内蒙古地区云、降水和可降水量的时空分布、变化趋势及其与气候因子的关系
这是一篇关于内蒙古,云和降水,气候因子,时空分布,变化趋势的论文, 主要内容为内蒙古自治区是我国开展人工影响天气工作的大省,此项工作具有开始的时间早、作业手段多、作业范围广、持续时间长等特点。但长期以来人影作业有着很大程度的盲目性。由于人影作业的对象是云,目的是开发空中水资源即可降水量从而增加降水。同时,近年来气候变化对云、降水等产生的影响及其反馈作用也倍受关注。因此,为了科学地开展人工影响天气工作,本文针对水资源比较匮乏、生态环境比较脆弱的内蒙古地区做了有关这方面的分析研究。 本文利用ISCCP云气候资料集中的D2资料集、历史天气图、内蒙古中部地区25个地面观测站每日四个时次的云量、云状、16种天气现象和日降水地面观测资料、9个气候因子、内蒙古自治区117个地面观测站的月降水资料、12个探空站的探空资料以及呼和浩特地区的降雹等七类资料,采用趋势分析和统计分析等方法研究分析了内蒙古地区的19种云量参数、降水和可降水量的时空分布特征和多年变化趋势;详细分析了内蒙古中部地区春夏季降水云、天气系统、降水类型、降水强度的特征、呼和浩特地区的降雹特征;研究分析了气候因子的多年时间分布和变化趋势以及同云量、降水、可降水量的关系。主要研究结果如下: 1、内蒙古地区总云量、低云量、中云量、液态层积云、液态层云、冰像层积云、冰像层云、冰态雨层云云量呈自西向东依次增多,高云量、卷层云、深对流云云量自西南向东北依次减少的空间分布特征。东部地区总云量呈增加的趋势,中、西部地区呈减少的趋势。特别是详细分析了不同类型的云的空间分布特征、多年变化趋势以及同几个气候因子之间的相关关系,具有新见解。 2、该地区降水量呈现出自西向东逐渐增多的空间分布特征,中部地区降水呈现出增加的趋势,东部地区多呈现出减少的趋势。春夏季,中部地区各类降水云的出现频率由西北向东南方向递增,不同地区受不同降水云的影响各异。各种类型的降水均呈现出夏季高于春季的特点,且出现频率自西向东递增。1969—2000年32年的呼和浩特地区降雹日数总体呈上升的趋势。 3、面雨量同液态云量、青藏高原A、B指数、北半球极涡中心强度指数、副高强度指数、副高面积指数呈正相关,同冰相云量、亚洲经向环流、亚洲纬向环流指数、北半球极涡面积指数呈负相关关系。 4、可降水量具有从东到西依次减少的空间分布特点。1980—2000年12个站的可降水量均呈现出增加的趋势,同青藏高原B指数、西太平洋副高面积指数、西太平洋副高强度指数变化趋势相一致。总体上内蒙古地区的降水效率较低。 根据该项成果可以为制定宏观人影作业方案,调配人影作业装备,以及人影作业条件的预报、选择等方面提供科学依据,指导当地实际人工影响天气作业效果的改进,具有应用价值和现实意义。
近20年中国春季沙尘气溶胶时空分布及其辐射强迫效应
这是一篇关于沙尘气溶胶,WRF-Chem模式,时空分布,辐射强迫,气候变化的论文, 主要内容为沙尘气溶胶是干旱半干旱区对流层大气气溶胶的重要组成部分,约占对流层大气气溶胶总量的一半。沙尘气溶胶通过散射和吸收太阳短波辐射和地表长波辐射直接影响地气系统的辐射平衡,同时也可以通过改变云的形成过程而间接影响气候系统,是全球能量平衡和气候变化的重要影响因子之一。我国西北部干旱半干旱区域在春季易发生沙尘天气,是全球沙尘气溶胶的重要来源之一,易随盛行风向南输送,对我国的气候变化有长期影响。因此,定量评估沙尘气溶胶的时空分布及其辐射强迫效应,对揭示我国沙尘气溶胶的区域气候变化影响机制具有重要意义。目前,有关我国沙尘气溶胶辐射强迫效应研究主要局限于个例分析或小范围有限站点的观测数据分析,而大范围长时间序列的沙尘气溶胶分布及其气候影响尚不清楚。为此,本文采用大气化学传输模式(WRF-Chem),模拟量化了2000-2020年间我国春季沙尘气溶胶的时空过程及其辐射强迫效应,主要研究结果如下:(1)模拟了我国春季沙尘排放与沙尘气溶胶浓度的时空过程。我国春季沙尘排放主要分布在西北干旱半干旱地区且存在明显的时空差异。2000-2020年间全国年均春季沙尘排放通量约82.43?g m-2 s-1,沙尘排放通量最大与最小年份分别为2018年(107.79?g m-2 s-1)和2008年(62.01?g m-2 s-1)。沙尘气溶胶浓度自西北向东南递减,全国年均春季沙尘气溶胶浓度为26.95?g kg-1,其中2018年沙尘气溶胶浓度最大(35.42?g kg-1),2008年沙尘气溶胶浓度最小(20.13?g kg-1)。从月际变化来看,五月份的年均沙尘排放通量和沙尘气溶胶浓度最大,分别为96.43?g m-2 s-1和34.13?g kg-1,三月份的年均沙尘排放通量和沙尘气溶胶浓度最小,分别为55.43?g m-2 s-1和16.89?g kg-1。(2)量化了沙尘气溶胶对大气层顶、大气层和地表辐射强迫的影响。分析发现我国北方沙尘气溶胶对不同高度层的辐射强迫效应具有明显的时空差异。沙尘气溶胶对大气层顶的长波和短波辐射均表现为明显的正辐射强迫效应(约0.38 W m-2),主要分布在中国西北和华北地区,而对大气层的长波和短波辐射分别表现为负效应和正效应,其净辐射强迫值为1.54 W m-2,表现为增温效应。沙尘气溶胶对地表长波辐射具有正强迫效应,但对短波辐射呈现负强迫效应,两者均与沙尘气溶胶浓度空间分布有很好的对应关系,其净辐射强迫值为-1.16 W m-2,表现为冷却效应。从月际变化来看,沙尘气溶胶在大气层顶和大气层的净辐射强迫值呈五月(0.94 W m-2和2.42 W m-2)>四月(0.48 W m-2和1.44 W m-2)>三月(-0.20 W m-2和0.68 W m-2),而在地表则表现为三月(-0.88 W m-2)>四月(-0.96 W m-2)>五月(1.48 W m-2)。(3)揭示了沙尘气溶胶辐射强迫效应对昼夜感/潜热通量和温度的不对称影响。研究结果表明沙尘气溶胶辐射强迫效应对白天和夜间的气候影响存在明显的不对称性。沙尘气溶胶对全国大部分区域感热通量的影响表现为正效应(1.80 W m-2),其空间分布从西北至东南呈现为逐渐递减趋势,而对感热通量的影响表现为负效应(-1.23 W m-2),且具有明显的空间差异,总体表现为西北地区的受影响程度大于东南地区,中东部地区潜热通量的负效应最为明显。沙尘气溶胶对白天气温(2米高度)和地表温度均有明显的负效应,地面负辐射强迫越显著的地区其冷却效应越明显。夜间沙尘气溶胶对地表感热通量有负效应(-0.92W m-2),但其对潜热通量具有微弱的正效应(0.12 W m-2)。沙尘气溶胶对夜间气温和地表温度均有明显的增温效应,且地表温度的增温幅度大于气温。
青藏高原MCS航空天气特征及其对航路运行的影响
这是一篇关于青藏高原,中尺度对流系统,时空分布,天气特征,航路侵入的论文, 主要内容为中尺度对流系统(MCS)常常对我国航空运输的安全和效率造成不可忽视的影响,而青藏高原地区有特殊的高高原机场及相关航线,因此,对该地的中尺度对流系统进行相关的特征分析和案例研究具有重要的现实意义。本文对青藏高原及周边地区中尺度强对流天气中的雷暴、闪电、冰雹、大风进行了一系列分析,包括这四类天气现象的年际变化特征和相应的分布、频次变化趋势,得知该地区雷暴主要集中于西藏中东部、四川西部以及贵州、云南、广西地区,纬度越低的地区雷暴发生概率越大;而闪电主要发生在夏季,集中在云贵和西藏地区;该地区的冰雹现象较为特别,集中于夏季;而大风现象集中在冬季和春季,其中大值区在格尔木南部地区。此外,还发现了这四类天气现象的发生频次、区域范围都呈现出长期减少的趋势。然后,本文对于发生在我国青藏高原及附近地区的中尺度对流云团的定位信息、区域面积大小、圆形率、云内平均亮温值、云顶最低亮温值等五个方面进行了统计分析,结果表明,云团在地理分布、月变化规律、日变化规律上具有一定的特征。另外,还对云团属性参数进行了统计分析,可知云团属性特征为:其活跃程度与圆形率、云顶亮温值呈正相关,与云团面积大小呈负相关。最后的部分研究了中尺度对流云团对航路运行的影响,统计分析了两个特定范围的云团移动特征,并在此基础上筛选出了西宁-玉树-拉萨航线进行中尺度对流云团对航路侵入的案例分析研究。通过案例分析得到的模型可以显示出相应云团对目标航路运行产生影响的方式和规律,为各航空公司研究中尺度对流云团影响本公司航班运行的规律提供了参考。
“一带一路”区域大气气溶胶时空动态特征及环境效应研究
这是一篇关于“一带一路”,大气气溶胶,时空分布,环境效应的论文, 主要内容为近些年来,大气污染问题日益突出,气溶胶已成为研究大气污染的主要因素。气溶胶虽然在大气中的含量比较少,但作为地球—大气—海洋系统的重要组成部分,对气候环境以及人类健康有着重要的影响。“一带一路”区域是全球气溶胶污染最严重最集中的区域,因此,研究分析该区域的气溶胶时空变化特征及其环境效应具有重要意义,不仅能够全面掌握大气污染的区域分布情况及其变化,还能对大气环境治理及可持续发展提供一定的理论决策依据。本论文主要基于MODIS、OMI、TRMM多源卫星遥感数据,运用遥感、地理学及统计学等方法,对“一带一路”区域的气溶胶时空变化特征及其环境效应进行了综合分析。首先,利用气溶胶光学厚度(AOD)、Angstrom波长指数(AE)和气溶胶吸收指数(UVAI)对“一带一路”区域及其典型高污染区的气溶胶时空分布特征进行了分析;然后结合云量(CF)、云光学厚度(COD)、水云有效半径(CERL)、冰云有效半径(CERI)、云顶温度(CTT)、云顶气压(CTP)以及降水数据,讨论了该区域气溶胶对大气环境的影响;最后以阿拉伯海为典型海域,结合海洋叶绿素(Chl-a)数据,探究了海域气溶胶对海洋环境的影响。主要结论如下:(1)“一带一路”区域2003—2017年AOD分布特征:陆上AOD高值区主要分布在中国东部、中国新疆、印度半岛北部、阿拉伯半岛地区、非洲中西部,这些多是人为活动集中区域或沙漠尘源区;海域AOD高值区分布在临近中国大陆东部的沿海区域、阿拉伯海、孟加拉湾,以及非洲西海岸区域,且海上AOD的高值区受陆源的影响显著。该区域AOD季节差异明显,春夏季AOD高于秋冬季。近15年,海域AOD在阿拉伯海和孟加拉湾显著增大,在中国东部海域显著减小;陆上AOD变化差异较大,在印度半岛、俄罗斯中部、阿拉伯半岛、非洲北部及中亚局部区域显著增大,而在中国东部显著减小,空气污染有所改善。(2)“一带一路”区域2003—2017年AE分布特征:AE值小于1的多集中在沙尘频发的沙漠地区,粗粒径的沙尘气溶胶较多;而AE值大于1主要出现在人口密集、工业发达的区域,细粒径的人为气溶胶较多。(3)“一带一路”区域2005—2017年UVAI分布特征:该区域吸收性气溶胶分布覆盖的面积比较大,UVAI的极大值集中出现在撒哈拉沙漠区、阿拉伯半岛以及塔克拉玛干沙漠区。四季分布中,都存在有非吸收性气溶胶,春冬季相对较少,夏秋季的非吸收性气溶胶分布较多,其中夏季非吸收性气溶胶主要在中国青藏高原和西南地区,秋季非吸收性气溶胶分布多集中在热带海洋区。(4)对于三个典型高污染区域而言,区域1(中国东部)主要是受人为活动的影响,人为气溶胶占主导,细粒径污染物居多,AE值较大,冬季吸收性气溶胶分布较广,而夏季由于降水较多,吸收性气溶胶较少,且存在非吸收性气溶胶。区域2(印巴交界)主要受沙漠沙尘和人为活动综合作用的结果,AOD夏季最大,AE春夏季较小,区域UVAI变化相对稳定,吸收性气溶胶分布较多。区域3(非洲中西部)主要受沙尘影响显著,沙尘气溶胶占主导,春季AOD最大,AE最小,UVAI最大,气溶胶在春夏季高于秋冬季。(5)气溶胶时空分布对大气环境的影响显著,分析发现气溶胶光学厚度与云和降水之间有着密切联系。在AOD高值区域,中国东部、印度半岛、非洲北部以及阿拉伯海区域,云量、云光学厚度及降水随气溶胶光学厚度的增大而增大,云顶温度和云顶气压随气溶胶光学厚度的增大而减小;而在非洲中西部的影响不同,云量、云光学厚度及降水随气溶胶光学厚度的增大而减小,云顶温度和云顶气压随气溶胶光学厚度的增大而增大,可能是由于气溶胶的辐射效应复杂。云有效粒子半径与气溶胶光学厚度的关系较为复杂,在相同区域,冰云有效粒子半径大于水云有效粒子半径;气溶胶光学厚度对冰云有效粒子半径的响应更为明显,且二者基本呈负相关性,而气溶胶光学厚度和水云有效粒子半径在中国东部、印度半岛呈现正相关性。(6)海上气溶胶对海洋环境有一定的影响,以阿拉伯海为典型区,分析结果表明:阿拉伯海区域AOD和Chl-a的空间分布季节性变化显著,且呈现出由近岸向外海逐渐降低的特征;海域AOD春夏季高于秋冬季;海域Chl-a秋冬季明显高于春夏季,变异性较高;由春冬季AOD与Chl-a的相关系数分析发现,在阿拉伯海西北部区域AOD与Chl-a显著性相关,且呈现出由北向南、由近海岸向海域中心逐渐减弱的趋势。
环渤海地区云量的时空分布特征及预报研究
这是一篇关于环渤海,云量,时空分布,相关分析,逐步回归的论文, 主要内容为云是大气中常见的天气现象,在天气和气候变化中扮演重要角色,对飞行和军事活动有直接影响。环渤海地区是我国重要的经济发展区域,因此,研究该地区云量变化特征和精细化预报方法,对于深入了解区域内气候变化的机制、服务居民日常生活以及保证飞行和军事活动的正常开展具有重要意义。本文利用云观测资料、ERA-Interim再分析资料和T639数值产品,研究了环渤海地区包括总云量、低云量、对流云量、非对流云量在内的云量时空分布特征及其与物理量的关系,分析了云量与影响云生成的主要气象因子之间的相关性,应用多元逐步回归思想建立了该地区云量的时间精细化定量预报模型。主要结果如下:(1)环渤海地区年平均和秋冬两季总云量空间分布呈南多北少、西多东少的分布特征,春季分布相对比较均匀,夏季从东南向西北递减。低云量年平均和各季节的空间分布大体相同,呈南多北少、东多西少的分布特征。对流云量北部山区多于南部平原地区,非对流云量从东南向西北递减,北部低云以对流云为主,南部以非对流云为主。总云量的空间分布与上升运动和水汽的空间分布正相关;对流云量的空间分布与大尺度下沉运动正相关;非对流云量的空间分布在秋冬只与水汽正相关,在春夏只与大范围上升运动正相关。两个代表站围场站和莒县站的总云量、围场站的对流云量以及莒县站的非对流云量年变化均比较显著,夏季最多,春秋次之,冬季最少,这主要是由垂直上升运动和水汽的年变化引起的。两站总云量全年各季日变化均不明显,对流云量和非对流云量在夏季表现出明显的日变化特征,对流云量在08时最少,午后对流活动发展,云量增加,至14时达到峰值;非对流云量夏季峰值出现在05时,谷值出现在午后。(2)各类预报因子对环渤海地区总云量、低云量和非对流云量的影响比较类似。水汽、大气不稳定度、大气垂直速度几乎全年与总云量、低云量和非对流云量显著相关,其中相关性显著的因子,水汽类因子包括整层相对湿度、整层湿度、大气可降水量,大气不稳定度类因子包括K指数和位势不稳定指标,大气垂直速度类因子包括850400 hPa五层平均垂直速度;天气系统强度类因子的相关性不如其他类因子显著。预报因子与对流云量的相关程度没有总云量和非对流云量显著,水汽和大气不稳定度主要在春夏秋季节、大气垂直上升运动主要在夏秋季节、天气系统强度类因子主要在春冬季节的午后与对流云量显著相关。T639数值模式直接输出的低云量产品与总云量、低云量、对流云量和非对流云量均显著相关,特别是在冬半年。(3)通过多元逐步回归,建立了环渤海地区总云量、低云量、对流云量和非对流云量的时间精细化预报模型。总云量、低云量和非对流云量预报方程的复相关系数大多在0.5以上,对流云量预报方程的复相关系数大多在0.2以上。回代检验结果表明:总云量、低云量、非对流云量的回代平均绝对误差分别为2.2成、1.8成、2.1成,相对误差分别为54.6%、62.6%、67.6%。总云量试预报检验结果表明:模型试预报的平均绝对误差为2.3成,相对误差为48.1%。个例分析结果表明:新民站和沂源站两个代表站的预报效果比较理想,大部分时段总云量的预报值及变化趋势与实际观测接近,模型预报性能较好,具有一定的实际应用价值。本文的研究结果可为环渤海地区气候研究和当地实际业务预报提供参考。
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