基于全天空 FPI 的临近空间中性风场研究

目的对临近空间大气中性风场进行监测与分析。方法借助法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot Interferometer,FPI)观测临近空间顶层的大气中性风场。针对北极黄河站(78.92°N,11.93°E)临近空间顶层的大气中性风场,介绍全天空FPI测风的基本原理,通过对2016年11月25日全天空FPI设备观测的OI557.7 nm气辉干涉图进行分析,反演得到极光亚暴期间的内5级环的水平风场和视线风场。结果极地地区临近空间顶层的水平风速基本保持在-200~200 m/s之间,极光亚暴使得中性风场呈现出一定的方向性,并且风场增大的方向垂直于极光弧。结论利用全天空FPI设备可以对临近空间顶层的大气中性风场进行探测和分析,有助于认识和理解临近空间大气环境。     

临近空间环境探空火箭膨胀落球探测技术

针对临近空间大气环境探测需求,介绍了一种可用于30~100 km临近空间大气密度、风场、温度和气压的原位探测技术——探空火箭膨胀落球探测技术,阐述了其探测原理、系统组成和探测过程,采用仿真方法模拟了膨胀落球的探测数据,并利用模拟探测数据成功反演了30~100 km临近空间大气密度、风场、温度和气压等大气产品。该技术具有探测要素多、探测高度范围广、载荷成本低、设备较为简单等特点,对于我国临近空间环境探测和环境研究具有重要意义。     

基于激光雷达的北京市气溶胶光学参数季节特征

利用米散射激光雷达ALS300系统在北京城区开展了为期近1年的观测,观测时间为2009年6月~2010年5月份.先将观测数据划分为春(3~5月份)、夏(6~8月份)、秋(9~11月份)、冬(12~2月份)四个季节,再对数据进行质量控制.研究了气溶胶后向散射系数、消光系数以及气溶胶光学厚度AOT和大气边界层的日均值变化特征,以及这些要素的季节和全年特征统计值.结果表明,气溶胶消光系数和后向散射系数的日平均变化形态趋于相同,数量上消光系数是后向散射系数的约10倍.它们的季节平均值廓线形态结构也并没有呈现出明显的季节性结构特征差异,2个系数最大递减均发生在1km高度范围内.在0.15~3.0km高度范围做垂直平均,夏季的后向散射系数和消光系数有最大平均值(分别为31.2Mm^-1·sr^-1和517.0Mm^-1),说明夏季有较强对流.冬季后向散射系数和消光系数最低.对于冬、春2个季节,700m高度是2个量大小分化的高度.700m高度以上,春季的后向散射系数和消光系数均大于冬季.AOT和大气边界层高度的日均值波动特性明显,日均值最大振幅出现在春季.月平均来说,在春季,气溶胶层高度和边界层高度最高(分别为3450m和970m),冬季最低(分别为2970m和712m).春、夏季节AOT波动变化大,而在秋季和冬季变化比较平缓.春夏秋冬4个季节的平均气溶胶光学厚度分别是0.689、0.699、0.571和0.647.     

临近空间落球探测仿真分析

目的基于硬质落球,分析探测临近空间大气密度和水平风场的载荷需求和探测性能。方法仿真计算自由下落探测段受力情况,建立运动方程。以假定释放条件,仿真落球的探测过程,给出各作用力量级。结果面质比的变化不能改变气动力范围。相同加计灵敏度下,增大面质比可提高探测高度。150 km以下的探测中可忽略光压力,探测到水平风场米级变化的加计灵敏度需求为1×10~(-5)m/s~2。结论面质比的变化不能改变气动力范围。相同加计灵敏度下,增大面质比可提高探测高度。     

南京上空大气边界层的激光雷达观测研究

为了研究南京地区大气边界层结构的变化特征,利用2010年11月到2011年10月期间米散射激光雷达对南京上空大气散射特性的连续观测资料,通过小波协方差法得到了该地区的大气边界层高度,分析了其日变化和季节变化特性以及夹卷层的日变化特性,并讨论了引起这些变化的原因,得到以下主要结论:南京上空边界层具有典型的日变化特征以及季节变化特征,夜晚低(小于0.5 km),白天高(大于1 km);最大混合层高度春季高(1.77 km),冬季低(1.34 km);边界层的日变化以及最大混合层高度与地表温度存在明显的正相关,与地表的相对湿度存在负相关;云层可以有效的降低最大混合层高度并且使最大混合层高度出现的时间提前。     

临近空间环境及其影响分析

介绍了临近空间和临近空间环境的概念,分析了临近空间大气温度、风场、大气波动、电磁特征和光化学作用、电离层与中性大气的耦合、电流和高能粒子加热等物理变化过程,总结了临近空间天气探测、预报手段和技术,讨论了临近空间天气对飞行平台和仪器设备的影响。     

利用落球探测资料分析临近空间大气重力波

目的探究利用落球探测数据分析临近空间大气重力波特征的优势。方法基于中国首次进行的火箭落球实验过程中,雷达跟踪获得的落球位置信息,计算得到大气水平风场廓线,并利用最大熵法提取重力波参数。与此同时,基于TIMED/SABER卫星在对应时间以及位置上探测得到的温度廓线,利用最大熵法和S变换方法同样获得相应的重力波参数。针对两种方法获得的重力波参数进行对比分析。结果利用最大熵法对火箭探测得到的水平风场扰动廓线和卫星探测得到的温度扰动廓线进行分析,发现纬向风场中的主导重力波的垂直波长约为4 km左右,而经向风场主导重力波的波长集中在6.5 km左右,由温度扰动廓线提取出的主导重力波垂直波长集中在12 km左右。利用S变换再次对卫星探测得到的温度扰动廓线进行分析,重力波垂直波长仍集中于10～12 km左右。这表明从风场廓线和温度廓线中提取出的重力波垂直波长的差异主要是由于卫星探测数据的分辨率不足产生的。结论相比较卫星探测的温度廓线,火箭探测得到的风场廓线数据对重力波的分辨率更高,能够分辨出垂直波长更小的精细结构,具有重要的精度优势。     

永兴岛大气CH4浓度变化特征及影响因子研究

依托国家海洋局三沙海洋环境监测中心站,基于激光大气温室气体分析仪（GLA331-GGA）,搭建了一套全自动、连续、高精度观测大气CH₄的观测系统.通过气团后向轨迹输送特征,结合数值统计方法（局部近似回归法）,对西沙永兴岛区域2013年12月~2017年11月期间的观测数据进行了数据筛分和分析.结果显示：西沙海域大气CH₄季节变化与北半球大气本底变化状况类似,冬季高、夏季低,年平均增长率约为11.9×10^-9,年平均季节振幅为81.1×10^-9;其日变化呈现中午低、凌晨高的单周期正弦变化特征;该区域风场数据和气团后向轨迹分析表明：季风是影响该区域CH₄浓度变化的最主要因素.     

海南五指山大气气态总汞含量变化特征

利用高时间分辨率自动测汞仪(Tekran 2537B)于2011-05~2012-05对五指山大气气态总汞(TGM)进行了连续1 a的观测.结果表明,五指山TGM含量为(1.58±0.71)ng·m-3,与全球大气汞背景值相当,表明五指山大气几乎没有受到明显的大气汞污染.TGM的月变化特征表现为2011年6~8月和2012年3~5月TGM含量较低,2011年9月~次年1月含量较高,热带季风是影响TGM月变化的主要因素.五指山TGM具有明显的日变化特征,小时均值最低值出现在09:00,峰值出现在19:00,白天TGM浓度低于晚上.日变化受汞长距离迁移和本地气象条件的共同影响.后向轨迹分析结果表明大气汞从中国大陆的长距离迁移为五指山TGM浓度升高的主要原因.     

广州城区冬季大气边界层气溶胶激光雷达探测

激光雷达是大气边界层气溶胶和云的一个高效探测工具。2010年12月利用Mie散射激光雷达对广州城区冬季大气边界层进行系统观测,分析讨论了测站地域上空大气气溶胶的消光系数垂直分布和时间变化的主要特征。结果表明:冬季广州大气边界层气溶胶主要分布在1100m以下区域,气溶胶分布具有多层结构;大气边界层高度稳定分布在500~620m左右,边界层高度日变化不明显;冬季广州气溶胶源较为稳定并且变化慢;广州城区气溶胶浓度白天比晚上大,峰值出现11颐00~14颐00左右,谷值出现在20颐00左右。     

东吾洋关门渔港邻近海域溢油模拟分析

利用MIKE21 HD水动力模块对福建东吾洋附近海域进行潮流数值模拟,通过与实测资料对比,对模型计算的潮位、流速及流向进行验证。验证结果显示,数模结果与实测值吻合较好,该潮流数值模型可以反映当地水动力情况,并作为溢油模块的水动力基础数据。基于欧拉-拉格朗日“油粒子”理论,考虑油膜运动过程中扩散、漂移、风化等过程,建立了东吾洋关门渔港邻近海域二维溢油扩散模型,模拟不同潮时（涨憩、涨急、落憩及落急）发生溢油,考虑不同风况（静风、夏季盛行风及冬季盛行风）,分析不同情况下的溢油油膜漂移路径、漂移路程及扫海面积。结果表明,关门渔港附近溢油漂移扩散主要受潮流和风场影响,其中风场起主导作用。24 h内油膜最大扫海面积及漂移路程均出现在落憩静风时溢油,分别为6.66 km2及17.63 km。除落憩冬季风情况下溢油外,其余各情况溢油均在关门水道附近随潮流来回移动,最终到达东安岛西南侧弥勒湾内。     

基于地基遥感资料的厦门市污染边界层特征分析

城市大气边界层是影响城市环境气象的重要研究对象,本研究利用新型地基遥感数据针对城市颗粒物污染过程开展边界层特征分析,旨在利用风廓线雷达和微波辐射计等高时空分辨率的遥感数据探讨边界层内大气运动、温湿条件的变化与近地面污染累积的关系.结果表明:厦门地区颗粒物污染过程中,边界层内弱风层厚度较地面风速而言更能够代表边界层内扩散条件的变化,可以更好地表征和预测近地面污染的变化;在局地累积的污染过程中,边界层内存在较厚的弱风层,同时2 km以下的风场有明显的风向转变特征,导致边界层内不存在有效的传输和扩散,另外,污染时边界层垂直温差可以在一定程度上反映干季的垂直扩散条件,0～3 km温差与PM_(2.5)浓度有着密切的联系;冷空气过程有将上游污染物向本地区输送的可能,城市边界层在东北大风的条件下伴随着显著的垂直下沉运动,有利于上空污染向下扩散.多源地基遥感数据联合分析能够进一步解释城市边界层内气象条件对于城市大气污染变化的影响,集合各设备的探测优势开展城市宜居和污染气象条件研究具有较高的科学性和可行性.     

两类污染型下中低空风切变对PM2.5浓度影响

基于2015~2020年京津冀地区生态环境监测数据和多源气象数据,分析了北京地区0~3km中低空垂直风切变在不同PM_2.5等级下的演变特征。结果表明,风速日变化特征随着PM_2.5浓度升高而逐渐减弱,PM_2.56级污染时近地面风速日变化基本消失,甚至反向变化;白天边界层风速增大时段对应10m/(s·km)以下的风切变,20:00后增大至12~14m/(s·km),该现象随着PM_2.5污染加重变得更为显著,白天时段近地层垂直风切变较小值(<6m/(s·km))维持,可能是污染严重的信号之一;基于旋转经验正交函数分解法(REOF),将污染日下中低空垂直风切变分为无扰动型和压缩型,压缩型低压强度略强于无扰动型,无扰动型的PM_2.5浓度均值、峰值较压缩型更高,逆温强于压缩型,另外,无扰动型PM_2.5浓度增长期和边界层高度(PBLH)反向变化,压缩型PM_2.5浓度增长期和PBLH同向变化。     

兴城市曹庄海域潮滩水动力数值模型的建立

本文以辽宁省兴城市曹庄海域潮滩为例,利用MIKE21建立该潮滩的二维水动力模型,在验证海域稳定深槽的潮位、潮流（流速、流向）基础上,对潮滩淹没过程的瞬时水边线和滩面潮流（流速、流向）进行验证,并分析潮汐特征及强风对潮滩水动力数值模型计算结果的影响。结果表明,该潮滩大、小潮均可实现淹没,每个周日滩面（0.5 m以上）淹没时间的平均值为5.8 h;滩面流场极为复杂,高潮时滩面流速达到最大值,普遍为30~40 cm/s且流向基本平行岸线;6~7强风条件对计算流场有较大的影响,1#、2#测站的计算流速较无风条件下增大43.8%和29.5%。     

Measurement of tire tread in urban air by pyrolysis-gas chromatography with flame photometric detection

The concentration of tire tread in suspended particulate matter (SPM) was measured by a new method based on benzothiazole generated by pyrolysis of vulcanization accelerator. The variation of production yields of benzothiazole was examined for 24 kinds of tire treads currently used in Japan Pyrolysis was carried out at 670°C using a Curie-point pyrolyzer.The vertical profile and diurnal pattern of tire tread were investigated with 4-h samples continuously collected for 24 h at a heavy traffic density area in Tokyo. The diurnal percentage of tire tread in SPM at the sampling site of 86 m height showed two peaks following the trend of traffic density throughout the day. The concentration of tire tread collected at the 86 m level was about 30% of that at the 0 m level during the daytime. The seasonal variation of concentration of tire tread in SPM was measured at the sampling site located 20 km SW of Tokyo. The weight percentage of tire tread in SPM varied between 1.3 and 3% in winter with NE-NW wind and varied between 0.5 and 1.5% in spring with SE-SW wind.     

探讨影响赤潮的物理因子及其预报

通过多年对广东沿海港湾赤潮发生机理的探讨 ,归纳出引发赤潮的主要物理因子 ,并深入研究潮汐变化与赤潮形成的关系。作者认为在沿海一些半封闭的海湾 ,在月赤纬偏小期间发生大潮易引发赤潮。大亚湾澳头水域 4～ 5月份大潮后多呈现不正规全日潮 ,易出现赤潮生物高峰期 ,较明显的赤潮从发生至消退的全过程往往跨越一个潮水期。根据实践经验总结 ,作者提出利用潮汐变化规律对大亚湾澳头水域 2 0 0 1年 5月份可能出现的赤潮初始阶段作尝试性预测 ,并在赤潮初始阶段通过对水域的浮游生物优势种和当地天气的变化趋势加强观测、研究 ,希望能对赤潮暴发作出较准确的预报。     

河谷城市通风系数研究

通风系数是科学确定污染物排放总量的基础.利用WRF模式模拟的边界层高度和风速计算了兰州新区2014年4个季节的通风系数,探讨了风速的季节性变化和日变化特征.结果表明:①WRF模式模拟得到的兰州新区的混合层平均风速呈夜间高、日间低的特征,日间混合层内平均风速最大值出现在20:00左右,这与地面风速积分法确定的平均风速具有较高相关性,验证了利用模式模拟边界层内平均风速特征的能力.②混合层高度季节变化呈现春夏季高、秋冬季低的特征;受太阳辐射的影响,日间混合层高度明显高于夜间.③通风系数具有明显的季节性变化特征（4个季节的通风系数分别为4 607.6、5 424.1、1 316.4、706.9 m2/s）,夏季高,冬季小,这与混合层高度和混合层内平均风速的季节性变化特征一致;日变化呈现单峰型的变化规律,冬季的峰值出现在15:00,而其他3个季节的峰值则出现在17:00左右.研究显示,WRF模式的模拟结果可以较好地反映混合层平均风速的基本特征,利用WRF模式模拟的结果计算得到的河谷地形的通风系数较为合理,不同季节的通风系数差异较大.      

基于CALIOP的安徽沿淮地区霾天气溶胶类型及垂直分布特征

利用CALIPSO卫星气溶胶廓线数据、地面观测资料进行统计分析,给出了2012—2013年安徽沿淮地区霾日气溶胶的垂直廓线分布.基于后向轨迹及聚类分析,获得沿淮地区污染的主要来源及传输方向,并进一步利用卫星类型掩码产品(VFM)及EC再分析资料,对不同来源的气溶胶类型、气溶胶垂直分布及导致污染的典型天气形势进行分析.结果表明,沿淮地区消光系数随高度减小,霾日近地面消光系数为0.53km~(-1),约为晴空日的2.5倍.污染性天气主要为本地污染积累(占比为46%),其次为长三角区域污染带及京津冀等地污染传输作用影响.在静稳天气背景下,850 h Pa暖平流形成逆温层易导致沿淮地区本地污染,大陆污染型气溶胶为主要成分,近地面受低压上升气流影响,污染物在垂直方向上略有抬升,聚集高度为0.4~0.8 km.当西太平洋副热带高压5880位势高度等值线西伸北进,长三角区域整层大气均被高压控制,易产生污染沙尘型气溶胶,污染物聚集在近地面且浓度随高度减小.而在冷空气南下早期,850 h Pa冷平流易将京津冀地区污染传输到沿淮地区,气溶胶类型为大陆污染型气溶胶和污染沙尘型气溶胶,在1~2 km处高污染浓度最高,高于近地层.