华北平原气溶胶时空分布特征和云微观结构观测分析
这是一篇关于华北,气溶胶,云,云凝结核,微物理特征的论文, 主要内容为本文基于2006～2010年河北省人工影响天气办公室机载粒子仪器探测数据,并结合同期气象要素观测资料,对华北平原上空的气溶胶和云凝结核(CCN)分布特征以及云微物理结构等进行了综合分析。 利用机载气溶胶粒子探头(PCASP-100X)的气溶胶探测数据,结合NCAR/NCEP逐日再分析资料和天气形势,分析了华北平原上空气溶胶数浓度的垂直分布及季节变化特征,计算并讨论了气溶胶垂直分布标高及其季节变化特征,探讨了天气形势和气象要素对气溶胶垂直分布的影响。我们把地面的气溶胶根据其浓度分为0～5×103cm-3、5×103～10×103cm-3、10×103～15×103cm-3三个类别。分析结果显示,不同天气形势下气溶胶的垂直分布出现了三种分布形势,分别为指数递减型(ED)、近地面气溶胶层型(SAL)和边界层气溶胶层型(BAL),春、夏、秋季的气溶胶标高平均值分别为1.0、1.6、1.0km；风速大小与近地面气溶胶数浓度有很好的负相关性,降雨对气溶胶有明显清除作用；边界层高度和对流稳定度与气溶胶垂直分布也密切相关。 利用7架次飞机探测数据对华北平原上空云滴和云凝结核(CCN)进行了个例分析。研究发现,云层的计算含水量(LWC)量级较小,平均值范围为0.03～0.14g.m-3；CCN数浓度的峰值位置对应云滴浓度的谷值位置,穿云时CCN浓度明显减少,此时云中的一部分CCN活化成云滴,造成云内外CCN的显著差异。石家庄上空的CCN具有典型的大陆性特征。 利用CCN计数器探测数据,分析了不同下垫面和不同天气状况下CCN垂直分布和CCN在600m高度上的过饱和度谱分布。研究发现,以邢台和邯郸为例,位于工业区下风向地区的CCN数浓度均高于石家庄,尤其是距离石家庄较近的邢台,而在0.1%、0.3%、0.5%和1.0%过饱和度下,石家庄上空的CCN数浓度分别为曹妃甸上空的6.15、4.08、2.69和3.39倍；石家庄地区晴天、多云和霾天气下CCN过饱和度谱分布拟合(N=CSk)系数k值的平均值分别为1.24、0.93和0.90。 利用机载前向散射滴谱探头(FSSP-100-ER)的云微物理探测资料分析了2006～2010年间不同类型云的微物理特征。研究发现云滴数浓度(Nc)从大到小的类型依次是层积云(Sc)、淡积云(Cu)、积雨云(Cb)、雨层云(Ns)、层云(St)、高层云(As)和高积云(Ac)；有效半径比率(β=Re/Rv)、k(k=Rv3/Re3)值分别取1.231、0.566能较好的代表各种云的平均状况；随着Nc的增大,云滴谱离散度(ε)和p值分别趋近于0.4和1.2,即在云滴数浓度较大时,ε和β的取值对评估数值模式间接效应的不确定性降低。
黑碳气溶胶的直接辐射强迫及其气候效应的模拟研究
这是一篇关于黑碳气溶胶,直接辐射强迫,云,降水,亚洲夏季风的论文, 主要内容为本文利用NCAR的全球大气模式CAM3分析了有云大气条件下黑碳气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫的分布及其季节变化,讨论了云对黑碳气溶胶直接辐射强迫的影响,以及全球黑碳气溶胶对中国夏季降水的影响,最后分析了南亚地区黑碳气溶胶对亚洲夏季风的影响,得到了以下一些有意义的结论。 在气溶胶排放、地表反照率和太阳天顶角的季节变化等多种因素的影响下,黑碳气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫的分布范围和强度都具有明显的季节变化。在大气顶,春季辐射强迫的分布范围最广,但夏季全球平均辐射强迫值最大;冬季的分布范围和全球平均辐射强迫都是最小的。在地表,夏季和秋季辐射强迫分布范围较广,全球平均强迫值也大;冬季两者均为最小。在有云条件下,黑碳气溶胶在大气顶产生正的直接辐射强迫,全球年平均强迫值为+0.33 W/m2;在地表产生负的直接辐射强迫,全球年平均强迫值为-0.56 W/m2。在晴空条件下,黑碳气溶胶在大气顶和地表的全球年平均辐射强迫值分别为+0.21 W/m2和-0.71 W/m2云的存在对黑碳气溶胶的辐射强迫产生了很大的影响,使大气顶的正辐射强迫增加,使地表的负辐射强迫减小。黑碳气溶胶导致夏季中国北方30°N～45°N之间区域降水明显增加;而中国长江以南地区除了海南和广西的部分城市外,降水明显减少。本文的模拟结果表明,黑碳气溶胶并没有引起中国夏季近50年来经常发生的南涝北旱的现象。 南亚是一个黑碳气溶胶排放的高值区,且其位于青藏高原这个特殊地形的南边,该地区黑碳气溶胶的影响与青藏高原地形相互作用,必将对大气环流和亚洲夏季风产生重要影响。研究结果表明:晚春时期,南亚地区黑碳气溶胶强烈吸收太阳辐射,加热对流层中低层大气,造成孟加拉湾及沿岸地区雨季的提前,可能导致印度夏季风提前爆发。夏季,被加热的大气沿青藏高原南坡爬升,在高空形成一个稳定的加热层。高空的持续加热,引起局地的深对流活动,使得印度洋和南亚大陆之间产生一个北升南降的经圈环流,导致印度洋洋面上的向北运动加强,从而使印度夏季风的强度增大。但是,南亚地区黑碳气溶胶通过影响表面气压、垂直运动、降水和风场等减弱了东亚夏季风,且导致西太平洋副热带高压北移西伸,使我国梅雨带位置向东北方向移动。
基于卫星遥感的祁连山及甘肃中部地区云特征分析
这是一篇关于云,降水,CloudSat,CALIPSO,祁连山,云/冰水含量,有效粒子半径的论文, 主要内容为本文利用2007—2010年CloudSat和CALIPSO卫星遥感资料、中国国家气象信息中心(CMDC)提供的中国地面降水月值0.5°×0.5°格点数据集(1996—2016年)以及中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集,对祁连山区、甘肃中部及石羊河流域三个区域的不同云类型宏微观特征进行了分析,结合个例对云的剖面特征进行了研究。主要结果如下:三个区域总云分数的季节变化较一致,较大值出现在春夏季,均超过70%,高值区主要集中出现在祁连山南坡,与降水量高值区分布一致。积状云云分数最大值出现在夏季,积状云降水频率高于层状云。云层以单层云为主,云厚度一般都超过2.0 km,春季甘肃中部的单层云厚度最大达3.0 km;两层云夹层比三层云的夹层厚度要厚。产生降水的云系中积状云和单层云的发生频率较高。各区域云频率随高度分布趋势大致相同,层状云出现的高度在距地表0.5 km到12.0 km,云频率峰值均在高度6.0 km左右出现;积状云云频率随高度分布较层状云明显偏低,峰值出现在1.5 km高度左右。积状云液态水含量在各高度均高于层状云。液态水含量的最大值出现在1.0km以下,从底层向上液态水含量迅速减少,直到1.0 km左右高度减少的幅度开始变缓。冰水含量延伸的高度较液态水含量更高。层状云和积状云冰水含量垂直分布多以单峰型出现。除夏季外,层状云冰水含量延伸的高度和峰值所在高度均大于积状云。秋季,甘肃中部地区层状云飞机播撒作业高度建议在3.0 km左右高度更合理;春季,石羊河流域2.2 km高度更适合飞机作业。非降水云液态有效粒子半径在垂直方向上下均一,数值上相对于降水云更小。降水云液态有效粒子半径从底层到34 km内迅速减小,底层云滴相对高层更大。非降水云中3.0 km以下冰粒子是有抬升的趋势,3.0 km以上大粒子有下沉的趋势。在降水云中冰相有效粒子半径随高度的增加迅速减小,底层的值远大于非降水云底层的值,充分反映了在降水云中大粒子受重力的影响而下沉。降水性雨层云的云底高度低,在1.0 km左右,且云层发展相对于非降水性雨层云更深厚。冰水含量极大值区主要出现在云层的中上部,在降水云中存在较为集中的极大值区。在降水性雨层云中存在上冷下暖的结构。个例中冰水含量极大值区出现高度均集中在云层的中上部,而冰相有效粒子半径极大值区出现在云层下部,表明中上部冰粒子有效尺度偏小,数量多;下部冰粒子有效尺度偏大,但是数量相对稀少。
黑碳气溶胶的直接辐射强迫及其气候效应的模拟研究
这是一篇关于黑碳气溶胶,直接辐射强迫,云,降水,亚洲夏季风的论文, 主要内容为本文利用NCAR的全球大气模式CAM3分析了有云大气条件下黑碳气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫的分布及其季节变化,讨论了云对黑碳气溶胶直接辐射强迫的影响,以及全球黑碳气溶胶对中国夏季降水的影响,最后分析了南亚地区黑碳气溶胶对亚洲夏季风的影响,得到了以下一些有意义的结论。 在气溶胶排放、地表反照率和太阳天顶角的季节变化等多种因素的影响下,黑碳气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫的分布范围和强度都具有明显的季节变化。在大气顶,春季辐射强迫的分布范围最广,但夏季全球平均辐射强迫值最大;冬季的分布范围和全球平均辐射强迫都是最小的。在地表,夏季和秋季辐射强迫分布范围较广,全球平均强迫值也大;冬季两者均为最小。在有云条件下,黑碳气溶胶在大气顶产生正的直接辐射强迫,全球年平均强迫值为+0.33 W/m2;在地表产生负的直接辐射强迫,全球年平均强迫值为-0.56 W/m2。在晴空条件下,黑碳气溶胶在大气顶和地表的全球年平均辐射强迫值分别为+0.21 W/m2和-0.71 W/m2云的存在对黑碳气溶胶的辐射强迫产生了很大的影响,使大气顶的正辐射强迫增加,使地表的负辐射强迫减小。黑碳气溶胶导致夏季中国北方30°N～45°N之间区域降水明显增加;而中国长江以南地区除了海南和广西的部分城市外,降水明显减少。本文的模拟结果表明,黑碳气溶胶并没有引起中国夏季近50年来经常发生的南涝北旱的现象。 南亚是一个黑碳气溶胶排放的高值区,且其位于青藏高原这个特殊地形的南边,该地区黑碳气溶胶的影响与青藏高原地形相互作用,必将对大气环流和亚洲夏季风产生重要影响。研究结果表明:晚春时期,南亚地区黑碳气溶胶强烈吸收太阳辐射,加热对流层中低层大气,造成孟加拉湾及沿岸地区雨季的提前,可能导致印度夏季风提前爆发。夏季,被加热的大气沿青藏高原南坡爬升,在高空形成一个稳定的加热层。高空的持续加热,引起局地的深对流活动,使得印度洋和南亚大陆之间产生一个北升南降的经圈环流,导致印度洋洋面上的向北运动加强,从而使印度夏季风的强度增大。但是,南亚地区黑碳气溶胶通过影响表面气压、垂直运动、降水和风场等减弱了东亚夏季风,且导致西太平洋副热带高压北移西伸,使我国梅雨带位置向东北方向移动。
基于无线电探空仪对北极地区云与逆温的观测研究
这是一篇关于北极,逆温,云,无线电探空仪的论文, 主要内容为北极对全球的天气以及气候系统有着非常重要的意义。但是由于缺乏密集的观测,北极的大气情况一直没有得到充分的研究。本文利用了中国第5次北极科学考察,以及Ny-(?)lesund站的高分辨率探空资料,通过相对湿度云检测算法,和逆温检测算法对北极地区的云和逆温展开了深入研究。利用中国第5次北极科学考察2014年7月-9月的高分辨率无线电探空数据,研究了北冰洋对流层低层云和逆温(TI)的特征。统计分析表明,逆温多发生在离地高度(AGL)700米以下,上午和中午总体上的频率分布没有明显的日变化。早晨贴地逆温(SBI)的出现频率要显著高于中午,而悬浮逆温(EI)在早上的出现频率低于中午。早上低云相比于中午出现频率更多,这也导致了早上悬浮逆温较多。贴地逆温更容易出现在天气晴朗无云的时候。此次研究还发现,海平面气压(SLP),下对流层稳定度(LTS),与逆温的强度厚度有着显著正相关关系。并且天气尺度涡旋系统会降低逆温的强度与厚度,高压系统会使得逆温强度与厚度都更强。同时也发现来自中纬度大陆长时空输送的黑炭,也有可能会影响极地的逆温,有助于逆温增强。利用Ny-(?)lesund站的2017年4月到2019年9月的高分辨率无线电探空数据。分析了北极逆温和云的季节变化,日变化特征,以及在不同环流形势下的特征。研究发现在Ny-(?)lesund站的云大多数呈现双层结构,并且在海平面7 km以上季节变化显著,可能与对流层顶的季节变化有关。逆温的垂直频率呈现双峰分布结构,夏季的逆温强度总体上最强。悬浮逆温顶与底的温度在冬季最低,贴地逆温顶的温度在春季最低,可能与海温的季节性变化有关。本文利用T-PCA方法划分了5种天气型,发现天气型对低层云的影响更明显,但由于北极地区较为寒冷,天气型对高层的云的影响并不显著。总体上,在气旋型系统下的逆温层更薄。此研究旨在通过观测为北极地区的云与逆温的垂直结构提供更多的了解,并期望能为数值模式的云参数化提供参考。
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