中高层大气研究的空间探测

中高层大气研究对于深入理解全球变化和日地关系十分重要,也为有关航天与临近空间飞行的环境保障提供基础。中高层大气研究的目的是要深入了解其中发生的主要过程及其耦合,并发展各种模式。在现代中高层大气研究中,地基、高空飞机、高空气球、火箭和空间观测提供了动力、热力和化学成分结构与变化的资料,其中空间观测起到至关重要的作用。将对用于中高层大气研究的卫星任务和传感器载荷进行综述,同时列举一些中高层大气空间观测的科学结果。     

基于地面短波辐射观测资料计算淡积云的辐射强迫及水平尺度方法研究

本文根据不同类型云影响地面短波辐射的差异,提出利用地面短波总辐射变化检测识别淡积云以及计算淡积云水平尺度的方法,并对该算法进行误差分析,统计内蒙古草原地区夏季淡积云的水平尺度及其辐射强迫。结果表明:淡积云检测方法能比较好地识别、筛选出淡积云天。淡积云水平尺度和淡积云所在高度的风速成正比,风速测量的准确性直接影响淡积云水平尺度估算准确性;淡积云水平与垂直尺度比对计算淡积云水平尺度影响最大;云移动经过遮挡太阳直射辐射的时段内,太阳天顶角变化的影响可以忽略不计。内蒙古草原地区夏季淡积云短波辐射强迫小时平均为-134.1 W m-2,水平尺度平均值为1129 m,水平尺度的概率密度呈幂指数分布。     

C波段双线偏振天气雷达零度层亮带识别和订正

利用2013年8月北京C波段双偏振多普勒天气雷达体扫数据、探空资料和地面雨量站资料,获得反射率因子垂直廓线（vertical profile of reflectivity,VPR）识别零度层亮带,比较平均反射率因子垂直廓线（mean VPR,MVPR）、显著反射率因子垂直廓线（apparent VPR,AVPR）和显著相关系数垂直廓线（apparent vertical profile of correlation coefficient,AVPCC）3种零度层亮带订正方法的效果,并利用地面雨量站资料进行定量降水估计（quantity precipitation estimation,QPE）验证订正效果。结果表明:采用MVPR和0℃层高度能有效识别零度层亮带,零度层亮带厚度为0.8~1.5 km;经3种方法订正后,零度层亮带影响区得到了不同程度的抑制,其中MVPR法订正效果最差,基本未能减弱零度层亮带的影响,AVPR法和AVPCC法的订正效果较好,明显减弱了零度层亮带影响区的回波强度,订正后回波更均匀。利用地面雨量站数据进行QPE验证表明:经零度层亮带订正后雷达估测的降水与地面雨量站实测降水更接近,也表明AVPR法和AVPCC法效果更好。     

风廓线雷达与L波段雷达探空测风对比分析

为了解风廓线雷达探测的准确性,对北京南郊大气探测试验基地2006-2008年3年的观测资料与常规高空探测资料即L波段雷达探空测风数据进行了对比,计算并分析了不同高度、不同时次、不同风速条件下的对比结果,进行了相关性分析,计算了平均差和标准差。结果表明,二者测风结果有较好的一致性,半小时平均水平风u、v分量的标准差在2.3m/s左右,为风廓线雷达和L波段雷达探空共同的测量误差及不同采样空间和时间的水平风的差异。     

北京地区对流层顶变化及其对上对流层/下平流层区域臭氧变化的影响

根据2001～2003年期间获得的大气臭氧探空资料,揭示了北京地区上空对流层顶高度的某些变化特征及其对上对流层(UT)和下平流层(LS)区域内大气臭氧含量变化的影响.结果显示:北京地区上空对流层顶高度的平均值约11.1 km,其变化范围为7.7～14.4 km,臭氧层顶始终处在对流层顶下方约0.9 km高度处.对流层顶高度变化与臭氧总量变化之间的关系相对较弱.通常情况下,LS中的臭氧积分量明显高于UT中的相应值,并且二者呈相反的季节变化特征.北京地区上空仲夏和初秋季节第一对流层顶出现的频数明显减少,在第一对流层顶消失的情况下,LS中的臭氧积分量明显减少,而UT中的臭氧积分量明显增加,臭氧量减少最多发生在200～100 hPa层次中,而臭氧量增幅最大的层次是400～250 hPa.     

多尺度综合观测中国区域气溶胶时空分布

正大气气溶胶是悬浮于空气中的微小固体或液体颗粒状物质,其来源多种多样,包括自然源与人工源。气溶胶通过散射与吸收短波和长波辐射改变大气和地表的辐射能量收支,这称为直接气候效应。它还作为水云或冰晶凝结核影响云的形成与发展,带来间接气候效应。此外,落在冰雪地表上的黑碳气溶胶,可以改变地表反照率,并由此改变地表能量收支以致影响气候。因此,摸清气溶胶的时空分布特征并把握气溶胶对气候的影响在气候变化研究中非常重要。     

2004年的极端天气和气候事件及其他相关事件的概要回顾

韩国3月暴雪,德国7月飞雪,我国华南近50年最严重的秋冬连旱、东北百年一遇的春旱,加勒比海地区连续异常猛烈的飓风,欧洲夏季高温,东太平洋上出现一次弱El Nino现象.2004年仍是气象灾害频繁发生的一年,创历史记录的极端天气继续出现.     

GPS测量中的大气路径延迟订正

根据上海和北京两站１９９２～１９９３两年的气象探空资料，分别计算了ＧＰＳ伪距测量中的干项和湿项订正值。在此资料样本上，用最小二乘回归拟合得到了干、湿项订正的算式。分析大气球面分层的计算结果可见，干、湿项订正值随卫星天项角（≤７５°）的变化可以很好地用Ｓｅｃａｎｔ律来表示。该算式的精度优于其他模型；不同气候地区要采用根据当地气象资料建立起的订正算式     

内蒙古半干旱草原土壤植被大气相互作用(IMGRASS)综合研究

为深化对中纬半干旱草原气候生态相互作用过程、机制及其对全球变化的响应与贡献的认识 ,一项名为“内蒙古半干旱草原土壤植被大气相互作用 (IMGRASS)”的基金重大项目于 1997—2 0 0 1年在内蒙古锡林郭勒草原执行。IMGRASS计划在 1998年草原生长季节、在所选定的以典型草原为主 ,包括草甸草原、稀疏沙地草原等在内的中尺度试验区开展了多点、多要素的综合观测。观测内容包括土壤、植被、大气的相关要素和发生于地气界面的潜热、感热通量 ,还包括N2 O ,CH4 ,CO2 等微量气体交换量、辐射与降水分布。除 1998年中尺度观测试验外 ,在 1999— 2 0 0 1年在代表性地点进行了微量气体收支、遥感和沙尘天气相关的专项观测 ,结合草原站已进行的长期监测资料 ,分析气候生态长期相互作用 ,特别是人类活动干预的影响。在分析观测结果的基础上 ,对该地区的气候生态相互作用进行了数值模拟研究。文章作为介绍IMGRASS计划的第一部分 ,对该项研究计划作一全面简要介绍 ,包括科学目标、计划实施实验区背景、中尺度综合观测 ,并对实验所得大气边界层结构、辐射通量、沙地土壤水份状况、地表反射率谱与遥感测量等提供了个例分析 ,并简单介绍IMGRASS数据库。有关与全球变化有关的几个方面的初步研究结果将在本期刊中另文进行     

西藏羊八井Ka & W双频毫米波云雷达性能及观测分析

雷达作为一种遥感探测仪器,在云和降水的观测中发挥着重要作用。然而,由于不同水凝物粒子在形状、密度、粒径、主轴取向和谱分布等方面的巨大差异,单部雷达的反射率因子对云降水系统内部微物理特征的准确量化存在困难。近年来,水凝物粒子散射理论、电子计算机和毫米波器件技术的进步加速了多波长雷达遥感技术的应用,为进一步认识云微物理过程和改进云微物理方案提供了重要观测依据。多波长垂直探测雷达技术已经从散射理论催生新的观测方法进入到观测试验揭示关键云降水微物理过程的阶段。本文从雷达反演液态和固态水凝物的角度,讨论基于水凝物粒子衰减和散射特性的地基双波长和三波长垂直探测雷达遥感技术研究进展,介绍了国内外地基多波长云雷达实验的研究进展,并从粒子散射理论出发,提出多波长雷达正在从传统波段组合(如W/Ka/X波段)向结合更短波长和更长波长的“三波长+”方向发展。随着卫星雷达载荷从单波长到双波长,地基多波长气象雷达遥感技术的发展将为下一代星载多波长雷达载荷的研制提供有力支撑。