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Characteristics of the vertical structure of the atmospheric turbulence in the Tibetan Plateau

Science China Earth Sciences 2022年第7期65卷 1368-1378页

作者： Kun ZHANG Yang WU Feifei WANG Xuebin LI Shengcheng CUI Zihan ZHANG Xiaoqing WU Ningquan WENG Tao LUO yinbo huang School of Environmental Science and Optoeclectronic Technology University of Science and Technology of ChinaHefei 230026China Key Laboratory of Atmospheric Optics Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics(AIOFM)Chinese Academy of SciencesHefei 230031China Science Island Branch of Graduate School University of Science and Technology of ChinaHefei 230026China Advanced Laser Technology Laboratory of Anhui Province Hefei 230037China

The Tibetan Plateau(TP)has unique atmospheric dynamics and thermal structures that originate from its giant terrain and complex *** vertical-resolution thermal radiosondes were launched near the central(Lhasa,91°06′E,29°36′N,3670 m above sea level(ASL))and marginal(Da Qaidam,95°21′E,37°51′N,3180 m ASL)areas of the TP during the summers of 2018 and 2020,*** turbulence parameters were calculated,and the characteristics of the atmospheric turbulent vertical structure at sunset in these two areas were analyzed and *** by TP thermal forcing and stably controlled by the summer monsoon anticyclone,the atmospheric refractive index structure constant(C_(n)^(2))tended to increase and then decrease with increasing height,reaching a maximum at the tropopause(~18 km ASL)at the Lhasa *** C_(n)^(2) at the Da Qaidam site also tended to increase at the tropopause,the position of the strong turbulent band(STB)(5–7 km ASL)was below the tropopause height corresponding to the potential temperature lapse rate *** vertical distribution of C_(n)^(2) at the two sites,particularly regarding the position of the STB,was highly correlated with the atmospheric stability(Ri)and the thermal mixing scale(L_(T)).The significant correlations among the three parameters(STB,Ri,and L_(T))indicated that the strong fluctuations in temperature caused by thermal mixing were the dominant factor causing the Ri to be less than its critical value of ***,the suppression strength involving the upward transport of the heat sources was the main reason for the different turbulent vertical structures and STB positions at the two *** zonal mean thermodynamic and dynamical fields derived from the reanalysis data also showed a height difference in the heat sources transported to the troposphere at the two *** the marginal TP,the material and energy in the lower troposphere were transported by the turbulent atmosphere upward along the slop

关键词： Tibetan Plateau Strong turbulent band Thermal forcing Stratosphere-troposphere exchange Tropopause

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典型类型气溶胶吸收光学厚度的定标规律

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强激光与粒子束 2015年第1期27卷 39-44页

作者：李珍珍黄印博中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室合肥230031 中国科学院大学北京100039

利用云和气溶胶粒子的光学特性软件包(OPAC)对陆地型、海洋型、沙漠型和极地型四种典型类型气溶胶的吸收光学厚度进行了计算统计分析,根据每一种类型气溶胶成分的差异,分析了气溶胶吸收光学厚度随波长及相对湿度变化的规律,建立了四种... 详细信息

利用云和气溶胶粒子的光学特性软件包(OPAC)对陆地型、海洋型、沙漠型和极地型四种典型类型气溶胶的吸收光学厚度进行了计算统计分析,根据每一种类型气溶胶成分的差异,分析了气溶胶吸收光学厚度随波长及相对湿度变化的规律,建立了四种典型类型气溶胶吸收光学厚度与波长、相对湿度的定标关系。气溶胶吸收光学厚度随波长的幂指数衰减规律并不是在所有波长范围内均满足,不同类型的气溶胶,其适用的范围不同;气溶胶吸收光学厚度随波长和相对湿度的变化主要受气溶胶成分影响,相对湿度的增大会导致气溶胶吸收特性的降低,并会对吸收Angstrom指数造成影响。根据建立的气溶胶吸收光学厚度的定标关系,可由气溶胶激光雷达等设备实测的某一波长的光学参量计算光电系统对应波长、不同相对湿度情况下的光学特性。

关键词：气溶胶吸收光学厚度相对湿度化学成分吸收Angstrom指数

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有效介质理论对致密内混合粒子光散射适用性

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红外与激光工程 2014年第5期43卷 1477-1483页

作者：张小林黄印博饶瑞中中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室安徽合肥230031 中国科学院大学北京100049

利用离散偶极子近似法和Bruggeman有效介质理论，研究了含有黑碳和硫酸盐两种成分的内混合致密气溶胶粒子在尺度参数变化范围为0.1~25时的光学特性，并通过分析比较两种算法计算光学特性的差别研究了有效介质理论对致密内混合粒子光散... 详细信息

利用离散偶极子近似法和Bruggeman有效介质理论，研究了含有黑碳和硫酸盐两种成分的内混合致密气溶胶粒子在尺度参数变化范围为0.1~25时的光学特性，并通过分析比较两种算法计算光学特性的差别研究了有效介质理论对致密内混合粒子光散射的适用性。对单分散系，有效介质理论在瑞利散射区具有较好的适用性，能较好地被用来近似计算内混合粒子的消光、吸收、散射、后向散射效率因子、不对称因子、消光后向散射比和单次散射反照率，相对偏差皆在7%以内；而有效介质理论在米散射区的适用性较差，相对偏差最大可分别达到25%、88%、66%、5000%、42%、1100%和47%，但当内混合体所含的内核较小（体积比1%以内）时仍可以近似使用。在粒子尺度参数大于4时，有效介质理论基本上会低估散射效率因子，却会高估吸收效率因子和不对称因子。而对多分散系，有效介质理论能近似用来计算各光学参量，相对偏差在9%以内。

关键词：光散射大气气溶胶有效介质理论内混合

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随机取向团簇自然气溶胶光学特性

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强激光与粒子束 2012年第10期24卷 2441-2446页

作者：张小林黄印博饶瑞中中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室合肥230031 中国科学院研究生院北京100039

利用离散偶极子近似法计算分析了随机取向团簇自然气溶胶(包含灰尘和海盐)在等效半径变化范围为0.01～2μm(波长为0.55μm时对应尺度参数为0.1～23)时的光学特性。通过考察成分和形状的影响,计算结果表明:成分对团簇自然气溶胶的散射、... 详细信息

利用离散偶极子近似法计算分析了随机取向团簇自然气溶胶(包含灰尘和海盐)在等效半径变化范围为0.01～2μm(波长为0.55μm时对应尺度参数为0.1～23)时的光学特性。通过考察成分和形状的影响,计算结果表明:成分对团簇自然气溶胶的散射、后向散射效率因子,不对称因子,以及米散射区范围内的消光效率因子的影响均较小,其中对尺度参数为9～23时的消光效率因子和尺度参数小于2.3时的不对称因子几乎没有影响;成分对瑞利散射区范围内的消光效率因子及吸收效率因子的影响相对较大。形状对团簇自然气溶胶在尺度参数小于0.7时的消光、吸收、散射效率因子及后向散射效率因子的影响可以不计;当尺度参数大于4.6时,粒子的内在对称性和表面的突变会带来明显的影响。另外,团簇自然气溶胶在米散射区内、尺度参数较大时,散射相函数有明显的后向散射加强效应。

关键词：大气自然气溶胶团簇随机取向光学特性

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团簇自然气溶胶散射相函数的数值分析

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强激光与粒子束 2013年第7期25卷 1675-1679页

作者：张小林黄印博饶瑞中中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室合肥230031 中国科学院大学北京100039

针对不同比例的灰尘和海盐团簇自然气溶胶,利用离散偶极子近似(DDA)法,通过考察成分的影响,使用波长为0.55μm,尺度参数变化范围为0.1～25时,研究了散射相函数和激光雷达比的影响,结果表明二者的变化趋势大体相同。尺度参数为13～24时,... 详细信息

针对不同比例的灰尘和海盐团簇自然气溶胶,利用离散偶极子近似(DDA)法,通过考察成分的影响,使用波长为0.55μm,尺度参数变化范围为0.1～25时,研究了散射相函数和激光雷达比的影响,结果表明二者的变化趋势大体相同。尺度参数为13～24时,团簇自然气溶胶散射相函数有明显的后向散射加强,其中尺度参数为18附近,后向散射加强效应最明显。灰尘比海盐对散射相函数影响更大,二者的影响主要集中在尺度参数为15～25范围内,但除了散射角为180°附近的后向外,影响的散射角方向略有不同。不同比例下的团簇自然气溶胶激光雷达比在尺度参数为3左右有最大值,其值约为180。在尺度参数为0.2～25范围内,成分对激光雷达比的影响不大,相对偏差小于10%,特别是尺度参数为0.5～2时的影响可以忽略,相对偏差小于1%。

关键词：大气自然气溶胶团簇散射相函数激光雷达比

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内混合气溶胶粒子体系有效吸收系数的计算

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强激光与粒子束 2012年第11期24卷 2523-2526页

作者：徐博黄印博范承玉乔春红中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室合肥230031

分析了以黑碳和水组成的内混合强吸收气溶胶粒子体系有效吸收系数随时间变化的规律,并讨论了不同波长、不同半径比等对有效吸收系数的影响。结果表明:波长越短,内混合气溶胶粒子体系有效吸收系数越大,在1～100μs内随时间增大的速度也越... 详细信息

分析了以黑碳和水组成的内混合强吸收气溶胶粒子体系有效吸收系数随时间变化的规律,并讨论了不同波长、不同半径比等对有效吸收系数的影响。结果表明:波长越短,内混合气溶胶粒子体系有效吸收系数越大,在1～100μs内随时间增大的速度也越快,1～100μs内的增幅比100～1000μs内的大,最大增幅达到132.65%;不同的内外半径比对内混合气溶胶粒子体系的有效吸收系数有较大影响,内外半径比越大,有效吸收系数越大,在1～100μs有效吸收系数增加速度越快,1～100μs内增幅较大,最大增幅达到138.66%。

关键词：气溶胶有效吸收系数吸收效率因子内混合米散射

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A multi-location joint field observation of the stratosphere and troposphere over the Tibetan Plateau

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Earth and Planetary Physics 2019年第2期3卷 87-92页

作者： JinQiang Zhang Yi Liu HongBin Chen ZhaoNan Cai ZhiXuan Bai LingKun Ran Tao Luo Jing Yang YiNan Wang YueJian Xuan yinbo huang XiaoQing Wu JianChun Bian DaRen Lu Key Laboratory of Middle Atmosphere and Global Environment Observation Institute of Atmospheric Physics Chinese Academy of Sciences Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters Nanjing University of Information Science & Technology University of Chinese Academy of Sciences Key Laboratory of Cloud-Precipitation Physics and Severe Storms Institute of Atmospheric Physics Chinese Academy of Sciences Key Laboratory of Atmospheric Optics Anhui institute of optics and Fine Mechanics Chinese Academy of Science Science Island Branch of Graduate School University of Science and Technology of China

The unique geographical location and high altitude of the Tibetan Plateau can greatly influence regional weather and *** particular, the Asian summer monsoon(ASM) anticyclone circulation system over the Tibetan Plateau is recognized to be a significant transport pathway for water vapor and pollutants to enter the stratosphere. To improve understanding of these physical processes, a multi-location joint atmospheric experiment was performed over the Tibetan Plateau from late July to August in 2018, funded by the fiveyear(2018–2022) STEAM(stratosphere and troposphere exchange experiment during ASM) project, during which multiple platforms/instruments—including long-duration stratospheric balloons, dropsondes, unmanned aerial vehicles, special sounding systems, and ground-based and satellite-borne instruments—will be deployed. These complementary methods of data acquisition are expected to provide comprehensive atmospheric parameters(aerosol, ozone, water vapor, CO_2, CH_4, CO, temperature, pressure,turbulence, radiation, lightning and wind); the richness of this approach is expected to advance our comprehension of key mechanisms associated with thermal, dynamical, radiative, and chemical transports over the Tibetan Plateau during ASM activity.

关键词： Tibetan Plateau Asian summer monsoon stratosphere and troposphere exchange

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单分散长椭球形气溶胶粒子的散射相函数研究

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光学学报 2009年第1期29卷 108-113页

作者：邵士勇黄印博魏合理饶瑞中中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心安徽合肥230031

选取冰晶、沙尘和碳黑等典型气溶胶粒子为例，应用T矩阵方法，探讨了单分散长椭球形气溶胶粒子的散射相函数随纵横比、尺度参数和折射率的变化规律。折射率虚部为0时，以纵横比为0．4的冰晶粒子和等表面积的球形冰晶粒子为例，将两者的... 详细信息

选取冰晶、沙尘和碳黑等典型气溶胶粒子为例，应用T矩阵方法，探讨了单分散长椭球形气溶胶粒子的散射相函数随纵横比、尺度参数和折射率的变化规律。折射率虚部为0时，以纵横比为0．4的冰晶粒子和等表面积的球形冰晶粒子为例，将两者的相函数比值ρ划分为5个数值区域：1）0°附近的前向散射ρ≈1，2）从5°左右到30°左右ρ〉1，3）从30°～35°到80°～110°ρ〈1，4）从80°～110°到150°～160°ρ》1，5） 160°以后ρ《1。同等条件下，由于折射率的变化，沙尘粒子ρ〈1对应的范围扩大至更大角度，而ρ》1和ρ《1对应的角度区域均相应减小，而碳黑粒子的ρ》1和ρ《1对应的角度区域则消失，ρ演变为3个数值区域。上述长椭球形粒子散射相函数的结论为气溶胶粒形检测和分析提供了理论依据。

关键词：大气光学散射相函数纵横比尺度参数折射率

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空间激光通信中光强起伏尺度特征的数值分析

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光学学报 2005年第8期25卷 1009-1012页

作者：刘建国黄印博王英俭中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学中心

利用数值模拟的方法,定量地计算分析了空间激光通信中光强起伏问题,得到了准直光束与聚焦光束光强起伏相关距离(不均匀元半径)随大气相干长度变化的结果;进而分别从接收效率和性价比等不同的角度对激光通信系统接收孔径选取的参考因素... 详细信息

利用数值模拟的方法,定量地计算分析了空间激光通信中光强起伏问题,得到了准直光束与聚焦光束光强起伏相关距离(不均匀元半径)随大气相干长度变化的结果;进而分别从接收效率和性价比等不同的角度对激光通信系统接收孔径选取的参考因素进行了探讨。根据现代光通信对误码率的最低要求定义最佳接收孔径,计算分析了聚焦光束空间激光通信系统最佳接收孔径随大气相干长度r0的变化关系。结果表明,最佳接收孔径随大气相干长度的减小而迅速增大。对于聚集光束空间激光通信而言,在大气相干长度r0约为4cm的强湍流效应情况下,通信系统的接收孔径接近5倍艾里斑直径,才能满足国际电信联盟电信标准部对光通信的最低要求。

关键词：大气光学接收孔径数值模拟空间激光通信

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平流层非均匀气溶胶粒子等效光学特性的数值分析

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红外与激光工程 2012年第6期41卷 1587-1592页

作者：徐博黄印博范承玉乔春红中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气成分与光学重点实验室安徽合肥230031

分析了用等效折射率描述平流层非均匀气溶胶粒子光学特性的方法。采用改进的判据,计算的消光效率因子、吸收效率因子等光学特征量的相对误差大部分小于10%。在尺度参数x5、混合比较小时的起伏方差也较小,例如,混合比为0.01和0.10时的起... 详细信息

分析了用等效折射率描述平流层非均匀气溶胶粒子光学特性的方法。采用改进的判据,计算的消光效率因子、吸收效率因子等光学特征量的相对误差大部分小于10%。在尺度参数x5、混合比较小时的起伏方差也较小,例如,混合比为0.01和0.10时的起伏方差分别仅为2.59×10-5和2.56×10-5;在整个尺度范围内,等效折射率虚部的波动都较小,最大起伏方差为4.38×10-7。计算结果表明:采用改进的判据可以获得更趋稳定的中、高层外混合单分散气溶胶粒子的等效光学特征量。

关键词：等效折射率气溶胶方差消光吸收

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