基于商用运输平台的流动大气和环境监测系统

高时空精度大气观测资料的缺乏,仍是制约提高数值天气预报水平和深入开展大气科学研究的一个主要因素。为了克服这一问题,除了研制自动化程度高、测量精度高和性能价格比高的仪器设备来装备现有的定点大气观测网外,还应建设一些流动的大气监测系统,以获得常规大气观测台站空档间（如大洋、山区和荒漠等无人区）的天气现象和大气环境变化的信息。然而,在现有台站网之外,再重新建立并运行一个流动专业观测网,既不经济也是不现实的。随着交通和通信技术的快速发展,利用民用的交通运输工具（主要是商船、民航飞机、火车甚至长途汽车）,加装大气环境监测传感器,逐步建立海陆空三位一体的流动大气环境监测系统已成为可能。     

加密自动气象站雨量计资料的质量控制 及其相关关系的研究

在长春—四平地区100 km×100 km的范围内,分布有平均间隔10 km左右的147个自动气象站。结合该区域雷达回波强度资料,对2007～2011年4～10月的气象站雨量计小时降水数据进行质量控制。多步骤质量控制结果显示,有141个自动站雨量计的数据通过了检查,删除了6个错误站点的数据,对有疑问时段的数据作了标记。 利用质量控制后的5年夏季半年自动站雨量计小时降水数据,进行相关关系统计分析表明：距离在10 km以内的雨量计测量,平均相关系数均能达到0.6以上;雨量计距离小于5 km,平均相关系数在0.7以上;而站点距离超过20 km,相关系数普遍降到0.4以下;随着统计时间的增长（从分钟到月降水量）,每个雨量计的测量值具有更高的空间代表性。     

风廓线雷达自身对比精度分析

利用GLC-24型风廓线雷达的5波束观测数据,分析了在晴空和降水条件下风廓线雷达探测的准确性,得出结论如下:在晴空条件下大气均匀稳定、垂直速度很小,风廓线雷达测量水平风的准确性高;在均匀性降水条件下,虽然垂直速度很大,但大气在风廓线雷达5波束探测的水平范围内均匀,风廓线雷达测量水平风的准确性也较好;在非均匀性降水条件下,大气在风廓线雷达探测的水平范围内不均匀,不符合风廓线雷达计算水平风的假设条件,需要进一步改进算法,减少计算误差。     

基于AVHRR和VIRR数据的改进型Becker“分裂窗”地表温度反演算法

为了将基于NOAA-9/AVHRR数据提出的Becker和Li的“分裂窗”地表温度算法成功地应用于长序列NOAA/AVHRR和FY 3A/VIRR数据的地表温度反演,为气候变化研究提供长序列、高精度、高分辨率的地表温度数据集,从辐射传输方程出发,首先利用MODTRA 4.1模式模拟了多种地表和大气状态下的光谱辐亮度数据,并结合AVHRR和VIRR通道4、5的光谱响应函数建立了温度数据集(TS,T4,T5);然后,基于该数据集采用最小二乘法重新计算了Becker和Li算法中的各参数,提出了一个适用于NOAA/AVHRR和FY-3A/VIRR数据的改进型Becker和Li分裂窗地表温度反演算法;并利用改进型算法对2008年4月27日03时12分(世界时)观测的一景覆盖北京地区的NOAA-17/AVHRR数据进行了地表温度的反演,将反演结果与日本东京大学提供的同地区、同时相的MODIS地表温度产品进行了对比分析.结果表明,两种地表温度产品的相关系数为0.88,均方根偏差(RMSD)为2.1K;在两种地表温度差值图像的频率直方图上有69.6％的像元的值在±2K之内,37％的像元的值在±1K之内.     

层析法微波辐射计遥感反演云液水含量的二维垂直分布

通过机载双天线微波辐射计的观测数据层析反演出云液水的空间分布是一个有限角度的图像重建问题。为提高这一反问题的适定性, 本文对已有的正则化方法进行了改进: 根据云液水的分布特征选择W1,2空间范数的离散形式作为正则项; 通过数值模拟试验确定双天线仰角的最优设置方案为 (30°, 90°) 等。为避免已有方法中对目标函数进行线性化处理而产生的模型误差, 采用L-BFGS-B算法对非线性目标函数直接求解。按照侧边界内云液水分布是否已知将反演模型分为已界模型和未界模型。已界模型的反演结果表明, 反演误差在8.6%～12.3%之间, 反演图像可以反映出不同云型的结构特征。敏感性试验表明, 影响反演精度的主要因素为投影数据的角度分辨率、 辐射计观测噪声以及侧边界云液水分布的不确定性; 受云液水含量、 正则算子特性及边界因素的综合影响, 不同云型的反演精度存在差异。为使微波辐射计探测云液水分布能够独立于其它探测手段, 本文针对未界模型提出嵌套反演方法。数值模拟试验表明, 嵌套反演方法可以为目标区域的反演提供足够的侧边界信息。     

2007年极端天气和气候事件及其他相关事件的概要回顾

2007年2月热带气旋"Gamède"在法属留尼旺创下72 h降水3 929 mm的世界纪录;5月末莫斯科气温达到1891年以来同期的最高温度;截止8月底美国一半以上的地区干旱缺水.2007年我国云南、甘肃、河南、湖南和江西等地经历50年不遇的干旱;7月淮河发生仅次于1954年的流域性大洪水.2007年全球平均温度比过去30年的平均温度高出0.41 ℃.同时,今年北极海冰覆盖面积减小到历史记录的最小值.世界许多地方发生破坏性洪水、干旱和风暴等极端天气和气候事件.     

Statistics of the tropopause inversion layer over Beijing

High resolution radiosonde data from Beijing, China in 2002 are used to study the strong tropopause inversion layer （TIL） in the extratropical regions in eastern Asia. The analysis, based on the tropopause- based mean （TB-mean） method, shows that the TIL over Beijing has similar features as over other sites in the same latitude in Northern America. The reduced values of buoyancy frequency in 13-17 km altitude in winter-spring are attributed to the higher occurrence frequency of the secondary tropopause in this season. In the monthly mean temperature profile relative to the secondary tropopause, there also exists a TIL with somewhat enhanced static stability directly over the secondary sharp thermal tropopause, and a 4 km thickness layer with reduced values of buoyancy frequency just below the tropopause, which corresponds to the 13-17 km layer in the first TB-mean thermal profile. In the monthly mean temperature profile relative to the secondary tropopause, a TIL also exists but it is not as strong.
For individual cases, a modified definition of the TIL, focusing on the super stability and the small distance from the tropopause, is introduced. The analysis shows that the lower boundary of the newly defined TIL is about 0.42 km above the tropopause, and that it is higher in winter and lower in summer; the thickness of the TIL is larger in winter-spring.     

城市化对北京地区气候的影响

利用北京地区20个气象站36年(1970—2005年)的逐日雨量、平均风速和冬季08时平均温度资料,对北京城市化进程中城市气候变化趋势进行了分析。结果表明,(1)36年来热岛效应呈现强度逐渐增强、面积逐渐增大、由单一向多个热岛中心演变的趋势,2000—2005年热岛强度最大达2.11℃,城区冬季的平均增温率为0.298℃/10a。(2)城市化发展使得北京地区降水量呈现不均匀分布态势。20世纪70年代城市西部降水较多,东南部降水少;80年代整个城区处于少雨区;90年代城市西部、南部降水少,东北部是大雨量区。2000年以后降水较少区域自城区逐渐朝东南方向扩展。(3)不断增高、密度不断加大的建筑物对气流的阻滞作用使得城区平均风速呈减少趋势,城区的平均风速70年代是2.49 m.s-1,80年代是2.32 m.s-1,90年代是2.16 m.s-1,2000—2005年是2.28 m.s-1,平均风速递减率为0.05 m.s-1.(10a)-1。(4)人口密度的对数与气温呈线性相关,相关系数为0.65;城区面积与温度呈线性相关,相关系数为0.6387。     

合肥地区平流层气溶胶地基激光雷达与SAGE卫星探测比较

为了解中国上空SAGE反演的平流层气溶胶数据质量,将合肥地区地基激光雷达观测10年(1996年—2005年)的气溶胶数据与SAGE资料进行比较。通过较为系统全面的比较分析,得到如下结果:(1)10—30 km内SAGE与Li DAR分析的气溶胶变化趋势较为一致,出现峰值和低值的位置也较为接近;(2)SAGE结果普遍比Li DAR测量的偏小,对应的平流层气溶胶AOD差异显著,定量表现为:激光雷达获取的平流层气溶胶AOD基本约为0.004,SAGE反演的平流层气溶胶AOD基本约为0.002,只有前者的一半;(3)两者分析的20—35 km气溶胶季节分布差异较小,再次表明平流层气溶胶比较稳定。     

复合翼无人机不同传感器探测大气温湿度对比北大核心CSCD

无人机为大气探测的重要平台,为克服固定翼起飞降落条件要求高和旋翼机飞行航时短的问题,中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测实验室自主研制了一款新型复合翼无人机。为检验其在近地面探测大气温湿度的能力,于2020年7月28日—8月6日及2021年8月1—6日,在内蒙古自治区正镶白旗无人机综合验证基地开展了两期无人机搭载不同传感器探测温湿度的比对试验。结果显示:机载自动站与GPS探空仪所测温度绝对偏差为2.00℃~2.35℃,系统偏差可订正;两者所测相对湿度绝对偏差为4.28%;2021年搭载维萨拉温湿探头,测量对比表明维萨拉温湿探头与GPS探空仪测量结果一致性较好,机载自动站与两者差异较大。飞行探测试验表明:长航时复合翼无人机在近地面大气层探空方面机动性强,与常规旋翼无人机相比,可获取更大垂直与水平范围的气象要素信息。