气候变化研究中的大气垂直结构探测述评

有关大气成分和性质的垂直廓线的观测和资料积累在气候强迫、气候反馈以及有关气候变化研究的许多方面起着关键性作用.关于温室气体,大气气溶胶、水汽、云和温度的大气垂直廓线.目前仍然有许多尚未解决的科学问题;这些问题的解决,对于理解与未来气候变化有关的多种人为和自然因素的作用,以及影响气候变化敏感性的多种复杂的物理过程十分关键...     

海上湍流对雷达波传播影响模拟研究

基于海洋大气近地层相似理论,给出了大气折射指数和微波波段湍流强度垂直廓线模型;基于一维Kolmogorov湍流谱,数值模拟随机瞬变大气折射指数,并将其叠加在大气折射率垂直廓线上,建立了海洋大气近地层考虑湍流影响的大气修正折射率垂直廓线模型.利用海面水文气象观测数据和美国海军高级传播模型,数值模拟了蒸发波导和湍流对雷达波传播和雷达探测性能的影响,发现:海洋大气近地层湍流在一定程度上增大了蒸发波导内雷达波传播损耗,减弱了雷达对海面目标的超视距探测能力;而在蒸发波导高度以上部分空域,湍流效应在一定程度上减弱了雷达波传播损耗;因此,在定量评估舰载雷达探测性能时有必要考虑蒸发波导和湍流的综合影响.     

地基多通道微波辐射计在大气遥感中的应用

地基多通道微波辐射计可实时探测大气微波辐射亮温并反演出大气温度、水汽密度、相对湿度和液态水廓线等。本文主要介绍了自主研制的地基多通道微波辐射计以及数据反演方法,同时将微波辐射计反演的大气参数与探空资料对比分析了反演精度,结果表明微波辐射计观测反演大气温度、湿度和液态水廓线具有很好的精度。同时辐射计可实时精确的探测反演大气边界层逆温,能够很好的探测到地表辐射逆温的强度和逆温厚度,这对研究大气边界层有着重要作用。     

地基红外高光谱遥感大气温湿廓线反演研究综述

作为气象学和气候学研究的重要参量,温湿廓线在辐射传输过程、层结稳定度、对流有效位能、降水过程以及云的形成和演变过程中具有重要作用。目前,对大气温湿廓线的遥感探测主要有激光雷达、微波辐射计以及红外高光谱分辨率探测器等探测技术。总结了地基红外高光谱遥感大气温湿廓线在仪器、反演算法等方面的研究进展,重点介绍了统计反演算法和物理反演算法的基本原理,具体分析了不同算法在反演精度、稳定性和计算时间等方面的技术特点。最后,对目前地基红外高光谱遥感大气温湿廓线反演中存在的问题及未来的发展趋势进行了探讨。     

差分像移大气湍流廓线激光雷达的研制

大气折射率结构常数在自适应光学系统、天文观测以及大气湍流模型等研究领域都有着重要的意义。基于差分像移的大气湍流廓线的测量原理,研制了一套距离分辨的大气湍流廓线激光雷达。差分像移湍流廓线激光雷达相比传统湍流测量技术对仪器误差,比如震动和离焦不敏感,可以对目标进行实时的主动探测,并能够得到测路径上随距离分布的大气湍流廓线。介绍了差分像移湍流廓线激光雷达的基本原理与系统结构,利用该湍流廓线激光雷达进行了外场探测实验,探测距离信号发射点200~8 000 m的目标大气,距离分辨率为200~1 000 m,共13个采样点。采用50 Hz帧率的ICCD相机获取信号,每个采样点测量20 s,获得1 000张图像,计算出对应的差分像移,并进一步反演出对应的折射率结构常数,得到了大气湍流的距离分布廓线,最后对实验的结果与过程进行分析,验证了该激光雷达系统的功能性。     

利用超光谱红外卫星数据反演大气廓线研究

建立新的物理反演法能同时反演大气温度廓线、水汽廓线、表层温度和地表发射率,该反演算法应用到我国黄海地区AIRS红外卫星资料中,可反演得到较高垂直分辨率的大气温度廓线和水汽廓+线,同时反演得到的表层温度和地表发射率、根据水汽廓线计算大气可降水量。     

利用无线电掩星观测数据反演大气水汽剖面

准确掌握地球低层大气中的水汽分布，了解水汽变化趋势对天气现象的研究、数值天气预报具有重要的理论研究及实用价值。以无线电掩星技术为基础，利用掩星数据反演大气水汽剖面。详细阐述通过线性迭代方法，反演对流层下部水汽廓线的原理。对常用的掩星数据做了概括性介绍，利用实际掩星数据反演得到了近地面水汽的垂直分布廓线，并给出了反演个例。通过反演的水汽廓线与模式以及实际探空资料进行对比，表明在大多数情况下，由大气折射率反演获取水汽剖面的正确性。针对初始温度和反演上边界的问题进行了研究，分析了不同温度及不同上边界条件下水汽剖面反演可能受到的影响，指出了线性迭代方法反演水汽垂直分布中存在的问题。     

利用风廓线雷达测量数据反演大气湿度廓线

测量大气湿度廓线对短时天气预报和长期气候分析有重要意义,概述目前探测大气湿度廓线的几种方法,指出这些方法存在的一些问题,突出风廓线雷达测量大气湿度廓线的优越性。论述风廓线雷达反演湿度廓线的理论,利用合肥2009年9月29日三个时间段的风廓线雷达数据和探空数据,通过计算雷达测得的大气湍流耗散率和探空得到的温度廓线,分析计算得到三个时刻的湿度廓线,能够得到比较可信的结果,显示利用风廓线雷达反演湿度廓线是可行的。     

可用于探测大气CO2垂直廓线的无线传感系统

大气CO2是一种温室气体,在气候变化等领域起着关键作用。基于NDIR技术研制了可用于探测大气CO2垂直廓线的无线传感系统。系统采用电调制型的红外辐射光源、双通道探测器并结合超低功耗单片机实现大气CO2信号的采集与控制。提出采用调制信号周期内扣除信号起伏与背景噪声的方法,使得本系统具有0.29%的相对测量误差。通过分时工作的方式解决了数字式无线电探空仪中高频发射机对CO2检测电路运算放大器的电磁辐射干扰,进而实现了气象探空仪与小型化的CO2探测系统的高度集成。通过与地面LI-COR LI7500对比分析,两者表现出较好的一致性,24 h测量数据的相关性达0.89,表明所研制的探测系统的稳定性与准确性。为实现大气CO2垂直廓线的探测提供一种选择。     

固定式边界层风廓线雷达TR组件相关故障分析

固定式边界层风廓线雷达是一部上视、晴空探测脉冲多普勒雷达,能实时探测大气三维风场,能不间断地提供被探测高度范围内的大气水平风场、垂直气流、大气折射率结构常数等气象要素随高度的分布。对固定式边界层风廓线雷达的组成、原理进行了简单的阐述,并着重介绍了关于固定式边界层风廓线雷达TR组件相关故障的发现和排除方法。     

离子诱导气溶胶成核过程的研究

离子诱导成核是大气气溶胶形成的重要路径之一。大气中团簇离子的形成,主要由宇宙射线电离空气产生的初级离子与H2O、H2SO4、HNO3、NH3、有机物等物质发生的离子-分子反应而产生。成核是团簇离子生长和蒸发相互竞争的一个过程,团簇离子生长到临界核尺寸时,便可自发生长。研究表明临界核大小约1.6 nm,对应的粒子的质量数在5000 amu以上。离子诱导生成的气溶胶粒子对气候的影响以及离子诱导成核在大气成核事件中是否占主要作用还存在很大争议,这需要进行进一步的外场观察、理论模拟、实验室研究来充分弄清离子诱导成核机理。     

Accuracies of atmospheric profiles obtained from GPS occultations

Radio occultation studies of the terrestrial atmosphere are possible through the use of signals transmitted by satellites of the Global Positioning System (GPS) and received by one or more other satellites in low earth orbit (LEO). The perturbed phase of the occulted signal gives direct information on the refractivity profile in the region of occultation, from which vertical profiles of density, pressure and temperature can be retrieved. The technique requires the use of the dual GPS frequencies in order to isolate and remove most of the ionospheric effect. Analysis of the effect of the ionosphere and methods of removing it will be presented. For the recovery of atmospheric profiles, two major issues are addressed. The first is how accurately can refractivity be retrieved for a region in which there is a large horizontal refractivity gradient; the second considers the separation of temperature and moisture in the lower troposphere. Based on model simulations, the capability of GPS to provide atmospheric profiles is assessed.     

大气碘化学与含碘气溶胶形成机制的研究进展

含碘气溶胶对全球气候与环境变化有着深远的影响。已有的研究表明含碘气溶胶的形成和生长源于含碘前体物（碘及碘化物）的氧化和后续聚合过程，含碘前体物的初步氧化会形成IO、OIO等具有高度反应活性的初级碘氧化物，进一步的氧化反应产生更稳定的碘氧化物IxOy,再经过后续聚合反应形成碘氧粒子(iodine oxide particles, IOPs)。IOPs的形成机制决定了含碘气溶胶的物化特性，最终决定了环境与气候效应。然而，现有的模型研究与大气观测结果之间，甚至是不同模型研究之间常常存在分歧，这些分歧又进而导致人们在评估含碘气溶胶对全球环境和气候变化影响效应上的不确定性。详细介绍了近年来大气碘化学与含碘气溶胶形成机制的研究进展，并指出了亟待解决的问题和面临的挑战。     

全球变暖、科学传播与公众参与——气候变化科技在中国的传播分析

随着气候变化问题日渐引人关注,中国在其中的作用也日益突出。作为主要温室气体二氧化碳的世界第二大排放国,中国在后《京都议定书》时代有关全球气候的谈判中,其地位至关重要。然而,与中国在全球气候变化中所具有的重要性相比,媒体对这一问题的报道却有很大不足。在本篇论文中,笔者结合了对媒体报道内容的分析与面向气候变化科学家及科技记者的问卷调查,试图得出那些造成媒体报道气候变化问题不充分的社会的、科学的和传播方面的因素。在中国,缺少制度化的科学传播途径导致了媒体对这一题材上报道能力不足。在传播技术上,缺乏对科学争议、细节和与读者相关性的报道,则让这类新闻的影响力相当有限。这种情况需要我们在科学传播方面进行更加系统的工作。     

THz技术在大气探测领域的应用研究进展

THz波的频段范围（0.1~10 THz）及其特性使THz波具有较高的空间分辨率及大气参数灵敏性,同时THz辐射在地球辐射平衡中的重要作用决定了其在大气探测领域有重大的研究价值和广阔的应用前景。介绍了THz技术在大气探测领域的应用现状,重点分析介绍了THz波遥感探测大气水汽廓线、温度廓线、卷云的微物理参数及大气微量气体成分的原理、特性及存在的问题,最后对THz波大气探测技术的研究提出几点建议和展望,并指出了当前THz波大气探测技术的研究前沿和研究热点。     

Early validation analyses of atmospheric profiles from EOS MLS on the aura Satellite

We present results of early validation studies using retrieved atmospheric profiles from the Earth Observing System Microwave Limb Sounder (MLS) instrument on the Aura satellite. "Global" results are presented for MLS measurements of atmospheric temperature, ozone, water vapor, hydrogen chloride, nitrous oxide, nitric acid, and carbon monoxide, with a focus on the January-March 2005 time period. These global comparisons are made using long-standing global satellites and meteorological datasets, as well as some measurements from more recently launched satellites. Comparisons of MLS data with measurements from the Ft. Sumner, NM, September 2004 balloon flights are also presented. Overall, good agreement is obtained, often within 5% to 10%, but we point out certain issues to resolve and some larger systematic differences; some artifacts in the first publicly released MLS (version 1.5) dataset are noted. We comment briefly on future plans for validation and software improvements.     

ITU-R修正模式建立大气剖面

无线电波大气折射修正的关键是在于获取实时有效的大气剖面。本文参照ITU—R给出的大气参考模型，提出了修正的大气模式算法。在此基础上，结合国内某站点五年的实测探空剖面数据，统计出适合该地大气环境特性的气象参数，并与ITU—R参考值进行了比较。     

典型地区大气光学湍流测量与模式研究

在东南沿海地区、合肥地区和西北干旱地区进行了常规气象参数和光学湍流的测量.从地域气候上分析三个实验点所具有的典型特征.分析了不同下垫面对近地面光学湍流强度的影响,提出了近地面和高空光学湍流估算方法,并探讨了光学湍流的预报模式.Bulk方法可用于估算陆地和海面上的Cn2.通过对输入参数进行适当调整,近地面湍流预报模式估算结果和实际测量结果在量级和变化趋势上较为一致.可以用常规气象参数估算光学湍流廓线,合肥上空的光学湍流可以用Hufnagel模式进行拟合.     

气候变化科学传播中的利益冲突

在气候变化科学传播过程中不可避免地存在着利益冲突问题,表现为与政治立场有关、与行业发展有关、与学术观点有关以及与媒体宣传有关的利益冲突等。为加强和改善气候变化科学传播,应进一步坚持以公众利益为优先的科学伦理;推动科研机构资源共享以及研究成果的透明化和公开化;要求科学家要为科学研究和科学传播的全过程负责;建立完善包括利益冲突公开和回避在内的法律法规、行业规范以及道德规范;强调科学严谨的媒体职业操守;提升科学研究的水平,从根本上夯实科学传播的能力和基础。