中国地区 3 个 AERONET 站点气溶胶直接辐射强迫分析

利用全球气溶胶监测网(AERONET)观测资料,借助平面平行辐射传输模式,计算兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)、香河站和太湖站多年晴空条件下的气溶胶直接辐射强迫.结果表明,SACOL、香河和太湖地区大气层顶气溶胶日平均直接辐射强迫分别为(-7.2±7.1)、(-11.7±9.5)和(-14.9±8.3)W/m2,地表处分别为(-21.9±12.2)、(-36.5±29.5)和(-42.2±21.0)W/m2,大气中分别为(14.7±9.7)、(24.8±23.0)和(27.3±16.5)W/m2.香河站和太湖站气溶胶对地表的降温和大气的增温大于SACOL站.地表和大气中辐射强迫对气溶胶光学厚度的变化敏感,而大气层顶处敏感性较弱.沙尘气溶胶直接辐射强迫大于所有气溶胶的平均值,且对地表降温和大气增温更明显.     

基于Fu-Liou辐射传输模式和卫星观测资料的气溶胶对全球地表太阳辐射影响的研究

气溶胶可以吸收和散射太阳辐射,影响地表辐射收支平衡,使到达地表的太阳总辐射减少,同时散射辐射在总辐射中所占的比例增加。本文基于MODIS气溶胶产品和CERES云产品等大气遥感资料,利用Fu-Liou辐射传输模式对全球地表辐射进行了有无气溶胶的两组模拟试验。将考虑气溶胶的试验模拟值与BSRN站点观测值进行对比,结果显示地表总辐射模拟的R值达到0.92,地表散射辐射模拟的R值达到0.84,模拟值与观测值有着比较好的一致性。比较两组模拟结果显示,2007年气溶胶导致全球地表总辐射平均减少了9.16W/m2,降低幅度较大的地区往往气溶胶光学厚度(AOD)也较高。对于散射辐射来说,气溶胶在全球不同地区却有着不同的正负效应:地表反照率高的地区,气溶胶往往使得散射辐射大幅增加;而云分数较高的地区,气溶胶往往导致散射辐射大幅度下降。2007年气溶胶导致全球地表散射辐射平均增加了8.17W/m2。     

青藏高原地表辐射的气候特征

青藏高原由于条件艰苦,地面观测站点少,对其地表辐射整体特征的认识还较初步。本文利用全球能量与水分循环试验的地表辐射收支工程(GEWEX-SRB)提供的卫星资料反演的1983年7月到2005年6月的地表辐射资料,研究了青藏高原地表辐射的基本特征及云对辐射的影响。研究结果表明:①地表向下短波辐射全年均在高原西南部最大,在雅鲁藏布江下游最小;②地表向上短波辐射最大值主要出现在春季,而最小值出现的时间存在区域差异;③地表有效辐射全年均为正值,在高原西南部最大,东南部最小;④地表净辐射由南向北逐渐减少,夏季最大,冬季最小;⑤云的地表向下和向上短波辐射强迫均在高原东南部最大,西部最小;⑥云的地表向下长波辐射强迫在高原西部边缘地区最大,西南地区最小;⑦云的地表净辐射强迫春、夏季在整个高原均为负值,秋季在高原东南部为负值、西北部为正值,冬季在整个高原均为正值并且水平变化小。     

基于RS/GIS的三江源地区太阳能资源遥感估算方法研究

利用风云系列静止气象卫星可见光通道的行星反照率和红外通道亮温,依据地球-大气系统的物理模式反演得到三江源地区太阳总辐射。本文在Dedieu模式的基础上,考虑了高程、气溶胶、云和水汽的变化对晴天地表太阳辐射的影响,同时结合2005年-2007年玉树、玛沁两站地面实测辐射资料对模型参数修正,反演得到了地面的太阳总辐射;反演数据与地面辐射站直接测量的结果进行了比较分析,小时、日辐射相关系数达0.92以上,晴天两者的差别在5%以内,绝对误差在2MJ/m2以内。小时太阳总辐射时间尺度上开口向下抛物线,最大值在中午13时左右,最小值出现19时;日太阳辐射波动变化,日最大值约为42.50MJ/m2,最小值为1.38MJ/m2;在对计算地表太阳总辐射的经验公式进行时间推广时,根据梯形积分的思想,计算日太阳总辐射,反演值与实测值一致性较高。从月太阳总辐射空间分布图分析,年内选择辐射最大月份7月份分析,三江源地区7月份太阳总辐射在(500～800)MJ/m2之间,并呈从西到东减少趋势,最大值分布主要集中在可可西里地区,最小值集中在东南部地区。研究该区域太阳能其分布特征不仅可以拓展清洁能源的利用,而且有利于三江源地区植被生态环境保护。     

塔克拉玛干沙漠北缘地表反照率特征及参数化研究

利用塔克拉玛干沙漠北缘肖塘站观测资料,分析了地表反照率变化特征及影响因子,找出了土壤湿度临界点,分别拟合出地表反照率与太阳高度角、2.5cm土壤湿度经验公式,讨论了地表反照率参数化方案,运用CoLM陆面过程模式进行了Off-line试验,并与观测数据进行了对比。结果表明,肖塘地区地表反照率冬季大、夏季小,年平均值为0.27。太阳高度角≥15°时地表反照率趋于一个常数,且与太阳高度角满足指数函数关系。不同天气下地表反照率不同,雨天减小,雪天增大。晴空指数≤0.3时,地表反照率波动很大。肖塘地区地表反照率与太阳高度角和土壤湿度拟合效果不好;随2m气温和地表温度升高基本呈减小趋势,但不明显。土壤湿度对肖塘地区地表反照率年内变化没有影响,只对日变化有影响,且地表反照率对0.097~0.13范围内的浅层土壤湿度响应敏感。CoLM原模式模拟的净辐射、感热通量和地表温度平均日变化与观测数据有较好的一致性。地表反照率参数化方案改为0.27后,CoLM模式对净辐射平均日变化正午前后的模拟与观测基本一致;对地表温度平均日变化模拟得到改善,平均峰值低估0.51℃;地表反照率参数化后CoLM模式对感热通量平均日变化模拟能力没有提高。     

1961年～2019年赤峰地区农业气候资源分析

利用1961年～2019年赤峰地区10个旗县区10个国家气象站逐日气温、降水量、日照时数等气象要素资料,统计分析了该地区近59年农业气候资源变化分布规律。结果表明,赤峰地区光能资源丰富,年太阳总辐射5 650MJ/m~2～5 830MJ/m~2,年日照时数2 800h～3 100h;热量资源充足,年≥10℃积温2 300℃～3 250℃,适宜发展农牧业;降水资源不足,年降水量330mm～460mm,并且变率较大,因此降水是限制赤峰地区农牧业发展的主要因子。     

基于EFDC模型的滇池外海流场及温度变化研究

利用EFDC模型模拟滇池外海2014年12个月的流场及温度变化过程。通过对湖体流场变化过程的研究发现,在浅水湖泊中,湖体流场主要受风驱动作用,在河口处主要是受河流驱动作用。对温度参数进行率定,EFDC模型能够较好地模拟滇池外海的水温变化过程。通过分析与水温相关的敏感参数发现,在浅水湖泊中,太阳短波辐射中快速波所占比FSWRATF和水体中太阳短波辐射的慢速衰减系数SWRATNS,以及水体中太阳短波辐射的快速衰减系数SWRATNF的变化对水温影响不大,对流热传递相关系数RCHC的变化对湖体表层温度的影响较明显。在此基础上,对水温分层进行研究发现,浅水湖泊水温在垂向存在分层,分层情况呈季节性变化。     

中国北方沙尘气溶胶时空分布特征及其对地面辐射的影响

该文通过对1978年以来的TOMS气溶胶指数分析,揭示出我国北方地区沙尘气溶胶的时空分布特征和长期演变规律,并结合地面辐射资料分析了沙尘气溶胶对太阳辐射的影响.研究表明,我国北方地区3、4月份大气气溶胶指数有两类高值区,一是沙尘源区,另一是影响区.影响我国沙尘天气的境外初始 源区大气气溶胶指数的峰值集中在0.2附近,北路源区绝大部分气溶胶指数区域面积强度集中在0.3～0.4 之间,西北源区和南疆盆地区的峰值集中在0.4附近,整个北方地区气溶胶指数的区域面积强度的峰值集中在0.3附近.沙尘暴天气发生和影响期间,随气溶胶指数出现峰值地面太阳总辐射和入射辐射相应出现低谷,源区两者之间有比较好的负相关关系,而影响区的相关性相对较小,说明在影响区大气气溶胶来源相对复杂.     

黑碳对气候变暖的影响超过甲烷

据物理学家组织网报道,美国一个联合研究团队认为,黑碳或烟灰对气候变暖具有较强的影响,其致暖效应大约是头号温室气体二氧化碳的三分之二,跃居甲烷之前,超出先前估计的两倍。该研究成果发表在最新一期的《地球物理学研究学报》上。 黑碳是一种吸光性物质,可强烈吸收太阳短波辐射,同时释放红外辐射,加热周边大气。它在大气中留存时间为数日至几周,因而可产生区域增温效应。该研究认为,黑碳或烟灰对气候变暖的直接影响可能是先前估计的两倍。     

青海玉树地区太阳能资源特征及开发利用建议

本文通过太阳总辐射气候学计算公式Q=Q0（a＋bs）,根据玉树站1993～2009年历年各月的总辐射和日照百分率,采用最小二乘法拟合出公式中各月的经验系数,并计算了玉树州各气象站太阳总辐射值。结果表明：玉树地区太阳总辐射年总量大致在6300～6600MJ·m^-2之间,空间分布由西向东逐渐递减。高值区在玉树西部,五道梁年总辐射为6639．5MJ·m^-2,低值区在玉树东部的清水河,年总辐射在6350MJ·m^-2以下,区域平均为6446．5MJ·m^-2。太阳总辐射年变化表现为5月最大,12月最小。近年来随着气候变暖和大气污染的影响,云量和气溶胶增多,从而增强了大气对太阳光的反射及吸收作用,使太阳辐射减小,日照时数下降。玉树地区太阳辐射资源丰富,可利用日数多,可开发条件优越,综合利用太阳能的潜力巨大。     

华北平原北部紫外UV-B辐射特征及生态效应——以固城站观测资料为例

用固城试验站观测的紫外UV-B辐射(QUV-B)和总辐射(Q)的资料,对紫外UV-B辐射特征及生态效应进行分析。结果表明,紫外UV-B辐射年变化与太阳总辐射的变化规律基本一致,均呈波动的单峰型曲线,冬季1月份为全年最低,夏季6月份为全年最高,春末5月份出现低值。各季典型晴天QUV-B和Q的日变化均呈明显单峰型曲线,日出后随太阳高度角增加而增大,早晚低,中午高。各季典型晴天紫外UV-B辐射占太阳总辐射比值(ηUV-B)在0.15%~0.30%之间。其日变化在冬季和秋季呈浅"U"字型,早晚略高,而春、夏的日变化较平缓,与青藏高原的变化规律不一致。从紫外UV-B辐射增强对生物影响进行了评述,目前华北平原北部地区紫外UV-B辐射量小于1.6 W/m2,低于对人和动物安全标准2 W/m2,一般低于造成威胁人和动物的风险水平。     

“臭氧空洞”是杞人忧天吗？

臭氧层是指高度在10～50公里之间的臭氧集中的大气层,其高度大致与平流层相当。臭氧层能够大量吸收太阳紫外线辐射中对生命有害的部分,对地表生物起十分重要的保护作用。另外,臭氧层的存在,对保持平流层大气温度的恒定也有重要的作用。由于人类活动对高空光化学的影响,致使臭氧含量逐渐降低,在生物界和气候两方面已产生严重后果。前者表现为紫外线辐射的增强和皮肤癌发病     

利用遗传算法反演大气的垂直温度结构

从大气辐射对流能量方程出发,建立全球平均的多层大气垂直温度模型,利用遗传算法求解的结果与实际大气层结温度曲线相吻合。结果表明:由地表之上至60公里的空间范围,在近地表处大气辐射系数和吸收系数值较高,这可能与CO_2、水汽影响有关;25～30公里处辐射系数和吸收系数又达到较高值,这可能与该层O_3含量的增加有关系。     

杭州太阳日总辐射变化特征分析

太阳辐射是地球上最基本、最重要的能源来源,也是气候形成和天气变化的主要因子之一,对工农业生产、国防建设有着重要的意义.本文利用太阳总辐射的气候学经验公式Q=O0(a+bs),根据杭州1993年～2005年逐时太阳总辐射和逐日日照百分率的资料,采用SPSS统计软件的回归分析,按季节导出杭州太阳日总辐射经验公式的系数,并对四季经验公式进行检验与误差分析.结果表明:①按季节建立的经验公式的精度较高;②杭州地区月太阳总辐射平均值为359.17MJ/m2,月太阳总辐射在(204.31～564.83)MJ/m2之间;月变化表现为双峰型,5月和7月为两个高值,6月因受梅雨天气的影响为一相对低值;③杭州日总辐射的历年平均值为11.87MJ/m2,上午、下午辐射总量分别7.52MJ/m2和4.35MJ/m2.比例约为1.7:1一天中杭州太阳总辐射最大值在11时36分出现.     

井冈山保护区植被NPP时空变化特征及与气候因子的关系

井冈山国家级自然保护区在中亚热带天然常绿阔叶林生态系统碳循环研究中具有重要的科学价值。本文使用250 m分辨率MODIS NDVI遥感数据和中国气象站点数据驱动CASA模型,模拟了井冈山2000-2016年植被净初级生产力(NPP)动态变化,并分析了NPP与气候因子之间的关系。结果表明,井冈山地区植被NPP主要集中在420～480 g C·m~(-2)·a~(-1)(面积占比90. 91%);在2000-2016年间呈波动中下降的变化趋势,下降速率为4. 83g C·m~(-2)·a~(-1)。井冈山地区植被NPP极显著减少(占比11. 33%)和显著减少(占比23. 00%)的区域主要分布在中南部。月尺度和年尺度的NPP变化曲线与气温和太阳总辐射变化较为吻合,与降水的吻合性稍差。年NPP与太阳总辐射之间显著相关;月NPP与降水、气温和太阳总辐射之间均为显著相关,但与降水之间的相关性弱于与气温和太阳总辐射的相关性。     

青藏高原MODIS地表反照率与地面观测结果的比较

应用2005-2006年西大滩、五道梁和唐古拉站的太阳短波(0.3~5μm)辐射观测资料处理得到的16 d平均地表反照率,与MODIS地表反照率产品MCD43B3进行对比分析,结果表明:MODIS黑空反照率、白空反照率与地表反照率地面观测结果的总体变化趋势基本一致,积雪是导致两种数据结果绝对偏差较大的原因。受地面观测和MODIS反演观测空间尺度的影响,考虑MODIS反演结果或地面观测结果低于0.4时,MODIS黑空反照率和白空反照率的全反演结果、当量反演结果与地面观测结果的均方根差会相应减小。总体而言,全反演结果的精度高于当量反演结果。     

紫外辐射与皮肤癌

太阳紫外辐射是位于X光与可见光之间的电磁辐射,它的波长介于100nm～400nm(nm是长度的单位,1nm=10~(-9)m)之间。科学家根据波长把太阳紫外辐射光谱分A波段(320～400nm)、B波段(280～320nm)和C波段(100～280nm)三部分。由于C波段的太阳紫外辐射受到平流层内臭氧层的强烈吸收,几乎不能到达地球表面,但太阳紫外辐射A波段和B波段却能穿过大气层直射地面,对人体健康有不可忽视的影响。太阳辐射中的紫外线可以促进人体内维生素D的形成,适当地     

北大西洋沙尘与大气稳定度以及层云的关系

来自于西北非洲的沙尘粒子经常被输送到北大西洋(5 0°W～ 2 0°W,1 0°N～ 2 5°N)区域,夏季 7月份最为明显,沙尘输送带位于两逆温层之间.沙尘的辐射效应主要体现在冷却海表面而加热低对流层,因此沙尘有可能通过影响大气垂直稳定度从而影响海洋层云.试图通过分析 1 984年至 1 989年共 6年的7月份沙尘气溶胶、云观测资料来揭示沙尘气溶胶与大气稳定度以及层云之间的相互关系.结果表明,沙尘气溶胶能够通过影响大气稳定度而对层云产生影响,尽管该信号由于受到其他因素的干扰不容易提取出来     

近50年来东北地区气温变化时空特征分析

运用MHF小波分析、非参数统计检验Mann-kendall法及Yamamoto法对东北地区91个气象站点近50年的气候资料进行了温度变化的时空特征分析,结果表明:东北地区近50年来年均气温存在着明显的增温趋势,变化幅度为0.36 ℃/10年,明显高于全国的平均增温幅度,冬季和春季对东北地区年均气温上升趋势贡献率最大,两者的变化幅度分别为0.6 ℃/10年和0.4 ℃/10年。年、季节的温度变化趋势在空间上存在差异,对于年均温而言,近50年来整个东北地区的升温幅度较大的地区位于小兴安岭,松嫩平原大部及大兴安岭山地北端;大兴安岭南端、燕山山地东侧,辽河平原、辽东山地及长白山地大部变化幅度较小,本溪周围为整个东北地区气温变化幅度最小的地区。东北地区气温年变化具有明显的14年振荡周期,年代际特征明显,突变点分别为1964年和1988年,后者为强突变点。     

中国西北地区太阳总辐射的气候特征

利用中国西北地区28个测站1961年-2003年1月-12月太阳总辐射资料,采用趋势分析、Mann-Kendall分析、相关分析、对比分析等方法,分析了43年来西北地区太阳总辐射的时空分布特征及其变化规律。结果表明:①西北地区太阳总辐射在(4300～7000)MJ(/m2·a)之间,从东南和西北向中部增加,高值区在青海高原。冬季总辐射最少,夏季最多,春季多于秋季;区域内总辐射表现出"愈多愈稳"的分布特征;②西北地区年总辐射以92.07MJ(/m2·10a)的速率递减,1973年是突变点,北疆和西北地区东部的减少率最大,减少中心在吐鲁番和西宁;总辐射年、季变化相似,20世纪60年代-70年代偏多,80年代达到最小值,90年代以后有所增加但仍以偏少为主,这与全球的变化趋势一致;③青海高原的太阳总辐射呈双峰型分布,其余大多数地方为单峰型;④通过分析发现云量、相对湿度、降水等影响总辐射的地理分布,间接证明大气气溶胶含量的增加可能是总辐射下降的原因。