135 m/s/10 a）、夏季（-0.13 m/s/10 a）及秋季（-0.129 m/s/10 a）;研究选取的台站中约82%的台站风速呈现下降趋势;划分的七个区域中,高原区和东北区风速下降趋势最明显,华北区下降趋势最小,但都通过了0.05显著性检验;中国地面风速在1980s下降趋势最显著（-0.235 m/s/10 a）,1990s下降趋势减缓（-0.112 m/s/10 a）,2000-2014年下降趋势最小,为-0.099 m/s/10 a;研究期间地面风速与地面气温呈显著负相关,表明近期中国气温变暖可能导致风速减弱。     

基于数值模拟与资料同化探究长三角地区冬季PM2.5污染过程的气象影响

细颗粒物(PM_2.5)累积主导着长三角地区冬季空气污染,其中,气象要素具有重要的作用.本文结合WRF-Chem模式和WRF-FDDA技术,针对2019年1月12—16日发生在长三角地区的一次典型PM_2.5污染过程进行数值模拟分析.通过敏感性试验,量化分析地面气象因素（温度、风速、相对湿度）对该地区PM_2.5浓度的影响,并利用对自动气象站观测资料的四维资料同化试验,探究气象场改进对PM_2.5模拟的改善.模拟结果表明,长三角地区PM_2.5污染受气象条件影响程度较为显著,PM_2.5浓度与风速和温度呈显著负相关,与相对湿度呈正相关.水平风速减少40%、温度增加3℃、相对湿度增加20%分别造成了+4.68%、-2.82%与+2.2%的PM_2.5浓度变化.而同化气象资料显著地改善了模拟的气象场精度,其均方根误差（RMSE）统计项中相对湿度减小9.68%,温度减小1.02℃,风速减小0.35 m·s^-1,这也使得PM_...     

风浪对太湖水体中胶体态营养盐和浮游植物的影响

为了解不同风浪条件下太湖水中胶体态营养盐和浮游植物含量的特征, 选择不同风速情况进行现场观测和采样, 用切向流超滤法获取胶体, 测定胶体态有机碳、氮、磷及其他形态营养盐含量. 同时收集浮游植物样品, 测定其密度和生物量. 结果表明, 在风速小于4m/s时胶体氮(CN)和胶体磷(CP)含量随风速变大而升高, 而在风速大于4 m/s时其含量不再升高, 甚至略有降低; 叶绿素a(Chl-a)、浮游植物密度、蓝藻密度和蓝藻生物量均在风速小于4m/s时随风速增大而升高, 在风速大于4 m/s时随风速增大而降低, 说明小风浪有利于蓝藻生长或漂浮, 而大风浪对其生长或漂浮不利. CN和CP含量与浮游藻类含量呈显著正相关, 表明在藻类生长旺盛的夏季, 太湖水中胶体氮、磷的主要来源为藻类产物.     

环渤海区域风能资源WRF同化模拟及特征分析

利用WRF模式及其3DVAR同化模块,结合环渤海区域风能资源观测网测风塔观测数据,设计并构建了多种3DVAR 同化方案,用来提高环渤海区域风能资源数值模拟初始场质量。以2010 年4 月12 日至13 日一次大风过程为研究对象,利用该同化方案进行了一系列WRF数值模拟对比试验。选择较优的3DVAR同化方案对环渤海区域70 m高度风能资源进行了2009 年6 月1 日至2010 年5 月31 日一整年的数值模拟。模拟结果表明,较优的3DVAR同化方案能有效地改进区域风能资源数值模拟初始场质量,主要体现在模拟值与实测值更为接近,模拟效果得到显著改善。环渤海区域70 m高度年平均风速和年平均风功率密度呈现出南小北大的分布特征,渤海中部和北部风能较大,沿垂直于海岸线向内陆方向,风能参数急剧减小。     

井喷点火后对周边井和集气站的影响研究

以实际工程项目为例,利用计算流体动力学软件（CFD）,以3种不同压力、外界风速和2种出口直径为边界条件,分别对井喷情况下的流场分布进行了18组数值模拟计算,并对模拟结果及其对周边设施的影响进行了分析。数值模拟结果表明,在压力为10MPa,出口直径为62mm,风速为1m／s时,井喷后气流的出口速度超过400m／s,而火焰表面温度超过1500K,喷射火对周边建筑物的伤害范围超过65m,对周边的设备与建筑造成毁坏;超过104m才不会有明显伤害。     

宜昌地区中低空风速变化特征分析

利用宜昌1958—2013年逐日探空风资料,通过趋势系数、滑动t检验和小波分析等方法,分析宜昌中低空规定高度平均风速的时间变化,并和同期地面风速变化进行对比。结果表明：1）500和1 000 m高度月平均风速变化均呈双峰曲线,1 500和2 000 m月平均风速变化趋势较为一致,3 000 m月平均风速波动较大。2）从季节分布来看,500~2 000 m平均风速均为春季最大,3 000 m平均风速冬季最大;不同高度层季平均风速随高度上升增幅不同。3）500 m年和四季平均风速的年际变化最剧烈;500~2 000 m,年平均风速的离差系数随高度上升明显减小。4）1971—2013年,宜昌地面10、 500、 2 000、 3 000 m年平均风速显著减小;1 000和1 500 m年平均风速略有增大但未通过显著性检验。5）宜昌中低空平均风速主要经历了20世纪80年代由下降到上升和90年代由上升到下降的突变;冬季平均风速的突变次数最多,夏季平均风速突变次数最少;各高度年、季平均风速的突变次数随高度上升而减少。6）各高度普遍存在8~14 a的较长周期和2~4 a的较短周期,其中较长周期主要出现在夏、秋季,较短周期主要出现在春、冬季。     

城市形态参数对边界层气象条件影响的模拟

利用耦合城市冠层方案的气象模式WRF,选取高密度城市深圳,通过在模式中设置不同建筑物高度和密度的敏感性试验,研究城市形态参数对边界层气象条件的影响.结果表明：建筑物高度和密度增加会使日间城市冠层对热量的截留作用增强,城市储热分别增加约6W/m²和9W/m²;在城市冠层遮蔽效应和截限作用的共同影响下,建筑物高度增加会使日间地表温度降低约0.3℃,而建筑物密度增大则会引起地表温度增加0.6℃以上,2m温度和地表温度的变化有很好的一致性.城市建筑物高度和密度增加均会引起地表粗糙度增加,造成风速分别降低约0.4m/s和0.6m/s,同时在夜间,由于湍流运动增强,使得夜间边界层高度分别增加约30~40m和20~30m.反之,建筑物高度和密度减小使日间储热减小6~7.5W/m²,10m风速增加约0.3m/s和0.4m/s,夜间边界层高度降低约30~50m和10~30m.     

黑龙江省大气边界层不同高度风速变化

利用黑龙江省1961—2010 年哈尔滨、嫩江、齐齐哈尔、伊春4 个气象站探空和地面风速资料,分析了边界层内不同高度风速的气候学特征和时间变化趋势,获得以下结论:①黑龙江省边界层内不同高度年平均风速随高度增加而增大,10 m到300 m风速垂直递增率最大;风速在年内具有明显的季节性特征,各高度都是春季最大,近地面层冬季风速最小,其余高度夏季风速最小。②1961—2010 年,近地面10 m高度平均风速1970 年代最大,其后各年代风速逐渐减小,2000 年代风速最小;300、600、900 m高度,平均风速1980 年代最大,从1980 年代到2000 年代逐渐减小,300 m高度平均风速最小出现在1960 年代,600 m和900m最小出现在1970 年代。③1961—2010 年,近地面10 m高度平均风速呈明显减弱趋势,递减率为0.162 m/(s·10 a),递减趋势主要发生在1970 年代以后,但300、600 和900 m高度平均风速变化均不显著。④黑龙江省近地面风速变化趋势可能主要与观测环境改变和城市化等非自然因素影响有关,上层的风速变化则主要受大尺度大气环流变化的影响。     

结合卫星遥感技术的太湖蓝藻水华形成风场特征

为进一步了解太湖蓝藻水华形成和分布与近地面风场的关系,利用太湖湖面及周边地区2003~2013年气象与卫星观测数据分析、并应用WRF3.5.1数值模型模拟,发现太湖蓝藻水华主要出现在卫星观测时刻前6h平均风速为0.5~3.4 m/s的区间,占比达94.7%;蓝藻水华面积总体上随风速增大而减小,大范围蓝藻水华主要出现在前6h平均风速≤2 m/s的情形下,占比达89%;风向则主要影响蓝藻水华在太湖的空间分布格局.结果表明局地风场对于太湖蓝藻水华的形成、输移和分布具有重要作用.     

水浮植物雷达探测水葫芦性能

利用雷达探测技术,以绑有水葫芦的标准泡沫板为目标物,系统研究了水浮植物雷达对水葫芦目标识别能力、探测范围以及距离、面积、速度测量性能。试验结果表明:水浮植物雷达可以区分水面、墙体以及水葫芦,径向探测距离为37~114.5 m,不同径向距离的平均测距误差均在0.6%以内。在雷达3°/s扇扫速度小范围扇扫模式下,远距离比近距离面积测量平均误差高26.99%;同一距离,12°/s比3°/s扇扫速度的面积测量平均误差低12.13%。另外,在0.1~1.0 m/s的目标速度测量范围内,雷达对水葫芦的测速均方误差百分比不超过8%。     

浙江省大气PM2.5时空分布及相关因子分析

该研究以浙江省2014-2019年PM_2.5浓度数据为研究对象,应用多元线性回归和随机森林方法结合气象、植被、地形、经济、人口和基础设施等因子进行分析.研究结果表明PM_2.5浓度时空分布不均匀,时间上季节变化差异显著,总体呈冬季>春季>秋季>夏季分布规律,每年呈下降趋势;空间上呈西北多东南少的分布特征.多元线性回归和随机森林模型显示日最低地表气温（MI-GST）、日最低气压（MI-PRS）、日蒸发量（EVP）、日最小相对湿度（MI-RHU）、月植被覆盖度（FVC）、日降水量（PRE）、日极大风速（MM-WIN）、日平均相对湿度（AV-RHU）、铁路密度（Railway）、日最大风速（MA-WIN）、日照时长（SSD）、海拔（DEM）、日平均风速（AV-WIN）和河流密度（River）等15个因子对PM_2.5浓度影响显著;随机森林模型均方根误差（RMSE）、均方绝对百分比误差（MAPE）和变异解释量（R²）分别为0.133、17.83%和0.834,明显优于多元线性回归（0.278、40.48%和0.575）,表明随机森林更适合浙江省PM_2.5浓度估测,该研究揭示PM_2.5时空分布及相关因子分析,为限制空气污染提供有效策略.