平流层和中层大气研究的进展

平流层和中层大气研究是20世纪70年代以来持续得到大气科学界和日地物理界共同关注的研究前沿.中国科学界在文化大革命结束后立即抓住这一前沿作为发展重点之一.20多年来,中国科学院大气物理研究所等单位较为系统地开展了这一方向的研究,并在一些方面进行了前沿性的工作.作者着重介绍以下几方面的进展:(1)平流层和中层大气探测设施与探测方法;(2)大气臭氧、平流层气溶胶的监测与分析;(3)行星波在中层大气环流与大气臭氧分布中的作用;(4)重力波在中层大气的传播特征与作用;(5)平流层-对流层交换的动力物理与化学问题.     

中国北方地区春季气溶胶光学特性地基遥感研究

基于中国北方地区地基太阳直接/散射辐射计观测,分析了2001年春季气溶胶光学厚度、尺度和吸收特性。沙尘期间,气溶胶光学厚度显著升高,而尺度上升,粗粒子浓度显著增加,大气气溶胶表现出中性或异常消光特征。除沙尘活动之外,中国华北地区人为排放也是导致气溶胶光学厚度偏高的一个重要原因。中国沙尘源区气溶胶单次散射反照率小于以往观测和模式结果。北京和香河两地气溶胶光学厚度、Angstrom指数和尺度谱基本相似,说明华北地区人为排放与沙尘活动类似,也表现出区域尺度的特点。由于沙尘气溶胶与人为排放气溶胶相比,折射指数实部偏大、虚部偏小,从而北京地区沙尘期间单次散射反照率明显大于非沙尘期间,特别是在近红外波段,说明沙尘活动不仅可以通过增加气溶胶光学厚度,同时也通过改变气溶胶物理、辐射特性来影响下游地区的气溶胶辐射强迫。     

利用SAGEⅡ遥感分析我国上空平流层臭氧的分布和变化特征

根据1984～1992年的SAGEⅡ观测资料，对平流层臭氧(O3)进行了反演，分析了我国三个纬度区域(20°～50°N)的平流层O3分布和变化特征，得到了可作为参考模式的多年平均的平流层O3总量季节变化曲线和4个月份的垂直分布廓线。     

基于太阳能无人艇的海洋气象观测系统及其初步试验

中国沿海地区以及濒临海域经常发生多种灾害性天气,包括大风、暴雨、大雾和海上强对流天气等,原位探测资料的缺乏极大影响了这些天气生消演变规律的深入研究以及预报准确性的提高。为了实现海上自动部署、机动安全和实时的多要素原位探测,研发了一种基于太阳能无人艇的海洋气象水文探测系统,工程样机命名为MWO-I(Marine Weather Observer-I),2015—2019年该系统进行了多次海上试验。本文对这一长航时海洋气象探测系统进行介绍,并给出2018年4月一次海上探测试验个例的初步结果。     

从118.75 GHz附近六通道亮温反演大气温度廓线的数值模拟研究

为了能在静止气象卫星上实现微波被动遥感探测大气温度廓线,并保持一定的地面空间分辨率(如视场小于60 km),就需要使用高频微波及大天线.欧洲和美国下一代静止气象卫星上都已考虑采用118.75 GHz附近通道.为了充分了解118.75 GHz附近通道遥感反演温度廓线的能力,为仪器研制及今后资料的解释反演提供必要的基础数据,作者开展了采用118.75 GHz附近六个通道遥感反演大气温度廓线的数值模拟研究.统计反演的数值试验表明,118.75 GHz附近六通道对温度垂直分布有一定的遥感反演能力;温度反演较好的层次对应于权重函数峰值所在的位置.     

MODIS与NCEP大气可降水量资料的比较分析

利用中国大陆地区2001年4个季节(1、4、7、10月)中8d和4m的NCEP资料，对整层大气的比湿进行积分得到大气可降水量。选用了同时同地的MODIS大气可降水量资料，然后对两者进行了对比分析。结果发现：在中国西北、内蒙地区MODIS大气可降水量资料要比NCEP资料普遍偏大，而在东南和华南部分地区则普遍偏小。如果对上述两个地区的MODIS资料分别乘以修正系数0．933983和1．07686，则两者的差别可控制在0．2cm以内。因此，MODIS大气可降水量资料经过修正后，可以为卫星反演模式提供同化性较好的输入资料。     

用垂直高分辨率探空资料分析北京上空下平流层重力波的统计特性

根据北京市观象台新一代无线电探空垂直高分辨率资料研究北京地区下平流层(17~24 km)惯性重力波活动的季节变化特征. 根据风速以及温度之间的偏振关系来分析重力波的一些重要参数. 结果表明: 1) 波动能量有明显的季节变化, 夏季弱(动能3.5 J/kg, 潜能1.8 J/kg), 冬季强(动能10.6 J/kg, 潜能3.6 J/kg), 全年的动能与潜能比的平均值为2.6; 纬向与经向扰动速度之均方根大小基本一致, 表明下平流层重力波能量在水平方向上是各向同性的. 2) 垂直波长主要集中在1.5~3 km之间, 占所有样本的80%以上, 平均值大致为2.3 km; 水平波长主要集中在100~800 km之间, 平均值为445 km左右; 水平波长与垂直波长之比大约200︰1. 3) 在拟合偏振椭圆前, 采用带通滤波保留垂直波长在1.5~3 km之间的波, 估计得到的固有频率主要集中在1f~3.5f之间(f为科氏参数), 平均值为2f, 相当于周期9 h左右. 4) 重力波能量主要向上传播, 上传重力波出现频率在90%以上; 水平传播方向有一定的不均匀性, 但不是很强, 主要方向为西北方向.     

亚洲夏季风是低层污染物进入平流层的重要途径

夏季亚洲季风区是对流层低层水汽和污染物进入全球平流层的一个重要通道, 自然或人为污染物通过该通道进入平流层后对臭氧层的破坏以及全球气候环境的影响, 成为目前国际科学界关注的热点问题。早先观点认为: 夏季青藏高原是对流层低空物质向平流层输送的一个重要渠道。然而, 越来越多的观测表明: 包括青藏高原在内的整个亚洲夏季风通过强对流的快速输送以及大尺度输送过程可以把低层大气物质输送到全球平流层。在地面物质进入平流层的过程中有两个关键过程, 一是垂直快速输送的对流活动, 这对于短寿命化学成分非常重要, 二是缓慢的大尺度反气旋输送和限制作用。但是, 目前对于亚洲季风区不同源区的贡献还有很大的争议。     

近地层大气气溶胶对曙暮光辐射强度和天空颜色的影响

采用离散坐标法(DISORT)辐射传输软件包UVSPEC的伪球面模式,计算了300～850 nm波段曙暮光时期地面不同观测仰角的辐射强度和天空颜色.模式选取美国标准大气(U.S. 1976),考虑多次散射效应及水汽、臭氧和二氧化碳的吸收.分析研究了近地层大气不同气溶胶光学厚度时曙暮光天空辐射强度和颜色指数随太阳天顶角和观测仰角的变化.结果表明,曙暮光时天空的红蓝光颜色指数随近地层大气气溶胶光学厚度的变化显著.此方法理论上可以用于近地层气溶胶光学厚度的反演测量.     

浑善达克沙地沙尘气溶胶的粒谱特征

浑善达克沙地是我国主要沙尘气溶胶源地之一,但对其沙尘气溶胶特征一直缺乏研究.2001年4月末到5月初,在内蒙古浑善达克沙地利用PMS Fssp-100型激光粒谱仪进行了大气气溶胶的外场观测,取得了晴天、扬沙和沙尘暴天气条件下沙尘粒子的数浓度采样资料,通过统计分析研究,总结出浑善达克沙地在不同天气条件下近地面沙尘气溶胶的粒谱分布规律.所得统计结果表明了与其他源地沙尘气溶胶的共同点、差异之处及其原因.这一结果也为沙尘气溶胶辐射气候效应的数值模拟提供了新的实测依据.