中国东南部太阳辐射变化特征、影响因素及其对区域气候的影响

基于8个站点1961年以来的长期太阳辐射及其它气象观测数据,通过线性回归、相关分析等方法,探讨近半个世纪以来中国东南部太阳辐射的变化特征,并分析了太阳辐射变化的影响因素以及对区域气候的影响。结果表明：该地区地表总太阳辐射自1961年以来呈下降趋势,变化率为-10.17MJ·m-2·a-1。太阳辐射下降主要集中在1961到1990年间,该时间段的下降趋势达到-39.43MJ·m-2·a-1,主要表现为直接辐射显著下降,散射辐射则变化不大;1990年代以后,地表总太阳辐射开始呈现上升趋势,变化率为13.21MJ·m-2·a-1。该地区太阳辐射变化与全球范围内太阳辐射＂变暗＂及＂变亮＂的变化是一致的。从云量对太阳辐射的作用来看,该地区太阳辐射的变化很有可能是受到低云量变化的影响;而太阳辐射的这种变化直接导致气温发生变化,使得最高气温和最低气温的变化出现不一致,日较差随之发生改变。     

基于在线大气化学模式太阳能预报的改进

基于在线大气化学模式WRF/chem,考虑气溶胶直接辐射效应,模拟2015年1月1日—12月31日天津地区地面太阳辐射通量,并与未考虑气溶胶辐射效应的同参数中尺度气象模式WRF进行对比,分析在雾霾频发的天津地区,增加气溶胶直接辐射效应后对太阳能预报的改进效果。结果表明,在雾霾频发的天津地区,气溶胶对地面太阳辐射预测的影响不可忽略,以2015年计算,全年影响均值27.42 W·m~(-2),即全年太阳辐射辐照量下降864 MJ·m~(-2);在太阳能预报重点关注的9:00—16:00,影响值约为73.3 W·m~(-2)。由于气溶胶的作用,全年有6.3%的时日太阳辐射被削减50%,19%的时日太阳辐射被削减超过30%,尤其是在雾霾频发的11月—次年2月,约有18%~25%的太阳辐射+6被大气中气溶胶吸收和散射而未能到达地面。大气化学模式WRF/chem由于考虑了气溶胶直接辐射效应,可以显著地改善地面太阳辐射的预报性能,降低模式预报的正偏差,其均值偏差由44.74 W·m~(-2)降低到16.09 W·m~(-2),相关系数由0.88提高到0.92,相对均方根误差由36.6%降低到23.2%,相对误差由27.8%下降到15%。在雾霾影响较为严重的区域,基于在线大气化学模式开展的太阳能预报效果优于中尺度天气模式预报。     

福州市太阳总辐射变化特征及与PM、O_3关系分析

太阳辐射是天气气候形成和演变的基本动力,也直接影响着近地层的空气质量,研究太阳辐射变化对空气质量的影响规律具有重要意义。基于2007-2018年福州市太阳总辐射、PM-(10)及2014-2018年PM_(2.5)、O_3观测资料,采用趋势分析、相关分析、对比分析等方法,研究福州市太阳总辐射的时间分布规律、变化特征及与PM、O_3的相关关系。结果表明,(1)近12a福州市太阳年总辐射呈上升趋势,平均上升率为6.7%/10a,ρ(PM_(10))和ρ(PM_(2.5))年平均值呈现明显下降趋势,太阳年总辐射与ρ(PM)呈负相关关系。(2)福州市太阳总辐射7月最强、12月最弱,平均而言夏季(7-9月)太阳总辐射量最丰富,春季次之,冬季最少。(3)太阳日总辐射与ρ(O_3)日均值、ρ(O_3)–max–8h、IAQI(ρ(O_3))呈现明显的正相关关系,相关系数分别为0.452、0.594、0.572,通过0.01显著性检验。(4)随着大气中ρ(PM)逐年降低,太阳总辐射量增加,又引起了O_3污染日趋严重的问题,2017-2018年福州市O_3污染明显加重,这与太阳辐射增强、气温异常偏高,日照时数明显偏多关系密切。(5)利用AQI(空气质量指数)评价空气质量后,太阳总辐射对空气质量从单一的影响ρ(PM)高低到主要影响ρ(PM)和ρ(O_3)高低转变。研究结果揭示了《环境空气质量标准》(GB3095-2012)执行后,太阳总辐射与空气质量的相关关系取决于当天的首要污染物,进而决定并影响空气质量的好坏。     

杭州市规模扩展对气候的影响

本文根据我们以往的工作及有关气象台站长期观测资料,初步分析了杭州市规模扩展对到达地面的太阳直接辐射、温度、湿度、云量等的影响,为杭州市合理规划、环境保护、人口控制等宏观决策提供科学依据。     

1961-2007年期间南宁紫外线辐射的变化趋势及其与皮肤癌发病相关分析

采用2002年9月至2005年10月逐日太阳总辐射、云量、太阳天顶角、臭氧、水汽压、空气污染物和紫外线辐射资料,建立了基于气象要素推算紫外线曝辐量的模型;采用该模型重建1961-2007逐日紫外线曝辐量资料,从年、春、夏、秋、冬不同尺度分析重建序列的特征;采用1991-2003年皮肤癌发病人数资料,分析紫外线曝辐量与各类皮肤癌发病人数相关性;对未来紫外线变化进行展望。主要结论有:1961-2007年,南宁紫外线曝辐量年平均日值为95.83 W.h/m2;绝对变率以夏季最大,相对变率以冬季最大,秋季绝对变率和相对变率均最小;年平均和春、夏、秋季紫外线曝辐量有微弱的下降趋势,冬季下降趋势明显;突变主要发生在1970 s中后期至1980 s初期和1990 s初期;年和各季最显著的周期是准7年,夏季还有明显的11年周期;1991-2003年鳞状细胞癌发病人数与紫外线曝辐量相关显著;基底细胞癌、鳞状细胞癌、恶性黑色瘤3种皮肤癌均好发于高紫外线辐射时间;展望2050年以前紫外线变化情况,认为:偏高年份可能在2017、2031、2045年附近,偏低年份可能在2010、2024、2038年附近。     

天津城市化对市区气候环境的影响

利用天津市区和郊区两个气象站近50年的地面温度、辐射、日照、风速、相对湿度和降水量资料,系统地分析了天津城市化进程对城市气候的影响,结果表明影响是显著的。受城市化的影响,天津市区地面温度远高于郊区,城市热岛效应明显,市区增温率达0．42℃·（10a）^-1,50年增温幅度达2．5℃,其地面总辐射、直接辐射和日照时数逐年减少的特征也进一步证明了城市化对大气的增温效应;市区近地层风速、相对湿度明显小于郊区,其中,平均风速以0．35m·s^-1·（10a）^-1的速率减小,相对湿度以1．11％·（10a）^-1的速率减小。近50年来天津市区的降水量和降水日数均呈现明显的减少趋势,降水量的倾向率为5．91mm·（10a）^-1,降水13数的倾向率为3．2d·（10a）^-1。     

川西亚高山白桦林小气候的时空动态特征

对川西亚高山白桦林(海拔2 540 m)内太阳辐射、空气温湿度以及土壤5 cm和15 cm层温度等进行了连续的定位观测.结果表明:1)林冠下的太阳辐射日进程与林冠上的不同,但辐射强度随着太阳高度角的变化而变化;林冠下太阳辐射日总量不仅受林冠上辐射日总量的影响,也受森林群落生长季节的影响;春、夏和秋季,林冠下平均辐射日总量分别占林冠上平均辐射日总量的53.1%、39.4%和55.8%.2)夏季,白天空气温度高于土壤温度,而夜间则相反;空气温度和土壤温度的日极端温度出现的时间不同步,空气温度对太阳辐射强度的敏感性比土壤温度的敏感性高.3)春季,土壤表层>4℃的积温高于空气和土壤底层>4℃的积温;夏季,>4℃的积温由高到低的次序为:林冠下空气>土壤5 cm层>土壤15 cm层,而秋季的比较结果与之相反;空气日平均温度与土壤日平均温度有显著的线性关系(P<0.001).4)林冠下的空气相对湿度(RH)比林冠上的高,林冠下的空气RH日变幅和季节性变幅比林冠上的小.图7表1参19     

天气条件对福州近地层臭氧分布的影响

利用2009—2010年福州市近地层臭氧连续观测资料,并结合气象资料分析不同天气型对臭氧浓度变化的影响,以及臭氧浓度与气象要素的相关性。结果表明:在高压后部、地面倒槽等6种天气型影响下,福州市臭氧浓度值较高;在低涡锋面、台风(热带辐合带)等4种天气型影响下,臭氧浓度值较低。导致福州市臭氧平均浓度值最高的天气型是台风(热带辐合带)外围,最低的是低涡锋面系统。高压后部、地面倒槽和锋前暖区等强暖性、且非常不利于污染物扩散的天气型易造成臭氧浓度超标。臭氧浓度与气象要素关系密切,与温度、日照、太阳辐射显著正相关,与云量、相对湿度、降水量显著负相关,受偏南和偏东风影响,平均风速较大时,臭氧浓度较高,在SSE方位上臭氧小时浓度超标率最高。     

天气条件对福州近地层臭氧分布的影响

利用2009—2010年福州市近地层臭氧连续观测资料,并结合气象资料分析不同天气型对臭氧浓度变化的影响,以及臭氧浓度与气象要素的相关性。结果表明：在高压后部、地面倒槽等6种天气型影响下,福州市臭氧浓度值较高;在低涡锋面、台风（热带辐合带）等4种天气型影响下,臭氧浓度值较低。导致福州市臭氧平均浓度值最高的天气型是台风（热带辐合带）外围,最低的是低涡锋面系统。高压后部、地面倒槽和锋前暖区等强暖性、且非常不利于污染物扩散的天气型易造成臭氧浓度超标。臭氧浓度与气象要素关系密切,与温度、日照、太阳辐射显著正相关,与云量、相对湿度、降水量显著负相关,受偏南和偏东风影响,平均风速较大时,臭氧浓度较高,在SSE方位上臭氧小时浓度超标率最高。     

工业化高速发展时期广州市的碳收支变化初步研究

为了了解我国发达城市在工业化高速发展进程中CO2的收支状况,以广州市为研究对象,首次估算了其从1990年到2003年每年的净固碳量和释碳量,并分析了其变化趋势。研究结果表明,这13年间广州市的净固碳量与总释碳量年均增长率分别为0.93%与7.16%;到2003年,其净固碳量为2.57Mt,而其总释碳量已达到22.79Mt,其中约70%的释碳量源于化石燃料的燃烧。工业化高速发展时期也是释碳量日益高于净固碳量的时期,两者之间差距的逐步加大,已经使得广州市目前的碳收支状况发展到了极不平衡的程度。而逐年递增的人口和以化石燃料为主的能源消费是造成广州市碳收支严重失衡的主要原因。     

生石灰与微波协同作用对污泥脱水的影响

采用生石厌与微波协同作用,对广州市猎德污水厂浓缩污泥脱水的影响进行了实验研究.结果表明,单独投加生石灰,加入量为40 g·L-1时,污泥比阻由原来的4.72×1013m·kg-1降至1.9×1013m·kg-1,降低了约96%;单独使用微波调理污泥,在800W功率微波下辐射100s,可使污泥比阻由原来的4.72×101...     

大兴安岭北部典型地区近300 a气候资料反演

根据树木年轮宽度反演历史气候资料,是气候变化研究及气候资源利用工作的重要基础。基于安格林和新青林场树木年轮宽度,利用其与临近站点气温、降水和日照时数之间的相关性,建立显著性水平高于0.25、平均相对误差小于30%的气候重建模型。结果表明:在选定研究因子范围内,大兴安岭北部典型地区树木年轮宽度受气温影响最大,受日照影响最小;重建方程中,气温类因子重建方程显著性水平较高,日照类因子重建方程显著性水平均较低;日照类因子模拟结果平均相对误差普遍低于10%,气温和降水类因子大部分模拟结果平均相对误差低于30%;在设定条件范围内,针对大兴安岭北部典型地区气温、降水和日照分别建立11、9和11个重建方程,可重建1707(1706)—1959年或1866(1865)—1959年资料,大兴安岭北部典型地区的可用气候资料延长至300(或150)a左右。     

亚热带竹林挥发性有机物排放的模拟

2012年7月至2013年1月,采用松弛涡度积累(Relaxed Eddy Accumulation)技术在我国浙江省亚热带竹林测量了挥发性有机物(BVOC)冠层尺度的排放通量,同步测量了气象参数、太阳辐射(总辐射、直接辐射、光合有效辐射PAR)。利用PAR能量平衡原理,建立了冠层尺度异戊二烯和单萜烯排放的经验模式,经验模式对于日变化、季节变化有较好的模拟。采用不同方法对经验模式进行检验,一般而言,BVOC的模拟值高于测量值。经验模式与MEGANv2.1全球生物排放模式对BVOC排放有比较一致的模拟结果,标准状况下(温度t=30℃、PAR=1 500μmol·m~(-2)·s~(-1)排放因子较接近(异戊二烯分别为4.00和3.60 mg·m~(-2)·h~(-1),单萜烯分别为0.12和0.16 mg·m~(-2)·h~(-1))。经验模式的计算结果表明:竹林BVOC排放主要集中于夏季(7-9月)且以异戊二烯为主(占BVOC排放的87.3%~95.8%)。利用经验模式计算了BVOC排放对各个因子(PAR、水汽、S/Q-散射因子,散射辐射/总辐射)变化的敏感性:当各个因子增加率大于40%时,异戊二烯对PAR的变化最敏感,其次是水汽因子,再次是S/Q;单萜烯对S/Q的变化最敏感,其次是水汽因子,再次是PAR;单萜烯比异戊二烯对S/Q的变化更敏感;异戊二烯和单萜烯对各因子变化的响应是非线性的。冠层尺度上BVOC的排放量与卫星测量的HCHO柱浓度(molec·cm~(-1))之间有良好的线性关系:异戊二烯排放量(mg·m~(-2)·h~(-1))=3.93×10~(-16)HCHO-2.81,单萜烯排放量(mg·m~(-2)·h~(-1))=1.24×10~(-17)HCHO-0.05。对比我国不同生态系统实测的排放通量、排放因子,异戊二烯排放以亚热带竹林最高,其次为温带森林,草地最低;单萜烯排放以温带森林最高,亚热带竹林次之,草地最低。     

云南高原清洁大气环境背景下蒙自市PM_(2.5)和O_3相关性分析

近年来蒙自市PM_(2.5)和O_3质量浓度均有所增加,分析两者的变化特征及其影响因素,对蒙自市大气环境治理具重要应用意义。应用蒙自市2015—2019年大气环境监测资料,分析云南高原清洁大气环境中PM_(2.5)和O_3之间的相互作用。结果表明:与云南高原夏季风盛行的雨季(5—10月)相比,东亚冬季风控制的云南高原干季(11月至次年4月)是蒙自市PM_(2.5)污染和O_3污染多发季节,但与中国中东部地区相比大气污染水平均较低。干季和雨季的PM_(2.5)和O_3变化均呈显著正相关,且干季相关性(r=0.62)大于雨季(r=0.43),两个相关性均通过了99%的置信检验,表明大气环境清洁的云南高原具有特殊的PM_(2.5)和O_3相互作用关系。基于气象和环境观测资料,进一步分析PM_(2.5)和O_3的相互作用潜在机理。云南高原低纬度的蒙自市总辐射曝辐量无明显干雨季节差异,这与云和降水对太阳辐射影响的干雨季节变化密切相关。雨季高温多云、降水集中,降水的湿沉降降低PM_(2.5)质量浓度,同时削弱到达地面的太阳直接辐射,减弱大气光化学反应的O_3产生;在云和降水缺少的干季,云对太阳辐射的减弱影响偏弱,大气光化学作用较为显著,O_3质量浓度较高,大气氧化作用较强,但无明显干雨季节差异。高原清洁大气中低浓度水平的PM_(2.5)季节性增加也难以有效地削弱到达地面的太阳直接辐射,对O_3的生成无明显的抑制作用。因此,清洁大气环境背景下云南高原低纬度城市大气复合污染主要表现为O_3主导的大气氧化性变化影响二次PM_(2.5)生成。     

连续2年UV-B辐射增强对传统水稻品种群体磷、钾累积及异质性特征的影响

UV-B辐射增强作为全球环境问题之一,UV-B辐射增强对全球物质循环产生的影响受到广泛的关注。为了评估持久稳定农田生态系统营养元素在高海拔和高UV-B辐射背景下对UV-B辐射的响应,在元阳梯田大田条件下,通过2年连续UV-B辐射处理(0和5.0 k J·m-2·d-1),原位研究低纬度高海拔区稳定持续稻田生态系统中传统水稻(Oryza sativa)品种(月亮谷-YLG和白脚老粳-BJLJ)对P素和K素的群体累积特征及其异质性分配规律。结果表明:(1)2年连续UV-B辐射,2个水稻品种的叶、茎、根、籽粒和总生物量显著下降8.1%~61.3%。(2)除月亮谷茎中P累积量下降外,2个水稻品种不同部位P含量、群体累积量和群体累积总量均表现出增加的趋势,其中叶片P累积量显著增加了39.0%~46.2%,籽粒P累积量显著增加了39.1%~66.7%。(3)2个水稻品种的茎和根K含量和群体累积量增加。除2012年白脚老粳K总累积量降低外,UV-B辐射导致K累积总量增加5.5%~28.2%。月亮谷籽粒K累积量增加,白脚老粳籽粒K累积量降低。总之,连续2年UV-B辐射使传统水稻品种对P和K素的群体累积增加,水稻从叶片P素代谢、茎秆抗性和种子营养储备等方面产生响应。     

海北高寒草甸生态系统定位站气候概述

以１７年气象观测资料为基础,扼要地介绍了海北高寒草甸生态系统定位站日照、气温,降水的基本气候特征,并与我国部分地区进行了比较分析。     

山西省城市发展对昼夜环境温度影响

利用1970-2004年山西省71个气象观测站02:00时、14:00时平均温度资料,分析全省昼、夜温度气候倾向率,选取具有代表性的7个城市站和7个乡村站,研究热岛效应对城市昼夜温度的影响.结果表明:(1)近35年来,山西省各站气温倾向率多为正,即呈增温的趋势,但空间分布不均.(2)夜间气温倾向率城市站大于乡村站,白天气温倾向率城市站小于乡村站.(3)城市效应对城市昼、夜增温贡献率分别为-16.15%、33.01%.山西省城市发展对昼夜环境温度影响是不对称的.     

夏季NO_2与O_3相互作用的时间尺度特征——以香港地区为例

应用去趋势互相关分析法对比分析了香港地区2011年7月2日—19日(其中,7月2日—10日为连续晴天,7月11日—19日为连续阴雨天)9个监测站点近地面NO2与O3互相关性及时间尺度特征.研究表明,香港地区近地面NO2与O3浓度波动的相关性在一定时间尺度内具有长期持续性特征,且这两种污染物浓度波动的相关性随时间衰减过程并不遵循经典的马尔可夫随机过程(即相关性随时间呈现指数衰减),而是以幂律形式随时间缓慢衰减.统计分析表明,香港地区9个监测站点NO2与O3相互作用的DCCA标度指数在空间上服从正态分布.此外,为了研究不同太阳辐射对NO2与O3相互作用的时间尺度的影响,对夏季阴雨天和晴天NO2与O3相关性进行了对比分析.结果表明,在不同天气条件下,太阳辐射对NO2与O3相互作用的时间尺度存在显著差异.同时,进一步结合光化学反应机制以及人类日常生活规律探讨了导致此种差异的原因,认为其差异性可能与总日照时数、每日太阳总辐射等因素有关.本研究有助于进一步加强对大气O3污染演化复杂规律的认识.     

松花湖地区日总辐射计算模型的参数估算

松花湖地区日总辐射数据缺乏,导致该地区日总辐射计算模型研究领域存在空缺。为此,笔者对基于日照时数的松花湖日总辐射计算模型进行了参数估算。在概述当前基于日照时数的日总辐射计算方法及公式基础上,采用长春和延吉2个站点1961—2000年逐日日总辐射和日照时数数据,借助广义模式搜索算法确定模型参数,再利用2001—2012年日照时数和日总辐射数据进行验证。验证结果表明,日总辐射模型的模拟值与实测值拟合程度较好,2个站点的Nash-Sutcliffe效率系数(NSE)分别为0.93和0.94,均方根误差(RMSE)分别为22.39和19.53 W·m~(-2),从而计算得到两地日总辐射计算模型的经验参数as和bs。由于松花湖地区特殊的地理位置,这2个地区的as和bs平均值可作为松花湖日总辐射计算模型的经验参数,分别为0.164 34和0.591 02。对松花湖日总辐射与日照时数进行分析,发现松花湖日总辐射与日照时数在多年和年内变化中均呈正比关系。近50 a来松花湖日总辐射总体呈减少趋势,且1982—2010年间日总辐射变化幅度比其他年份小,日照时数变化趋势与其类似。     

2009年天津城区地面O_3和NO_x的季节变化与相关性分析

作为城市污染大气的首要光化学污染物,臭氧的变化特征与NO、NO2密切相关.分析天津城区2009年全年O3、NO和NO2体积浓度变化特征,结果表明,O3体积浓度春夏季高,这种分布特征与短波辐射的季节分布有关,日照时数和云量的分布证实了这一点.NO浓度冬季最高,夏季最低,NO2浓度秋季最高,夏季最低;相关性分析表明有NOx...