太阳风暴对短波电子装备性能的影响及应对措施

目的掌握太阳风暴对短波电子装备性能的影响及应对措施,为系统设计提供参考。方法分析太阳风暴的表现形式,并从作用距离、目标检测、定位精度等方面给出太阳风暴对短波超视距雷达、短波通信等装备的影响。结果电离层SID、电离层暴可造成短波通信中断,短波通信可用频段变窄。电离层强吸收可降低天波超视距雷达作用距离和目标定位精度,电子浓度、电离层虚高快速变化影响超视距雷达检测性能和定位精度,负相电离层暴使天波超视距雷达可用频段严重变窄。地球磁暴期间,电磁场突变产生的强电压和电流有可能烧毁用于天、地波超视距雷达的电子设备。电离层非规则现象对超视距雷达有严重影响。结论太阳风暴对电子装备性能有利有弊,要分别对待。系统设计时应充分考虑太阳风暴的影响,在出现太阳风暴时,采取针对性措施降低其影响。     

基于自动站资料的苏州灰霾天气分析

利用苏州2010~2013年的逐时气象和大气成分观测资料,对苏州灰霾天气特征进行了统计分析,研究发现:苏州灰霾的小时频率为30.7%,灰霾等级以轻微灰霾为主,干霾占总灰霾的比例为85.6%.2013年12月灰霾小时频率最高,达82.3%.灰霾小时频率有明显的日变化特征,峰值出现在上午8:00时,达36.3%,14:00~16:00时,灰霾频率最低,约为25%左右;灰霾期间,PM10、PM2.5、PM1.0和散射系数分别是非灰霾期间的1.72、2.07、1.88和2.58倍.采用不同的灰霾日标准,苏州年均灰霾日数在94~243之间,相差极大.灰霾频率和气象条件有密切关系,灰霾频率最高的相对湿度区间为70%~80%,重度霾最多出现在90%~95%的相对湿度条件下;随风速增加,灰霾频率逐渐下降,在西北风向下,灰霾频率最大.大气消光以颗粒物散射消光为主,约占总消光的82%左右,黑碳的吸收消光约占13%左右.     

基于空间监视雷达散射回波的电离层电子密度探测方法

目的提高空间监视雷达的电离层电波环境适应性。方法 VHF-L波段大功率雷达信号经过电离层传播时会发生非相干散射,散射回波中包含电离层信息。结合雷达方程和电离层目标特征,基于电离层非相干散射原理,理论分析空间监视雷达用于电离层电子密度非相干散射探测的条件(包括雷达参数设置和波束扫描方式),给出电离层回波功率、自相关函数和电子密度表达式,利用Matlab编程对某大功率空间监视雷达原始数据处理得到电离层散射回波及电子密度。结果给出了空间监视雷达用于电离层电子密度非相干散射探测的基本条件,实测数据发现电离层回波和电子密度符合电离层变化特征。结论利用VHF-L波段大功率雷达空间散射回波探测电离层电子密度是可行的,为空间监视雷达电离层环境感知与传播自适应修正提供了一种可能的新途径。     

临安本底站酸雨长期观测特征分析

利用临安本底站酸雨长期观测资料,分析了该站酸雨年际变化及月变化,并对其变化特征进行了归因,同时分析了酸雨与气象因子之间的关系.结果表明,1985~2012年期间,临安本底站的酸雨总体呈增加趋势,且有2次明显加重和2次明显减弱过程.近20年酸雨的月变化表现为以7月为中心月份,降水酸度及强酸雨发生频率向两侧月份增加,弱酸雨发生频率向两侧月份减小.酸雨发生受降水强度、风速、风向影响,小雨时强酸雨发生频率高、弱酸雨发生频率低,而暴雨时弱酸雨发生频率高、强酸雨发生频率低;随风速等级升高,酸雨发生频率及强酸雨所占比重逐渐降低,降水pH值逐渐升高;弱酸雨发生日主导风向多集中于S-W扇区,而强酸雨发生日主导风向更倾向于N-E扇区.临安本底站酸雨的月变化主要归因于降水量变化以及各月SSE-WSW和NWN-ENE风向扇区来风的增多和减少,酸雨的年际变化可归因于江浙沪能源消耗量增加及重大环保措施实行的综合影响.     

北京雾霾天气期间气溶胶光学特性

为了解北京地区雾霾天气条件下大气气溶胶的光学特性,利用2002～2008年AERONET资料分析了雾霾天气期间气溶胶光学厚度、Angstrom波长指数、粒子尺度谱分布和单次散射反照率等气溶胶光学特性参数.结果表明,北京地区雾霾天气期间气溶胶光学厚度表现出较高值,且随波长增大而减小,440 nm时平均气溶胶光学厚度达到1.34.Angstrom波长指数在雾霾天气时也表现出较高值,平均值达到1.11;其中高于0.9的波长指数出现频率达到94%,说明北京雾霾天气期间气溶胶粒子主要以细粒子为主.气溶胶体积尺度谱分布表现出双峰型结构,细模态的平均峰值半径随光学厚度增大而增大,而粗模态的平均峰值半径却随光学厚度增大表现出减小趋势;气溶胶粒子尺度谱中的主模态峰与光学厚度有关.雾霾天气期间平均单次散射反照率达到0.89,且随光学厚度增大表现出依次增大趋势,但对波长变化表现不敏感.     

石家庄春季大气气溶胶的散射特征

利用2010年5月积分浊度仪、PCASP-X2和能见度仪的观测资料,分析了石家庄大气气溶胶的散射特征及其与气溶胶粒子浓度、能见度、气象条件的关系.结果表明,观测期间,450,550,700nm 3个波段的气溶胶散射系数平均值±标准差分别为(257±293),(199±237)和(143±173)Mm-1,散射系数的变化很大,但气溶胶微物理特征相对比较稳定.散射系数日变化呈3峰分布,峰值出现在8:00、13:00和0:00.以550nm波长为例,气溶胶散射系数的变化范围为144~308Mm-1,夜间散射系数大于白天,非晴天散射系数平均值(524.9Mm-1)是晴天散射系数(112.3Mm-1)的4.7倍.气溶胶3个波段后向散射比均大于0.15,说明石家庄细粒子污染比较严重.散射系数和体积浓度成正比,但由于局地气象条件和污染源的影响,有气溶胶体积浓度变大,散射系数变化不大的情况出现.气溶胶散射系数和能见度呈负相关;根据Koschmieder公式计算得到的能见度,能较好反映实际观测情况.当大气相对湿度较高时,气溶胶散射系数随湿度增大呈现两种不同的变化趋势,即一部分气溶胶的散射系数有明显的增大,而另一部分则随着相对湿度的增加并未增大,反而比干气溶胶散射系数要小.局地风场也会影响气溶胶散射特性.     

强壮前沟藻生消过程中水体的散射特性

基于2011年7月藻类培养实验期间的实测数据,研究了强壮前沟藻生消过程中水体的散射特性.结果表明,强壮前沟藻本次培养周期共21d,前15 d为生长期,之后进入消亡期;生消过程中水体散射光谱变化明显,叶绿素浓度较低时,散射系数随波长增加近似呈幂函数衰减,而叶绿素浓度较高时,蓝绿光波段散射系数随波长增加呈现近似线性增大趋势,红光波段叶绿素强吸收造成的散射谷更明显;生长期和消亡期时,散射系数与叶绿素浓度幂函数回归的可决系数均随波长增加逐渐增大,750 nm波段达到最大值,R2分别为0.95、0.97;生长期时,蓝光波段散射占总散射量的比例逐渐减小,而红光波段逐渐增大,绿光波段变化较小,但基本呈现增大趋势,水色由蓝绿色逐渐变为红褐色,消亡期时,恰恰相反;生长期和消亡期的绿蓝、红蓝、红绿波段散射比与叶绿素浓度均存在正相关关系,说明随叶绿素浓度增加水色逐渐趋近于长波颜色.     

成都一次霾过程中颗粒物消光作用的垂直变化

基于2017年1月4~7日成都地区一次重霾过程中,颗粒物粒径谱的垂直加密观测和激光雷达同步观测数据,利用Mie散射理论计算颗粒物消光系数并与激光雷达反演结果对比,计算了不同粒径谱颗粒物消光系数以及消光贡献率.分析表明：重霾期间,在不同边界层高度上颗粒物消光系数表现为PM₁ > PM_2.5~10 > PM_1~2.5 > PM _{> 10},其中PM₁的消光贡献率整体上维持在49.5%~69.4%,是本次重霾过程中影响颗粒物消光系数大小的主要因子.在大气边界层内,不同粒径谱颗粒物消光作用呈现出显著垂直变化和昼夜差异,白天在600m以下和700~1100m之间颗粒物消光系数出现高值区;夜间颗粒物消光系数整体上随高度呈现出明显递减趋势,在1100m处出现高值.此外,夜间在200m以下颗粒物消光系数明显大于白天,且PM_>1的消光贡献率也明显大于白天.整体上,PM₁消光贡献率随高度递增,而PM_>1消光贡献率随高度递减.     

基于散射结构的脉冲流场与清灰压力动态特性分析

针对传统脉冲清灰中存在清灰不均匀的问题,应用上部开口散射器改善滤筒内部流场特性,从而改善清灰效果。通过数值模拟方法研究不同工况下滤筒内部脉冲流场及清灰压力的动态变化规律,探究清灰压力峰值形成机理。结果表明:脉冲喷吹气流以压力波的方式进入滤筒并向侧壁传递,而侧壁处气流径向速度与相同测点的清灰压力随时间等比例同步变化,两者存在直接关联。由于散射器对脉冲喷吹气流的分流和导流作用,相对无散射器而言,滤筒上部径向速度提高,清灰压力相应增大,其峰值由484 Pa增至744 Pa,增加了53.7%;滤筒中、下部,散射器的存在使脉冲喷吹流量和轴向速度减小,降低了脉冲气流对滤筒内部气流的压缩作用,滤筒中下部压力降低,滤筒下部清灰压力峰值由2175 Pa减小至1468 Pa,减小了32.5%。因此增设散射器可以在满足清灰要求的同时明显提高脉冲清灰的均匀性。     

基于CALIPSO卫星监测的重庆地区霾微物理特性研究

采用美国国家航空航天局(NASA)的CALIPSO星载激光雷达L1监测数据,通过分析532 nm总后向系数、体积退偏比和色比,对重庆地区对流层中低空霾的气溶胶散射强度、粒子规则性和相对大小的垂直分布及其季节变化进行了研究。结果表明:对于4 km以下的对流层中低空霾,大气气溶胶的散射能力大致随着高度增加而减弱,其中1~2 km的气溶胶散射能力最强,0~2 km规则、大颗粒气溶胶所占比例最大,3~4 km不规则、细颗粒气溶胶所占比例最大。春季重庆地区的不规则、大颗粒气溶胶所占比例大,夏季以规则气溶胶为主,气溶胶散射能力较弱,秋季的规则、细粒子气溶胶相对较多,冬季则以细颗粒气溶胶为主,气溶胶散射能力较强。分析2008年4月8日个例发现,气溶胶粒子大量聚集在1.6~3.4 km范围内,2~3 km的大气气溶胶散射能力最强,0~2 km以规则、大颗粒气溶胶占主导,2~4km的不规则、细颗粒气溶胶所占比例最大。     

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.      

Diurnal wind-structure variations and dispersion of pollutants in the boundary layer

A coupled boundary-layer model and Lagrangian particle model are used to investigate the role of boundary-layer shear especially that produced by inertial oscillations in affecting the horizontal dispersion of pollutants on time-scales of 24–36 h. The coupled models show that the amplitude and the effective periods of the inertial oscillations are the main cause of nocturnal accelerating dispersion. The effective width of the plume in the morning is determined by whether the morning daytime mixing coincides with the phase of the inertial oscillation being at a maximum or minimum value. The phase of the oscillation is determined by latitude. Thus, latitude is shown to be an extremely important parameter in determining horizontal dispersion. An analytical model is introduced to investigate the role of external parameters such as latitude in influencing the horizontal dispersion. The analytical model is based on a simple Ekman-type model for the daytime and nighttime boundary layer. The Ekman model is used to provide initial conditions to an inertial oscillation regime between the nighttime boundary layer and the old daytime boundary layer. The analytical model was able to reproduce the magnitude and phase of the inertial oscillations reasonably well. However, the Ekman model overestimates the shear in the boundary layer causing the inertial oscillation to be too large. A semi-empirical method was used to provide more reasonable estimates of the daytime boundary-layer structure. This semi-empirical approach gave rates of the horizontal dispersion which were in general agreement with the numerical results.     

微波链路降水测量技术及应用研究进展综述

在介绍微波链路测雨方法的原理、优势的基础上,重点分析了国内外单频微波链路、双频微波链路和微波链路网反演降水的技术现状,讨论了微波链路在天气雷达衰减订正、降雨场联合重构和暴雨监测预警的应用,最后从测量精度、链路频率、测量要素、测量空间四个方面总结了微波链路大气探测技术的发展方向。     

保定市区主要交通干道环境空气污染状况分析研究

利用保定市2013年7月份监测站点位大气环境监测统计数据,对保定市主要交通干道环境质量状况进行分析,结果表明,二氧化硫的日变化呈单峰分布,在中午12:00左右出现峰值,最低值出现在凌晨5:00。氮氧化物及一氧化碳的日变化呈现双峰型变化规律,早晨8:00左右出现第一个峰值,分别在下午15:00和17:00左右达到最低值,夜间19:00左右出现第二个峰值。说明交通干道两侧区域的二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳的浓度变化与机动车流量之间存在一定的关系。     

沈阳市O3时空分布特征及其与NOx的相关性研究

利用2013年沈阳市11个空气质量自动监测站的大气O3自动连续监测数据,对O3浓度的区域分布、季节变化、日变化及其与NOx相关性等特征进行分析.结果表明,中心城区O3浓度低于外围.O3和大气氧化性OX（O3＋NO2）浓度在午后15：00左右出现峰值,NOx呈双峰态日变化,在7：00和23：00左右出现峰值.不同季节污染物的浓度变化存在差异,O3和NOx浓度分别在夏季与冬季达到最大.NOx浓度存在200 μg/m3左右的“分界点”,NOx低于分界点时以NO2为主,高于分界点时NO占大部分.OX区域贡献主要受区域背景O3的影响,局地贡献主要受局地光化学反应制约.     

临安近地面臭氧变化特征分析

利用2003年11月─2004年11月浙江临安区域大气本底站近地面臭氧浓度的连续监测资料,研究了地面臭氧浓度全年总体分布、季节变化、日变化及浓度频率分布规律.结果表明,该地区φ(O₃)全年平均值为32.41×10-9,其日变化呈明显单峰型, 14:00左右达到最大值, 约04:00出现最小值.φ(O₃)月均值在春末夏初达到最大值,在12月─次年2月出现最小值.φ(O₃)各月的平均振幅在夏季达到最大,说明临安本底站夏季臭氧光化学反应比较强烈.除冬季外,其他季节该地区近地面φ(O₃)均有超过《环境空气质量标准》(GB30952-1996)二级标准的情况,全年超标率为0.96%.      

南京冬季一次强浓雾及超细粒子累积过程分析

课题组于2017年冬季在南京北郊开展了为期45d的雾/霾外场综合观测，并选取12月30~31日一次平流辐射雾过程，分析了气象要素、雾和气溶胶的宏微观特征.结果表明：冷平流与夜间辐射冷却造成的持续性降温为此次雾发展的主要原因，而短波辐射增强则为雾消散的主导因子；此次雾过程存在爆发性增长的特征，表现为17min内含水量的量级由10-4g/m³增加至10-1g/m³，其中雾滴数浓度的增加对其贡献率可达67%；强浓雾微物理量的时间变率波动性强，雾的水平分布存在显著的不均匀性特征；日出后的强浓雾阶段中存在纳米级气溶胶累积现象，空气动力学直径在10~50nm气溶胶的数浓度增加率可达2817cm^-3/h，从二次气溶胶生成（SO₂的气-粒及气-液转化过程）、输送（人为活动造成的气溶胶累积及雾中垂直向湍流的输送）等方面探讨现象出现的原因.     

西宁地区大气边界层风、温场特征研究

利用西宁地区2009-2011 年地面气象及高空探测资料,统计及数值模拟研究了大气边界层风、温场特征。结果表明,西宁地面风场状况受地形的影响较大,风场复杂。地面较高频率风向与河谷走向基本一致,谷底平均风速较小,在北川河谷及湟中县西南为风速低值区。高空和地面主导风向在100 m以下发生转换,7：00 高空以西风和西西北风为主,19：00 则以东东南风和西西北风为主,风速均以西风和西西北风最大。风速垂直切变在冬季大,夏季小,夏季傍晚的风速垂直切变明显高于清晨。温度场特征表现为冬季出现逆温频率高,夏季低,清晨出现逆温层厚度较傍晚厚且逆温增温率强。逆温特征较黄土高原河谷城市及黄土高原较湿润地区更为明显,但较黄土高原干旱区则相对弱。混合层高度特征表现为春、夏季较高,冬季最小,气温相当的干旱季节混合层高度大于湿润季节,日混合层平均高度约在200～3 000 m变化,变化幅度大,扩散条件的日变化相差较大。     

京津冀和长三角地区一次重霾过程气象成因及传输特征

基于气象数据和空气质量数据,研究了2016年12月29日~2017年1月8日京津冀与长三角地区一次大范围重度污染过程的特征及成因.结果表明,均压场、低边界层高度、静小风是本次重污染过程的主要气象特征,重污染过程的结束得益于后期气压梯度变大,水平扩散条件转好.此外,基于WRF-CMAQ（气象研究与预报建模系统及区域多尺度空气质量模型）模式情景分析法评价了区域传输和局地累积对本次重污染过程的作用,分析显示重污染前期当中东部地区受南风控制时,京津冀地区受长三角地区传输影响较大（15%~20%）,长三角地区以本地贡献为主;累积阶段,长三角地区本地贡献显著下降,受到京津冀地区的贡献明显上升（20%~30%）,京津冀地区主要受本地排放影响.传输通量结果显示长三角向京津冀输送的净通量峰值发生在重污染前期（-21.52t/d）,京津冀向长三角输送的净通量峰值发生在累积阶段（17.29t/d）,区域传输作用在1001~1478m之间最为活跃.     

Investigation of air pollution concentration in Kathmandu valley during winter season

The monthly concentrations of NO2, NOx, SO2 and O3 measured by a passive sampler from February 2003 to January 2004 showed that the air pollution during the winter season in Kathmandu valley was higher than the summer season. The O3 level was found the highest during April, May and June due to strong radiation. The hourly concentrations of NO2, NOx, O3 and suspended particulate matter（SPM） were also measured by automatic instruments on December 2003. Temperature at the height of 60 m and 400 m at Raniban Mountain in the northwest of Kathmandu valley was measured on February 2001 in the winter season and the average potential temperature gradient was estimated from observed temperature. Wind speed was also measured at the department of hydrology, airport section, from 18 February to 6 March 2001. It was found that the stable layer and the calm condition in the atmosphere strongly affected the appearance of the maximum concentrations of NO2 and SPM in the morning, and that the unstable layer and the windy condition in the atmosphere was considerably relevant to the decrease of air pollution concentrations at daytime. The emission amounts of NOx, HCs and total suspended particle（TSP） from transport sector in 2003 were estimated from the increasing rate of vehicles on the basis of the emission amounts in 1993 to be 3751 t/a, 30570 t/a and 1317 t/a, respectively. The diurnal concentrations in 2003 calculated by the two-layers box model reproduced the characteristics of air pollution in Kathmandu valley such as the maximum value of O3 and its time, the maximum value of NO in the morning, and the decrease of NO and NO2 at daytime. The comparison with the concentrations in 1993 calculated suggested that the main cause of air pollution was the emission from transport sector.