云凝结核数浓度观测影响因子的实验室研究

气溶胶的云滴活化能力影响云的微物理特性, 还表征气溶胶吸湿性的强弱。活化气溶胶(即云凝结核, Cloud Condensation Nuclei, CCN)的观测研究中的重要方法是CCN计数器(CCN Counter, CCNC)的应用。针对CCNC观测的影响因子进行了实验室研究。实验结果表明, CCNC所处的气压和设置的流量会对过饱和比产生等比例的影响, 而进气温度可能导致非线性的影响。实验中发现当气压差超过300 hPa时, CCNC气压调节装置会导致气溶胶的损失, 且损失的比例随着压差的增大而增大。在气溶胶浓度超过10000个/cm³、过饱和比低于0.2%时, 会出现对CCN数浓度的低估, 可能是由于水汽消耗导致CCN无法全部活化而不能被CCNC观测。研究结果及给出的建议对CCN的观测有指导意义, 同时有利于CCN数据的质量控制和分析工作。     

北京冬奥会和冬残奥会历史同期气溶胶污染的高空环流特征研究

通过分析北京和张家口地区长期地面气象资料、气溶胶浓度数据和探空数据, 研究冬奥会和冬残奥会历史同期(2015—2019年的2月1日至3月20日)的气象条件和气溶胶污染过程, 并利用数值模拟和客观环流分型方法, 探究高空环流和区域输送的影响。结果表明, 北京和张家口两地的气溶胶污染过程与近地面的暖、湿和小风条件有关。在850 hPa高度, 当两地受西北风影响时, 近地面的气溶胶浓度较低。北京的重污染过程主要与850 hPa高度的西南风有关, 张家口的重污染则主要与850 hPa高度的西南风和南风有关。虽然北京与张家口两市中心相距160多公里, 但两地的气溶胶污染和位温垂直结构变化有很强的关联性。当华东地区存在较强的高压系统时, 来自京津冀以南地区850 hPa高度的暖空气会输送到北京和张家口, 使两地同时出现高空增温现象, 进而增强对流层下部的热力稳定度, 不利于边界层的发展和污染物的垂直扩散。此外, 当上述环流出现时, 河北南部、山西北部和内蒙古中部等地区排放的污染物会通过输送过程影响北京。张家口地区海拔较高, 除本地排放外, 影响其空气质量的污染气团主要来自西部的上游地区。因此, 当出现不利的高空环流形势时, 除需要控制本地的排放外, 还要考虑对上游地区施行协同减排措施。     

850hPa温度在天气预报中的释用

本研究使用萍乡地区自动站2009年3月至2010年2月每天24小时的最高温度和最低温度,综合上游长沙探空站08时850hPa的探空温度分析了一年内高空温度与地面温度差值的季节分布特征;并结合宏观天气形势和日降水量,讨论了各季节盛行的天气过程及降水对本地区温差的影响,为温度预报业务提供一定的参考。     

850hPa温度在天气预报中的释用

本研究使用萍乡地区自动站2009年3月至2010年2月每天24小时的最高温度和最低温度,综合上游长沙探空站08时850hPa的探空温度分析了一年内高空温度与地面温度差值的季节分布特征;并结合宏观天气形势和日降水量,讨论了各季节盛行的天气过程及降水对本地区温差的影响,为温度预报业务提供一定的参考.     

生物气溶胶浓度、通量及环境因素的影响

利用1998年7月在南京市进行的生物气溶胶和气象要素同步梯度观测资料对生物气溶胶浓度、通量输送规律及其影响因素进行研究,得到了一些有意义的结果:(1)生物气溶胶通量与太阳辐射和湍流运动强弱关系密切,存在着周期性变化规律;(2)生物气溶胶浓度是通量输送和环境因素共同作用的结果,其中太阳辐射和相对湿度对细菌浓度影响较大,温度对真菌浓度影响较大.     

甘肃半干旱区城乡气溶胶光学特性的观测与分析

利用CE318型太阳光度计(532nm波段)在2004年5月-2007年5月的城乡观测资料,反演分析了半干旱地区城乡气溶胶的光学特征.得到了气溶胶光学厚度(AOD)的年季变化,并对不同季节气溶胶的光学厚度以及波长指数的变化规律进行了讨论.结合兰州市郊区资料,对城郊大气气溶胶光学特征进行了对比及原因分析.认为较城市而言,半干旱区乡村大气总体上较城市更为洁净.城市气溶胶受到冬季采暖期等人为因素的影响,出现了AOD冬季大、夏季小的特点.气溶胶主要以工业粉尘和沙尘气溶胶为主,夜间逆温层对AOD的日变化影响较大.乡村春季沙尘天气较多,气溶胶浓度变化受季节的影响,春季AOD最大.气溶胶主控粒子多为沙尘粒子.     

北京市区秋季边界层气溶胶水平分布特征的飞机航测研究

利用2004年9月机载PMS系统在北京地区不同天气条件下的气溶胶观测资料,分析了北京市区上空不同高度气溶胶浓度的水平分布特征,并讨论其与天气条件的关系。结果表明,在北京市区南部气溶胶浓度大于北部。逆温层、风速等天气条件对气溶胶在不同高度的分布有重要影响。     

北京市区秋季边界层气溶胶水平分布特征的飞机航测研究

利用2004年9月机载PMS系统在北京地区不同天气条件下的气溶胶观测资料,分析了北京市区上空不同高度气溶胶浓度的水平分布特征,并讨论其与天气条件的关系。结果表明,在北京市区南部气溶胶浓度大于北部。逆温层、风速等天气条件对气溶胶在不同高度的分布有重要影响。     

九江市一次低温雨雪冰冻天气垂直温度层结分析

运用收集到的资料分析了2018年1月25～28日九江市阴雨雪和低温天气形成原因,分析了阴雨雪低温的恶劣天气的演变过程和水气环流特征,得出了江西地区冻雨的温度垂直分布特征结构和在九江地区具体应用情况的结论。结果表明:此次过程副高稳定,冷空气强盛500 hPa、700 hPa西南区域易产生逆温层,850 hPa东北气流使暖湿空气随着空气不断上升,更容易产生暴雪。水汽的输送过程非常频繁,同时该地区的辐合比较明显导致雨雪天气处于经常变化的情况;低层冷空气天气对冬天降水的形态起着非常关键的作用,此次过程冻雨灾害严重,经分析,25日为融化层位于850 hPa的情况,925～1 000 hPa区域迅速降温,850 hPa区域高于0℃,700 hPa和925 hPa区域温度低于0℃,1 000 hPa时温度在小于1℃,地面温度低于0℃,25日白天出现冻雨。27日融化层处于700 hPa左右温度大于0℃,925 hPa和850 hPa时温度低于-2℃,925～700 hPa有非常明显的温差;但由于1 000 hPa时温度在-3℃左右,所以27日白天九江地区降水相态复杂,大部分地区以降雪为主,部分地区出现冻雨。上述的阈值范围是九江地区冻雨的天气阈值。研究还表明,随着地面的温度降低,冻雨天气越容易产生,冻雨一般发生在最低气温低于0℃,同时一天的平均气温低于1.0℃。     

气溶胶在通风柜中沉积率和逸出率的实验研究

为研究粒径、开方面风速和热源温度对气溶胶在通风柜内沉积率和逸出率的影响,本文以粒径为1μm、2.5μm、5μm和8μm的气溶胶为实验材料,通风柜开放面风速分别取0.5 m/s和1 m/s,热源温度分别为300 K、523 K和753 K,进行实验研究.实验结果表明,气溶胶在通风柜内的沉积率和逸出率与粒径、开放面风速以及热源温度有关,其中:1)在1μm~8μm内,随着气溶胶粒子粒径的增大,气溶胶粒子在通风柜中的沉积率升高,逸出率降低;2)当开放面风速由0.5 m/s增加到1 m/s时,气溶胶粒子的沉积率和逸出率均降低;3)在300 K~753 K内,随着热源温度的升高,气溶胶粒子的沉积率降低,而气溶胶的逸出率随之升高.     

南海夏季风爆发与华南前汛期锋面降水气候平均的联系

利用1958-2000年NCEP/NCAR再分析日平均资料、中国气象局气候中心常规地面观测日降水资料,从气候平均角度诊断分析了南海夏季风爆发和撤退前后大气结构特征及其与南亚季风的差异,探讨华南前汛期锋面降水对南海夏季风爆发的可能影响。结果表明:①季节转换期间南海地区大气热力结构、动力结构的配置具有与孟加拉湾和南亚地区明显不同的特征,大气低层(850 hPa以下)温度梯度的逆转(由负变正)发生在西南季风爆发之后。②850hPa西风建立在南海大气低层(850 hPa以下)经向温度梯度为弱负值的时候,是受热成风约束的结果。③季节转换期间南海地区大气热力结构、动力结构的配置具有独特性,是由于东亚地区独特的地理位置,受来源于中纬度冷空气影响的缘故。④随着华南降水强度加强,对流释放潜热加热了中高层大气,有利于南海经向温度梯度的逆转,从而在热成风关系约束下使高层南亚高压的北移,因此华南前汛期第一阶段锋面降水是南海夏季风爆发的有利因素。     

Evidence for Asian summer monsoon precipitation instability of the Younger Dryas phase

The loess and desert transitional zone of China responses sensitively to the Asian monsoon fluctuations. A high resolution loess-dust and aeolian sand-paleosols section records the climatic history of the Younger Dryas. Based upon AMS¹⁴C dating of pollen concentrates and proxy climate indices including magnetic susceptibilty, organic carbon content and grain size, it is demonstrated that the Asian monsoon climate manifests not only cooling as in other regions of the Northern Hemisphere, but also unusual oscillations in precipitation which were probably associated with atmospheric interactions between both the Northern and Southern Hemispheres and atmospheric pressure anomalies of topic Pacific Ocean (ENSO).     

伴随南海季风爆发区域尺度环流演变机理的诊断分析和数值模拟

利用1957－1998年NCEP／NCAR候平均再分析资料，分析伴随南海夏季风爆发中南半岛和南海地区环流系统的演变，揭示该地区热力特征与南海夏季风爆发之间的可能联系。结果发现，不同高度上标志着南海爆发的环流系统如500hPa上的副热带高压、200hPa上的南亚高压以及850hPa 上的孟加拉湾低槽等系统在南海季风爆发期间具有显的变化特征，对流层中高层以上的环流系统反映了大尺度环流的季节变化特征，而对流层低层环流系统的变化可能与局地特征具有密切关系。从中南半岛和南海两个地区地面感热和潜热加热与该地区温压场变化之间的关系上看，中南半岛地区的热力作用对南海季风爆发期间区域环流系统演变具有重要作用，数值试验结果进一步证实了这一点。     

Response of the East Asian climate system to water and heat changes of global frozen soil using NCAR CAM model

Under the condition of land-atmosphere heat and water conservation, a set of sensitive numerical experiments are set up to investigate the response of the East Asian climate system to global frozen soil change. This is done by introducing the supercooled soil water process into the Community Land Model (CLM3.0), which has been coupled to the National Center of Atmospheric Research Community Atmosphere Model (CAM3.1). Results show that:(1) The ratio between soil ice and soil water in CLM3.0 is clearly changed by the supercooled soil water process. Ground surface temperature and soil temperature are also affected. (2) The Eurasian (including East Asian) climate system is sensitive to changes of heat and water in frozen soil regions. In January, the Aleutian low sea level pressure circulation is strengthened, Ural blocking high at 500 hPa weakened, and East Asian trough weakened. In July, sea level pressure over the Aleutian Islands region is significantly reduced; there are negative anomalies of 500 hPa geopotential height over the East Asian mainland, and positive anomalies over the East Asian ocean. (3) In January, the southerly component of the 850 hPa wind field over East Asia increases, indicating a weakened winter monsoon. In July, cyclonic anomalies appear on the East Asian mainland while there are anticyclonic anomalies over the ocean, reflective of a strengthened east coast summer monsoon. (4) Summer rainfall in East Asia changed significantly, including substantial precipitation increase on the southern Qinghai-Tibet Plateau, central Yangtze River Basin, and northeast China. Summer rainfall significantly decreased in south China and Hainan Island, but slightly decreased in central and north China. Further analysis showed considerable upper air motion along ~30°N latitude, with substantial descent of air at its north and south sides. Warm and humid air from the Northeast Pacific converged with cold air from northern land areas, representing the main cause of the precipitation anomalies.     

亚洲地区沙尘和人为气溶胶的分布及直接气候效应

利用耦合气溶胶化学过程的高分辨率区域气候模式RegCM4,模拟研究了2000~2009年亚洲地区沙尘和3种人为气溶胶（硫酸盐、黑碳、有机碳）的时空分布和直接气候效应。结果表明,模拟的气溶胶光学厚度在沙尘源区附近较为准确,但在人为活动影响较大的地区偏小。4种气溶胶的综合作用引起大气层顶负的辐射强迫,从而造成了地表气温的下降。降水方面,冬夏两季气溶胶对模拟区域的影响都以降水减少为主,这与气溶胶增加了大气稳定度,减少了地表蒸发并产生了偏北风距平有关。沙尘和人为气溶胶各自都能引起气温的下降和降水的减少,两类气溶胶都能造成的偏北风距平对我国南方降水的减少有重要作用。在人类活动密集区,人为气溶胶引起的气候效应约占总的4种气溶胶气候效应的50%。     

A satellite view of aerosols in the climate system

Anthropogenic aerosols are intricately linked to the climate system and to the hydrologic cycle. The net effect of aerosols is to cool the climate system by reflecting sunlight. Depending on their composition, aerosols can also absorb sunlight in the atmosphere, further cooling the surface but warming the atmosphere in the process. These effects of aerosols on the temperature profile, along with the role of aerosols as cloud condensation nuclei, impact the hydrologic cycle, through changes in cloud cover, cloud properties and precipitation. Unravelling these feedbacks is particularly difficult because aerosols take a multitude of shapes and forms, ranging from desert dust to urban pollution, and because aerosol concentrations vary strongly over time and space. To accurately study aerosol distribution and composition therefore requires continuous observations from satellites, networks of ground-based instruments and dedicated field experiments. Increases in aerosol concentration and changes in their composition, driven by industrialization and an expanding population, may adversely affect the Earth's climate and water supply.     

亚洲地区沙尘和人为气溶胶的分布及气候效应

利用耦合气溶胶化学过程的高分辨率区域气候模式RegCM4,模拟研究了2000~2009年亚洲地区沙尘和3种人为气溶胶（硫酸盐、黑碳、有机碳）的时空分布和直接气候效应。结果表明,模拟的气溶胶光学厚度在沙尘源区附近较为准确,但在人为活动影响较大的地区偏小。4种气溶胶的综合作用引起大气层顶负的辐射强迫,从而造成了地表气温的下降。降水方面,冬夏2季气溶胶对模拟区域的影响都以降水减少为主,这与气溶胶增加大气稳定度,减少地表蒸发并产生了偏北风距平有关。沙尘和人为气溶胶各自都能引起气温的下降和降水的减少,2类气溶胶都能造成的偏北风距平对我国南方降水的减少有重要作用。在人类活动密集区,人为气溶胶引起的气候效应约占总的4种气溶胶气候效应的50%。     

Global and China temperature changes associated with the inter-decadal variations of East Asian summer monsoon advances

The modern atmospheric observation and literatural historical drought-flood records were used to extract the inter-decadal signals of dry-wet modes in eastern China and reveal the possible relationship of global and China temperature changes associated with the East Asian summer monsoon advances.A climate pattern of "wet-north and dry-south" in eastern China and cool period in China and globe are associated with the strong summer monsoon that can advance further to the northernmost part in the East Asian monsoon region.On the contrary,a climate pattern of "dry-north and wet-south" in eastern China and a warm period in China and globe are associated with the weaker summer monsoon that only reaches the southern part in the region.An interdecadal oscillation with the timescale about 60 years was found dominating in both the dry-wet mode index series of the East Asian summer monsoon and the global temperature series after the secular climate states and long-term trend over inter-centennial timescales have been removed.     

黑龙江省气候成因

黑龙江省的气候，是在众多的相关地理要素共同作用下形成的，本文从纬度位置、季风环流和地形因素3个主要方面进行了分析．而且，在分析其对气候形成的影响时，涉及的气候要素主要是气温和降水．纬度位置对气候的影响，主要体现在热量条件上．季风环流从气温和降水两个方面影响黑龙江省气候．地形因素干扰、破坏着上述两种因素所形成的规律，在一定程度上隔断了气候要素经向和纬向的空间地带性分布，从而使气候变得更为复杂。     

我国西北地区沙漠改良可能引起的辐射强迫及其气候效应

以辐射对流模式和区域气候模式为工具，采用虚拟试验的办法，对我国西北地区3种沙漠改良方案（退沙还草，退沙还田，退沙还林）可能产生的辐射强迫及其区域气候效应进行了数值模拟。结果表明：3种方案均能促使西北地区的干旱状况有所缓解，其中退沙还林方案的缓解效应最为明显，可以使得西北地区平均地面气压上升0．25hPa，地面气温降低0．52℃，降水强度增加0．60mm/d。3种方案引起的辐射强迫皆为正值，分别为2．28、2．84、6．79W/m^2，变化趋势与地面温度变化并不一致，表明对于下垫面改变造成的气候强迫而言，辐射强迫并非反映气候变化的较好指标。