结合激光雷达评估常规探空资料反演青藏高原混合层高度的适用性

利用微脉冲激光雷达探测资料,采用梯度法获取那曲地区夏季的混合层高度序列及日最大混合层高度;利用每日两次(08:00和20:00)的探空资料结合地面最大位温,采用气块法得到雷达探测对应日期的日最大混合层高度(MMH)。通过对比从不同资料得到的MMH,发现08:00探空反演结果与激光雷达结果有较好的一致性(相关系数R为0.85,均方根误差RMSE为0.30 km,平均绝对误差MAE为0.25 km,并通过显著性水平为0.95的t检验);20:00探空反演结果则与激光雷达结果偏差相对较大(R为0.84,RMSE为0.67 km,MAE为0.54 km,未通过t检验)。分析产生偏差的原因发现,探空时刻的残余层、前期的天气变化过程以及对流泡活动或强卷夹过程引起的混合层高度时空变化等都可能是导致20:00高度结果与激光雷达结果不一致的原因,使得20:00探空资料不适合进行最大混合高度的反演。位温廓线的日变化特征也会影响反演结果的准确性,导致08:00探空结果偏高,但可以通过统计订正做修正。     

北京地区大气气溶胶的激光雷达观测及反演算法研究

利用微脉冲激光雷达在北京地区的观测, 研究两种避开利用高空信号的反演算法。算法一,根据Fernald的反演算法把边界取在混合层中间某处, 并结合太阳光度计的观测进行反演。通过激光雷达与同一地点自动气象站的地面观测比较验证了反演结果, 表明该方案用于激光雷达的气溶胶消光系数反演是可行的。算法二,由于激光雷达近端处的信号和地面气溶胶消光系数线性相关, 从而利用地面气溶胶观测数据反演雷达常数和观测期间气溶胶平均后向散射比, 结果与第一种方案一致, 表明利用该方法反演是可行的。最后利用这次激光雷达的观测, 分析北京地区冬季一次西伯利亚高压过境时的气溶胶演变过程, 将激光雷达观测与南郊观测站地面观测进行比较, 并验证了激光雷达的反演结果和算法的可靠性。     

北京地区大气气溶胶的激光雷达观测及反演算法研究

利用微脉冲激光雷达在北京地区的观测,研究两种避开利用高空信号的反演算法。算法一,根据Fernald的反演算法把边界取在混合层中间某处,并结合太阳光度计的观测进行反演。通过激光雷达与同一地点自动气象站的地面观测比较验证了反演结果,表明该方案用于激光雷达的气溶胶消光系数反演是可行的。算法二,由于激光雷达近端处的信号和地面气溶胶消光系数线性相关,从而利用地面气溶胶观测数据反演雷达常数和观测期间气溶胶平均后向散射比,结果与第一种方案一致,表明利用该方法反演是可行的。最后利用这次激光雷达的观测,分析北京地区冬季一次西伯利亚高压过境时的气溶胶演变过程,将激光雷达观测与南郊观测站地面观测进行比较,并验证了激光雷达的反演结果和算法的可靠性。     

地基微波辐射计反演温/湿度廓线的BP神经网络训练方案对比

为提高地基微波辐射计反演大气温/湿度廓线的精度,提出了一种直接利用高垂直分辨率探空资料与地基微波辐射计观测亮温训练反演温/湿度廓线BP神经网络方案.基于地基微波辐射计的观测特点,提出了一种基于微波辐射计地面观测资料和探空资料的观测亮温综合质量控制方案,利用质量控制后的观测亮温训练BP神经网络(OBS-BP),并与基于MonoRTM辐射传输模式模拟亮温训练BP神经网络(SIM-BP)的方法进行了对比.结果表明, OBS-BP反演温度廓线的均方根误差随高度逐渐增大,范围为0.62～2.81 K,偏差范围为-0.67～0.43 K,相关系数随高度的升高逐渐减小,变化范围为0.92～0.99;相对湿度廓线的均方根误差在0～4.75 km随高度升高而增大,在4.75 km以上随高度升高而减小,范围为8.21%～24.37%,偏差范围为-3.87%～4.54%,相关系数随高度升高逐渐减小,变化范围为0.13～0.94.将OBS-BP和SIM-BP反演高时间频次的温/湿度廓线的效果进行了对比,得出OBS-BP的反演结果能更好地反映对流层内大气温/湿度演变过程,相对于利用SIM-BP的反演结果, OBS-BP反演温/湿廓线在各个高度层上均优于SIM-BP,与探空资料具有更好的一致性,更适用于实际观测中地基微波辐射计温/湿度廓线的反演.     

双经纬仪测风反演方法的分析

从大气探空实验的特征出发,说明了使用双经纬仪测量数据反演探空气球空间坐标的过程中,人为操作误差远比仪器测量误差造成的影响严重。在此基础上总结了反演双经纬仪测量数据各种方法的优缺点,并分析了各反演方法在最大可信误差要求下的适用范围。分析得出各方法均只能适用于部分空间角度范围,因而提出了一种综合各基础方法优点而得到的联合反演方法,该方法的反演结果可在最大的空间角度范围内能满足最大可信误差的要求。最后通过都斛地区2007年8月16日10时的探空数据反演分析,说明了联合反演方法在反演精度和反演误差估算方面相对于经典的基线测风法的优越性。     

双经纬仪测风反演方法的分析

从大气探空实验的特征出发,说明了使用双经纬仪测量数据反演探空气球空间坐标的过程中,人为操作误差远比仪器测量误差造成的影响严重。在此基础上总结了反演双经纬仪测量数据各种方法的优缺点,并分析了各反演方法在最大可信误差要求下的适用范围。分析得出各方法均只能适用于部分空间角度范围,因而提出了一种综合各基础方法优点而得到的联合反演方法,该方法的反演结果可在最大的空间角度范围内能满足最大可信误差的要求。最后通过都斛地区2007年8月16日10时的探空数据反演分析,说明了联合反演方法在反演精度和反演误差估算方面相对于经典的基线测风法的优越性。     

闽江口臭氧传输污染观测研究

基于臭氧激光雷达遥感技术获得气溶胶和臭氧的时空立体数据,联合地面常规空气质量监测结果,对闽江口琅岐岛2017年5月25~28日的臭氧传输污染过程进行综合分析。分析表明,该次污染的主要原因是本地生成与两次传输沉降的叠加结果,臭氧激光雷达的观测结果与近地面监测结果一致,特定时刻的消光系数垂直廓线清晰表明了传输气团出现、融合及沉降的空间结构。后向轨迹表明,两次传输分别从陆地和海面自东北方向而来。     

地基12通道微波辐射计反演大气温湿廓线及估算雷达路径积分衰减

利用TP/WVP-3000型地基微波辐射计12通道亮温观测资料,发展了一套大气温湿及液态水廓线反演算法.首先对近20年历史探空数据进行数据转换、插值等处理后,分无云和有云两种类型,运用MWMOD微波辐射传输模式,计算无云情况下的微波亮温集,根据相对湿度廓线,利用模式的绝热液水含量分析方法,模拟计算出液态水廓线及对应的微波亮温数据集,利用改进BP神经网络计算模型,通过神经网络学习训练,获取代表该地区的神经网络系数,用于反演计算大气温度、水汽密度、相对湿度和液态水廓线.与GPS探空数据对比,反演的大气温度廓线在7 km以下误差均在3 K以内,水汽密度廓线在6 km以下误差均在3 g/m2以内,部分底层廓线的反演值与GPS探空观测接近,获得了较好的反演结果.同时,通过模式分析出云水廓线,弥补GPS探空不足,利用微波辐射计观测进行验证,估算雷达路径积分衰减,用于试验降水雷达反演分析.     

半干旱区激光雷达反演参数κ值研究

于2006年12月14日-2007年4月31日在兰州大学半干旱气候与环境观测站,架设了CE318光度计和CE-370-2型激光雷达,选取半干旱区晴天无云条件下同期观测的激光雷达和太阳光度计数据,分析了激光雷达采用不同k值反演的气溶胶消光系数随高度的变化及垂直分布趋势.结合两种仪器反演的光学厚度值的差异性,对K1ett法求解雷达方程时k的取值进行了深入研究.结果表明,半干旱地区对激光雷达观测所获取数据采用Klett算法反演气溶胶消光系数时,参数k的确定在计算中极为关键,对结果的影响不可忽视;在半干旱区k取值0.78~0.80较为合理,取值0.78更为精确.     

基于CALIOP数据的气溶胶光学厚度反演研究

星载激光雷达在大气气溶胶探测上具有观测范围大、精度高以及连续测量等优点,对于大气污染监测和气候变化研究具有重要意义.以星载激光雷达CALIOP L1b数据为基础,利用Fernald近端分析法反演了整层大气柱上气溶胶消光系数及其光学厚度.选择武汉市为试验区域,计算了2007年8月至12月期间武汉上空的气溶胶光学厚度,与地面光度计的实测数据比较表明,CALIOP反演的AOD精度较高.     

银川市大气逆温特征对空气污染物浓度的影响

通过对银川市2013-2015年逐日探空观测资料及同期银川市六个监测站点的污染物浓度逐时监测数据,对银川市的低空温度层的特征进行了分析,并结合统计数据,分析了逆温层的特征与四种主要空气污染物(SO₂、NO₂、PM10、PM2.5)浓度之间的关系。结果表明,银川市主城区在全年的四季中均有逆温层的存在,但是冬半年逆温发生的频率高于夏半年;逆温层厚度冬季较厚、夏季较薄,逆温强度秋季最强、夏季最弱。通过污染物浓度与逆温特性的相关度分析,发现四种主要空气污染物的浓度与逆温层存在相关性,其中,其浓度与逆温层厚度呈正相关,与逆温层强度呈负相关。这说明银川市低空大气逆温层结状况是影响当地空气污染程度的主要因素之一。     

塔里木盆地浮尘影响因子的强度变化

根据塔里木盆地周边27个气象观测站1961—2003年逐日地面观测资料,整理得到40个气象要素,相关分析表明同类气象要素之间存在一致性。剔除一致性要素后共得到海平面气压、气温、风速的日平均及其6h变化,日平均相对湿度,日降水量,日最大冻土深度等15个浮尘影响因子,各月15个因子与浮尘天气的相关程度明显不同。多元线性回归浮尘影响因子模型的分析结果表明,各因子对浮尘天气的影响程度有着明显的季节特征,08—14时变温和日平均相对湿度对浮尘天气的影响始终是首要的,14—20时变压在春、夏季和08—14时风速差在秋季对浮尘天气的影响程度位居其后。日平均风速的影响虽然也贯穿始终,但影响程度变化较大,以春季和冬季最为明显。     

塔里木盆地浮尘影响因子的强度变化

根据塔里木盆地周边27个气象观测站1961—2003年逐日地面观测资料,整理得到40个气象要素,相关分析表明同类气象要素之间存在一致性。剔除一致性要素后共得到海平面气压、气温、风速的日平均及其6h变化,日平均相对湿度,日降水量,日最大冻土深度等15个浮尘影响因子,各月15个因子与浮尘天气的相关程度明显不同。多元线性回归浮尘影响因子模型的分析结果表明,各因子对浮尘天气的影响程度有着明显的季节特征,08—14时变温和日平均相对湿度对浮尘天气的影响始终是首要的,14—20时变压在春、夏季和08—14时风速差在秋季对浮尘天气的影响程度位居其后。日平均风速的影响虽然也贯穿始终,但影响程度变化较大,以春季和冬季最为明显。     

北京地区低层大气流动模态研究

用风场诊断方法和实际观测资料对北京地区低层大气的背景流动情况进行分析,获取当地流动时空演变的总体型式或模态。所获初步结果表明,该地区大气流动总体分为秋冬型和春夏型。秋冬型更多受强天气系统的影响,春夏型则更多表现出局地中尺度热力环流特征。中尺度环流是该地区低层大气流动的基本模态,春夏季和秋冬季弱系统条件下的区域流动大体按这种模态演变。秋冬季大风天气的流动受地形的动力扰动作用明显,扰动表现为水平涡旋形态,其影响范围包括北京城区及西北部山地。     

清徐县空气污染特征及其原因简析

通过对清徐县2007年空气监测数据进行分析,研究了清徐县空气污染特征。结果表明,受清徐县地理特征的影响,空气污染以PM10和SO2为主;气象条件的季节更替致使多数污染物浓度冬季较高、夏季较低,污染指数分布具有明显的季节变化特点：冬季〉春季〉秋季〉夏季。降水量、风速、逆温与污染指数日均值成正相关变化趋势,而污染物浓度的‘日变化则主要取决于社会经济活动的周期性变化。     

北京市气象条件和空气质量指数与车辆行驶事故的关系

运用皮尔逊相关分析,采用保险调查数据,综合研究了北京市日车辆行驶事故数量与日平均气温、日降水量、日空气质量指数的关系,得到以下结果: 1)10月份行驶事故数量占全年的比例最高,2月份最低; 2)年尺度数据分析显示,日行驶事故数量分别与日平均温度和日降水数量呈显著负相关,与日空气质量指数呈显著正相关; 3)季节和月份尺度数据分析结果表明,日车辆行驶事故数量与日降水量无显著相关关系,夏季日平均温度与日行驶事故数量之间呈显著正相关关系; 4)夏季营造良好车内环境、秋冬季节改善道路条件、污染天气限行制度、行驶事故风险预警等,有利于减少车辆行驶事故,改善交通拥堵现象.      

兰州市霾日的气候特征

利用1961-2006年的常规气象资料分析了兰州市霾日的气候特征.研究表明20世纪70,80年代兰州市霾日发生较频繁,但整体呈减少趋势,尤其90年代开始大幅下降;兰州的霾日一年内各季均有发生,但主要发生在秋末和冬季,12月份最多,强度最强的霾日也集中在冬季;时次分布上春、夏季8:00出现霾日最多,而秋、冬季14:00最多;一年中霾日数成"U"型分布,与地表气温呈负相关,气温越低,霾日出现的概率越高;风速小于2m/s和日平均相对湿度低于70%也是霾发生的主要气象条件之一.     

基于Mann-Kendall的济南市气温变化趋势及突变分析

基于Mann - Kendall检验方法,通过对1951 -2007年济南市气温数据的分析,发现济南市年均气温存在十分明显的上升趋势,线性增温速率为0.24℃/10 a,其中50、80年代年均气温增温迅速,60、70年代呈相对稳定的波状起伏,1983年之后升温趋势十分显著,2000年之后升温趋稳并呈微小下降态势.研究时段内年均气温存在两次突变,分别发生在1975年和1984年.对于四季气温,春季和冬季增温趋势十分显著,两季的升温速率分别为0.31℃/10 a和0.43C/10 a;秋季气温增温显著,夏季气温随时间变化而增暖的趋势不明显,两季的升温增速分别为0.156℃/10 a和0.055 °C/10 a.四季气温随时间变化特征表现为:春季和秋季整体呈现缓慢波状上升,而夏季和冬季则起伏较大.分析表明,1969年的夏季和1986年冬季是季温发生突变的节点.     

北京市北小河公园绿地生态保健功能效应研究

选取北京市典型社区示范北小河公园内4种绿地结构类型及12种不同配置模式为研究对象,开展了对公园绿地的空气负离子、人体舒适度(温度、湿度、风速)、PM_2.5、减噪效果的四种主要生态保键因子的单项及综合保键效应定量研究与评价,结果表明：北小河公园春夏两季各样地的负离子浓度日变化均呈早晚低中午高的单峰趋势 ,秋冬两季变化趋势没有明显的规律。四季负离子浓度大小排序为：夏季>春季>秋季>冬季,各样地中夏季最高平均值为1492.59个.cm_-3,冬季最低平均值为380.76个.cm_-3; PM_2.5浓度日变化除春季外,其他三季的均呈早晚高、中午低的日变化趋势;各样地消减能力排序为：春季>夏季>秋季>冬季,消减率范围为0.75%～13.65%;各类型绿地在春夏两季均有提高气候舒适性的作用,尤其在夏季作用较明显;各种绿地类型均有减噪效果最佳的宽度,其净衰率范围为0.17%～7.56%;以典型夏季数据进行的综合保健效果评价,最好的绿地结构类型为乔-灌-草和乔-草,灌-草和纯草类型次之。