冰云短波辐射特性参数化

该文对卷云和高层云分别构造了15种冰晶尺度分布,3种云高和云厚,总共30种冰水含量、90种冰水程长模式。对尺度小于与大于30 μm的冰晶粒子的单次散射特性分别用表面积等效冰球Mie理论和射线光学理论进行计算。采用delta-Eddington法计算了在4种不同地面反射率下冰云的多重散射辐射传输特性,提出了冰云辐射特性的参数化公式,指出参数化公式可以用于气候模式或大气环流模式。     

不同环境温度下冰云粒子的单次散射参量

本文提出了直接Stokes参量变换的射线追踪方案,优化了作者过去建立的求解六角冰晶粒子散射的射线追踪模式.在冰晶有吸收(折射指数为复数)的情况下,新模式采用了有效折射指数处理粒子内的非单色折射波.其次,新模式还引入了有效单次散射参量,消除了来自几何透射线的前向δ散射效应.最后,根据不同环境温度下的冰云中冰晶粒子的粒径谱分布,本文计算了粒径谱积分平均的3D随机取向六角冰晶粒子的单次散射参量.文中给出的冰晶粒子单次散射参量的数值,对研究冰云辐射特性将有一定参考价值.     

大气气溶胶散射吸湿增长特性研究进展

大气气溶胶的散射吸湿增长特性反映了相对湿度对气溶胶散射能力的影响。研究气溶胶散射吸湿增长对于评估气溶胶辐射强迫、了解气溶胶对大气能见度的影响具有重要意义。文中对气溶胶散射吸湿增长特性的研究意义、监测方法、中外研究进展、参数化拟合和模型模拟等方面进行了系统回顾和总结,并对未来发展方向做出展望。中国在该领域开展的研究数量偏少,广泛开展气溶胶散射吸湿增长特性研究十分必要。     

六角形冰晶的94 GHz毫米波后向散射特性的模拟计算分析

利用离散偶极子近似法(DDA),研究了等效半径Re在0.8 mm范围内的柱状和片状冰晶在不同空间取向、温度和尺度比时,对94 GHz雷达发射的水平偏振波产生的后向散射,并讨论了等效雷达反射率因子Ze随粒子谱中值直径及冰水含量的变化。结果表明,温度对后向散射效率的影响较低,空间取向对后向散射效率的影响与粒子大小和形状有关。当雷达波垂直指向天顶,在冰晶粒子等效半径Re0.8 mm时,水平取向冰晶的后向散射效率比随机取向大,粒子越偏离球形,差别基本上越大;在同一取向时,粒子越偏离球形,后向散射效率基本上越大。在一定冰水含量下,取向、形状和冰晶谱的形状参数对Ze的影响和粒子谱中值直径有关;对于垂直指向的雷达,如果将六角形冰晶等效为等体积球形冰晶,当粒子较大(0.4 mmRe0.8 mm)时,其Ze将被低估。     

基于CloudSat/CALIPSO卫星的南京地区冰云物理特性分析

该文根据CloudSat卫星搭载的毫米波雷达(CPR)和CALIPSO卫星搭载的激光雷达(CALIOP)联合探测反演2007—2010年南京地区的冰云物理特性,并通过毫米波雷达和激光雷达的对比分析,结果表明:冰云变化趋势随年份先增加后减少,且春夏季发生概率均大于秋冬季;云底高度主要分布在7～8 km之间,云顶高度主要分布在8～12 km之间,云底和云顶高度的最大平均值均出现在2009年,分别为10.07 km、11.69 km,平均值均随年份呈先减后增再减的趋势;冰云冰水含量值主要分布在0～0.005 0 g/m~3内,其值大小与出现的概率呈负相关,平均值随年份呈先增后减再增的趋势;粒子有效半径主要集中在20.0～50.0μm内,均值随年份呈逐渐递减的趋势。     

基于DARDAR数据的中国地区不同光学厚度下冰云特性分析

利用CALIPSO和Cloud Sat协同反演产品DARDAR四年数据,分析了中国地区各种光学厚度冰云的发生概率,水平和垂直方向的分布规律,季节变化及微物理特性差异。结果表明:我国冰云特性不仅有明显区域和季节变化特征,还与不同光学厚度所定义的冰云类型有关。中国区域主要发生薄冰云(0.03τ0. 3)和不透明冰云(0. 3τ3)较多,发生率高值区均在青藏高原地区。除不可见冰云(τ0. 03)外,其余类型冰云的主要发生高度会随着光学厚度的增加而降低。不同类型冰云的季节变化并不明显,但是夏季更容易出现有利于光学较厚(τ3)冰云发生的条件。微物理特性方面,冰水含量明显随冰云类型的变化而变化,而冰云有效粒子半径与高度的关系比与光学厚度的关系更为密切。全国冰云特征的平均数值并不能代表区域内的冰云特性,由光学厚度定义的不同种类冰云的具体分析极为重要。     

硅基毫米波收发前端集成电路研究进展

随着第五代移动通信技术（5G）逐步向毫米波频段（FR2）部署，以及目前无人驾驶技术对毫米波雷达技术的需求，高性能的毫米波收发前端集成电路成为了目前研究的热点.与此同时，硅基器件工艺的快速发展，极大地提高了晶体管的截止频率，为低成本、高性能的硅基毫米波集成电路设计提供了基础.本文对近年来的毫米波通信和雷达的硅基收发前端集成电路的研究现状和发展趋势进行了综述.     

不同气溶胶对冰云形成的影响研究

本项目系国家自然科学基金项目主要研究能充当冰核的那部分气溶胶。它们的冰核化性质与气象因素的关系,其气候性变化,及对冰云微结构的可能影响。研究工作始于1994年,至1997年底完成,项目由部大雄‘游来光共同主持。该项目主要成果如下：实验研究部分：研制了一套均匀水滴冻结实验装置以检测浸入冻结核。对1蚊6－1998年北京出现的各类降水物的检测表明：冰雹融化水中高温冰核含量最高雪次之连续性降水最少‘主要合低温核。这一结果与降水形成过程及降水物对大气气溶胶的清洗作用有关。用微孔滤膜对大气取样,再放置在冷台上用蒸馏去离子…     

湿气溶胶的光散射特性

在不同干气溶胶谱分布以及激光波长为6943埃的条件下,根据三种湿气溶胶模式,理论计算了湿气溶胶的消光系数和体后向散射微分截面,并分析讨论了它们随相对湿度的变化规律。     

水平取向对冰云辐射传输的影响

本文用分离坐标法求解辐射通过卷云的传输,该卷云由在水平面内随机取向的非球形冰晶所组成,即“二维卷云模式”。文中用零阶和二阶Legendre多项式的展开式来近似表示由于冰粒子水平取向所引起的散射参数随入射角的变化。散射相函数由解析的Henyey-Greenstein函数表示,其不对称因子也与入射天顶角有关。文中用这种模式计算了太阳短波以及地球红外热辐射通过卷云时的辐射通量传输性质以及方位平均强度的分布。将上述二维模式的计算结果与通常的三维模式(即假定冰粒子在三维空间随机分布)相比较,表明冰晶的优先取向对卷云的反照率有重要影响,两种模式的反照率可以相差8％。另一方面,对于红外辐射而言,两个模式的向上辐射强度有显著的差别,但是冰晶的取向状况对红外辐射通量影响较小。上述结果表明,冰晶的优势取向可能是决定卷云反照率的一个重要因子,同时它对于利用红外辐射探测卷云的组成和结构来说有重要的影响。     

基于卫星资料的中国西北地区冰云特征分析

利用2012年12月至2016年11月A-Train卫星编队中Cloud Sat卫星与CALIPSO卫星融合产品DARDAR数据对我国西北地区冰云发生概率的水平和季节分布特征,冰水含量和冰云有效半径的垂直分布进行了分析。结果表明,近4年西北地区平均冰云发生率为55.1%,春季冰云出现较多,除河西—内蒙古中西部部分地区外,春季冰云发生概率均在70%以上,季节性变化明显。2015年和2016年四季变化浮动比前两年大,四季冰云发生率在西北地区的沙漠区域相对较小,由于特殊地形的影响冰云发生率的高值区出现在青藏高原东北部;青藏高原东北部冰云发生率在春、秋冬季都较大,夏季最小。冰水含量在13 km以上几乎没有冷冰水分布,夏季最大且垂直方向5 km高度下几乎没有分布,秋冬季节冰水含量相对较小,西北各地区之间冰水含量的差异较大,在西北东部季风区分布最少;西北各地区冰云有效半径分布与其冰水含量分布趋势相似,春夏季大,秋冬季小,其中夏季冰云有效半径在5 km高度以下几乎没有分布,由于夏季温度较高,在37°N 39°N冰水含量较大的区域冰云有效粒子半径相对较小。     

非球形气溶胶粒子散射特性及其等效Mie散射误差分析

为分析形状对气溶胶粒子散射特性的影响,采用T矩阵法计算了0.633μm波段(自然光)不同种类、形状的气溶胶单粒子与体散射的散射相函数,并讨论了气溶胶粒子形状畸变与等效Mie散射误差的变化规律。结果表明:粒子形状畸变对气溶胶粒子散射能量空间分布影响较大。对于单粒子,各散射角上的等效Mie散射误差并不随粒子形状畸变程度单调变化。从相对误差量级上看,形状畸变对180°散射的影响强于0°,对35°的散射影响相对较弱。对于两种非球形粒子等效方法,等表面积法优于等体积法。不同类型的非球形气溶胶粒子体散射存在显著差异,沙尘性与海洋性的等效Mie散射误差明显大于煤烟性与可溶性粒子;对于同一种气溶胶,形状的改变对侧向与后向散射影响显著,对前向散射影响不大。     

W波段毫米波云雷达技术的研究进展

毫米波雷达相比于厘米波雷达对非降水云的观测具有更高的灵敏度,因此世界发达国家已经广泛利用毫米波雷达进行云的观测实验。国内的毫米波云雷达受器件及加工工艺的限制仍处于发展阶段,在此背景下本文从地基、机载以及星载3个方面对国内外W波段毫米波云雷达进行总结,根据毫米波雷达的天线、发射电路、接收电路以及信号处理4个方面分析其原理框图及性能参数,最后利用英国Chilbolton观测场的94GHz Galileo雷达对2008年4月4日的非降水云进行回波数据的分析,结果表明Galileo毫米波雷达能够很好地对云以及雾进行探测,其结论为国内W波段毫米波云雷达的设计提供借鉴。     

杭州市区大气气溶胶散射特性观测分析

利用2011年杭州国家基准气候观测站浊度仪和常规气象观测资料,研究了杭州市区城市工作和生活环境中气溶胶散射系数的变化特征。结果表明,2011年杭州大气气溶胶散射系数平均值为396.8±191.3 Mm-1。秋、冬季散射系数高于春、夏季。大气环流形势、气象条件变化以及内外源的影响是造成散射系数季节性差异的重要因素。在边界层演变、交通排放和人为活动的共同作用下,散射系数呈单峰型的日变化特征,峰值出现在08:00(北京时,下同),谷值在14:00。工作日散射系数显著高于周末。拟合散射系数逐时频率分布表明,杭州最具代表性大气状态下大气气溶胶散射系数为238.9Mm-1。散射系数随着霾等级的增加而升高,霾期间散射系数的升高可能是造成能见度下降的直接原因。由于观测站特殊的地理位置,导致散射系数在不同风向区间差别不大,但是地面风对气溶胶散射系数具有明显的扩散和输送作用。     

张掖地区气溶胶吸收和散射特性分析

兰州大学与中国科学院、中国气象局、美国马里兰大学、美国能源部等研究机构于2008年4~6月进行了中美沙尘暴联合观测试验,观测点设在张掖国家气候观象台、兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)和SACOL景泰移动观测点。利用颗粒物烟尘吸收光度计和TSI积分浑浊度仪资料分析了张掖地区气溶胶吸收和散射特性。结果表明:气溶胶吸收系数、总散射和后向散射系数日变化趋势一致,基本呈双峰型,峰值分别出现在08:00和22:00,夜间的值较白天偏大;气溶胶吸收系数、总散射和后向散射系数的月平均值在4月最大、5月次之、6月最小;450,550和700 nm波段的气溶胶单次散射反照率主要集中在0.7~0.9。     

结合风廓线雷达的毫米波衰减特性初步研究

使用中国气象局大气探测综合试验基地35 GHz毫米波云雷达和L波段风廓线雷达2016年5月1日-7月31日在降水条件下的观测数据,根据不同观测模式下两部雷达得到的数据,计算在一定高度区间内不同下落速度的降水粒子反射率因子变化量,初步分析不同下落速度的降水粒子对毫米波衰减的影响。结果表明:在持续时间较长的层状云降水且降水粒子在雷达观测范围内均匀分布条件下,毫米波衰减与降水粒子下落速度呈近似线性关系,且毫米波经过的路径长度越长,衰减越大;毫米波在经过1110~2430 m,1110~3510 m的高度区间时,下落速度处于3.5~7.5 m·s-1之间的降水粒子对毫米波的衰减作用导致毫米波云雷达所测的等效反射率因子分别减小约1~7 dB和2~11 dB。     

国内外W波段毫米波云雷达定标技术的研究进展

为了利用毫米波雷达的回波数据精确地反演得到云的宏微观物理特性,必须对研制的毫米波雷达进行定标.本文重点介绍了国外几种定标方法：单个系统各参数贡献的定标;大雨滴对毫米波雷达的定标;三角反射器以及金属球对毫米波雷达的定标;利用海洋表面后向散射技术的定标以及Cloudsat 作为雷达校准器的定标.这些定标方法对于国内毫米波雷达更好地应用于实际探测具有重要的研究价值.     

小旋转椭球粒子群的微波散射特性

文中从不同方向线性偏振的入射波对小旋转椭球状降水粒子极化产生的散射出发 ,推导出散射能流密度函数 ,以及降水粒子群旋转轴处于不同状态下的散射截面 ,得出散射截面随降水粒子相态和入射波波长变化的一些曲线 ,其结果可供遥感反演计算使用。     

黄山顶大气气溶胶吸收和散射特性观测分析

采用光声黑碳仪（PASS）2008年5～7月在黄山光明顶的连续观测资料,分析了该地区大气气溶胶吸收和散射系数变化特征及其与气象因子的关系。分析结果表明：在相对干燥的条件下（相对湿度小于60%）吸收散射系数日变化明显,总体上白天大,晚上小;相对湿度与吸收和散射系数有很强的正相关性,相关系数分别为0.87和0.80,而风速与散射吸收系数则呈现负相关关系,吸收系数、散射系数与风速的相关系数分别为-0.53和-0.78;湿清除使大气气溶胶的吸收和散射系数明显降低;与在平原地区的南京相比,黄山山顶的吸收和散射系数日变化趋势与南京相反,且数值比南京小一个量级。