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Accurate Shortwave Radiation Simulation with a Two-Layer Aerosol Model in Xinjiang Region

Journal of Meteorological Research 2024年第1期38卷 69-87页

作者： Guan HUANG yonghang chen Qiong LIU Pengtao WANG Qianshan HE Qing HE Shuai LI Weiling SHAO Ting FAN School of Tourism&Research Institute of Human Geography Xi’an International Studies UniversityXi’an 710128 Center for Silk Road and Eurasian Civilization Studies Xi’an International Studies UniversityXi’an 710128 College of Environmental Science and Engineering Donghua UniversityShanghai 201620 Shanghai Meteorological Service Shanghai 200030 Shanghai Key Laboratory of Meteorology and Health Shanghai 200030 Taklimakan Desert Meteorology Field Experiment Station of China Meteorological Administration Institute of Desert MeteorologyUrumqi 830002 Xinjiang Climate Centre Xinjiang Meteorological ServiceUrumqi 830002

To harness the rich solar energy resources in Xinjiang Region of Northwest China,this study tries to address the issue of lack of downward surface shortwave radiation(DSSR)observations and the need to improve the accuracy of satellite retrieval and numerical simulation of DSSR under varied sky and meteorological conditions.(1)A two-layer aerosol model specific to Xinjiang was developed to capture the vertical distributions of aerosols based on multiple data sources including lidar,GPS sounding,ground meteorological observations,and profiles from the ECMWF reanalysis version 5(ERA5)*** results show that the ERA5/PBLH(planetary boundary layer height)and ERA5/ALH(aerosol layer height)could be used to establish the two-layer aerosol model and characterize the vertical distribution of aerosols in Xinjiang Region.(2)Using the Santa Barbara Discrete Atmospheric Radiative Transfer(SBDART)model,a localized inverse model of clear-sky DSSR was *** parameter adjustment and using the optimal combination of input parameters for DSSR simulation together with the two-layer aerosol model,the model-simulated DSSR(DSSRSBD)under clear-sky conditions improved significantly compared to the initial results,with all fitting indices greatly improved.(3)In addition,the study demonstrated that the impact of the two-layer aerosol model on DSSR was more pronounced under dust conditions than clear-sky conditions.(4)Using the localized clear-sky DSSR inversion model and its required parameters,simulations were also conducted to capture the spatiotemporal distribution of DSSR under clear-sky conditions in Xinjiang from 2017 to *** annual average DSSR_(SBD)under clear-sky conditions in Xinjiang during 2017–2019 was 606.78 W m^(-2),while DSSR from CERES(DSSR_(CER))under the same conditions was generally higher(703.95 W m^(-2)).(5)It is found that satellite remote sensing products experienced data loss in high-altitude snow areas,where numerical simulation technology could ser

关键词： downward surface shortwave radiation(DSSR) aerosol vertical distribution Clouds and the Earth’s Radiant Energy System(CERES) Santa Barbara Discrete Atmospheric Radiative Transfer(SBDART) Xinjiang

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养生条件对掺粉煤灰水泥乳化沥青砂浆收缩及黏弹性能的影响

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石河子大学学报（自然科学版） 2024年第3期42卷 327-334页

作者：陈勇航李刚赵红艳朱文正于雪霞李文辉石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子832000

水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)性能易受到养生环境和原材料组成的影响,通过设置的5组养生条件和3种配合比进行CA砂浆收缩率和动态黏弹性能的测试,并采用扫描电镜观察其微观形貌。结果表明:掺加粉煤灰会适当增大CA砂浆的膨胀率,不同养生湿度... 详细信息

水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)性能易受到养生环境和原材料组成的影响,通过设置的5组养生条件和3种配合比进行CA砂浆收缩率和动态黏弹性能的测试,并采用扫描电镜观察其微观形貌。结果表明:掺加粉煤灰会适当增大CA砂浆的膨胀率,不同养生湿度下砂浆体积变化趋势不同,增大沥灰比、升高养生温度均可改善CA砂浆的体积稳定性;掺粉煤灰CA砂浆的储能模量和损耗模量均随养生温度升高而增大,表现为砂浆刚度提高,变形时内部摩擦力做功增加;掺加粉煤灰能够改善CA砂浆的黏弹性能,其低温抗开裂性、高温抵抗变形能力均有所增强;20℃干养下粉煤灰CA砂浆黏弹性能最优;综合收缩性能和黏弹性能,20℃干养下沥灰比为1.4的粉煤灰CA砂浆性能较优。微观形貌观察的结果显示掺加粉煤灰后CA砂浆沥青膜增厚、孔隙率降低、结构更加致密,这是掺加粉煤灰CA砂浆体积稳定性和黏弹性得以改善的主要原因。

关键词：水泥乳化沥青砂浆粉煤灰养生条件收缩率黏弹性

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台风条件下火箭探测气象数据与ERA5再分析资料的对比分析

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热带气象学报 2024年第3期40卷 526-536页

作者：郑一赵兵科陈勇航刘琼刘统强宋金轲魏鑫魏煜罗维婷东华大学环境科学与工程学院上海201620 中国气象局上海台风研究所上海200030

再分析资料的准确性对台风等灾害性天气预报及研究有着重要价值。以往缺乏在强台风条件下平流层内的直接观测资料,使得无法对再分析资料的准确性进行验证,基于新型火箭探测数据对ERA5再分析数据的气象要素在强台风条件下进行对比分析。... 详细信息

再分析资料的准确性对台风等灾害性天气预报及研究有着重要价值。以往缺乏在强台风条件下平流层内的直接观测资料,使得无法对再分析资料的准确性进行验证,基于新型火箭探测数据对ERA5再分析数据的气象要素在强台风条件下进行对比分析。(1)台风条件下三次试验ERA5与火箭探测在对流层内的温度廓线几乎重合,15 km以下两者之间的误差不到1℃,但15 km以上的平流层两者偏差随高度增加而增大,ERA5比火箭探测的温度明显偏低,在15~20 km、20~30 km、30~40 km和40 km以上两者偏差平均值分别为3.75℃、5.52℃、14.41℃和19.25℃;(2)相对湿度三次试验两者的变化趋势还是比较相似的,但在平流层低层15~20 km两者存在较大差异,火箭探测相对湿度在15 km左右是上干下湿分界高度,而ERA5的分界高度抬升到20 km以上,也就是说ERA5把高湿度层抬升了5 km以上;值得一提的是25 km以上,台风影响前,两者相对湿度都几乎接近0%,而在台风影响期间火箭探测相对湿度可达5%左右,ERA5相对湿度仍然几乎为0%;(3)台风条件下三次试验风速廓线显示两者在平流层低层到对流层变化趋势十分相似,相关系数可达0.85左右,平均偏差大约为2 m·s^(-1);而在平流层中高层相似度降低,偏差增大,相较于火箭探空,ERA5风速偏低4 m·s^(-1)左右。

关键词： ERA5 台风火箭温度相对湿度风速

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Transport of black carbon aerosols from non-local sources:A case study in Shanghai

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Particuology 2015年第3期13卷 89-93页

作者： Hongqiang Wang Yanming Kang Qianshan He yonghang chen School of Environmental Science and Engineering Donghua University Shanghai Meteorological Service Shanghai Key Laboratory of Meteorology and Health

Black carbon （BC） aerosol mass carried by winds of varying directions from non-local sources was esti- mated based on hourly measured data of BC mass concentration （CBc） and meteorological parameters from January 2008 to December 2012 in Shanghai, and the relationship between annual average CBc and wind speed was analyzed. The results show that the annual average CBC decreased with wind speed for speeds exceeding 0.3 m/s. The relationship between the two was determined by a linear fit with corre- lation coefficient 0,88. Assuming BC aerosol mass of non-local sources transported by a southeast wind was zero, annual average BC concentrations （μg/m3） carried by winds of variable direction were 1.99 （southwest）, 1.95 （west）, 1.15 （northwest）, 0.54 （south）, 0.39 （north）, 0.01 （northeast）, and 0.01 （east）. BC aerosol mass of non-local sources transported by wind to Shanghai was about 6404.05 t per year, among which the total contribution of southwest, west, and northwest winds was nearly 84~;. The aerosol mass transported to Shanghai in winter accounted for 35% that of the entire year, and was greater than that of the other seasons.

关键词： Black carbon aerosoNon-local sourceMass concentrationWind speedWind direction

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嵌套高分辨率网格对我国东南沿海登陆台风模拟的影响

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东华大学学报（自然科学版） 2024年第2期50卷 181-189页

作者：邬贤文陈勇航魏煜郑运霞孙琳琳马骁骏辛渝赵兵科刘海晨李金乐李纤宁东华大学环境科学与工程学院上海中国气象局上海台风研究所上海复旦大学大气与海洋科学系上海中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆乌鲁木齐中山大学海洋工程与技术学院广东珠海

嵌套高分辨率网格对台风模拟有十分重要的影响。基于COAWST(coupled ocean atmosphere wave sediment transport)模式,针对登陆广东、海南的11个台风,设计了2组模拟方案。一组是在9 km分辨率下嵌套3 km分辨率网格,另一组是采用单层9 km... 详细信息

嵌套高分辨率网格对台风模拟有十分重要的影响。基于COAWST(coupled ocean atmosphere wave sediment transport)模式,针对登陆广东、海南的11个台风,设计了2组模拟方案。一组是在9 km分辨率下嵌套3 km分辨率网格,另一组是采用单层9 km分辨率网格。将模拟结果与中国气象局热带气旋资料中心发布的最佳路径数据进行对比,以探讨嵌套高分辨率网格是否可以提高台风模拟的准确性。从台风路径的模拟结果来看,在9 km分辨率下嵌套3 km分辨率网格对台风路径模拟的误差较小,而单层9 km分辨率网格模拟的台风路径误差较大。通过对比两组方案模拟的台风路径、强度和结构,在模拟区域中使用嵌套高分辨率网格方案的模拟准确性有所提高。两种方案模拟的风场以及副热带高压十分接近。相比于单层网格,嵌套了高分辨率网格方案模拟的台风路径、强度误差更小,台风眼更小,位涡更强。

关键词：高分辨率网格台风模拟 COAWST模式台风路径台风强度台风结构

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Seasonal variation in particle contribution and aerosol types in Shanghai based on satellite data from MODIS and CALIOP

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Particuology 2020年第4期18卷 18-25页

作者： Qiong Liu Xin Liu Tongqiang Liu Yanming Kang yonghang chen Jiming Li Hua Zhang College of Environmental Science and Engineering Donghua UniversityShanghaiChina College of Information Science and Technology Donghua UniversityShanghaiChina Key Laboratory for Semi-Arid Climate Change of the Ministry of Education College of Atmospheric Sciences Lanzhou UniversityLanzhouChina State Key Laboratory of Severe Weather Chinese Academy of Meteorological SciencesBeijingChina

Although the concentration of atmospheric particulate matter in Shanghai has declined in recent years,aerosols remain one of the major pollutants affecting air ***,spatio-seasonal variation in aerosol optical properties and aerosol types were studied overa 10-year period(2006-2015)in Shanghai,China,using satellite data from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)and CloudAerosol Lidar with Orthogonal Polarization(CALIOP).The average aerosol optical depth values for central urban and suburban areas of Shanghai were between 0.9 and *** seasonal variation in aerosol concentrations occurred,causing strongest attenuation in summer and weakest attenuation in *** dust,polluted continental(urban/industrial)and smoke aerosols were the main aerosol *** dust aerosols occurred in the Shanghai area at higher altitudes(greater than 3 km)in spring,related to dusty weather in the north;while in winter,smoke aerosols occurred at high altitudes,related to haze pollution in the *** aerosols detected in autumn were mainly from local sources,comprising polluted dust,polluted continental,and smoke *** in Shanghai clearly reflect both local and regional sources at different times.

关键词： Aerosol optical depth(AOD) Aerosol type Attenuation Seasonal variation Vertical distribution

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Comparison of aerosol characteristics during haze periods over two urban agglomerations in China using CALIPSO observations

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Particuology 2017年第4期15卷 63-72页

作者： Qiong Liu Xiaojun Ma Yanrong Yu Yan Qin yonghang chen Yanming Kang Hua Zhang Tiantao cheng Yan Ling Yujie Tang College of Environmental Science and Engineering Donghua University Shanghai 201620 China Shanghai Key Laboratory of Atmospheric Particle PolluHon and Prevention (LAP3) Department of Environmental Science and Engineering Fudan University Shanghai 200433 China College of Physics and Electrical Information Engineering Ningxia University Yinchuan 750021 China Institute of Desert Meteorology China Meteorology Administration. Urumqi 830002 China National Climate Center China Meteorology Administration Belting 100081 China

Using CALIPSO （cloud-aerosol lidar and infrared pathfinder satellite observation） vertical observation data during haze periods from January 2007 to December 2008, we analyzed differences in aerosol char- acteristics near the surface, as well as in the middle troposphere between the Beijing-Tianjin-Hebei metropolitan region （Area A） and the Yangtze River Delta region （Area B） in China. One significant dif- ference was that haze pollution in Area A was related to local and non-local aerosols, while in Area B it was related to local anthropogenic sources. In all seasons apart from autumn, aerosol pollution in Area A was more severe than in Area B, both near the surface and at higher altitudes, In Area A, non-spherical aerosols were dominant from 0 to 4 km in spring, summer, and winter; while in autumn, there were con- siderably high numbers of non-spherical aerosols below 0.5 km, and near-spherical aerosols from 0.5 to 4 km. In Area B, both near-spherical and non-spherical aerosols were common in all seasons. Moreover, aerosols with attenuated color ratios of 0-0.2 were more common in all seasons in Area A than in Area B, indicating that fine particle pollution in Area A was more serious than in Area B. Finally, relatively large aerosols linked to gravity settling appeared more frequently near the surface in Area A than in Area B.

关键词： CALIPSO Aerosols Haze Vertical distribution Seasonal variation Urban agglomerations

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基于TROPOMI卫星数据的长三角地区甲醛时空分布及影响因素分析

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环境科学学报 2023年第5期43卷 366-374页

作者：宋金轲陈勇航刘琼潘青青郑一东华大学环境科学与工程学院上海201620

基于Sentenial-5P卫星上搭载的对流层监测仪(TROPOMI)2019—2021年对流层甲醛柱浓度数据,对长三角及其典型城市甲醛时空变化及影响因素进行了分析.结果表明:从空间变化特征来看,甲醛柱浓度分布呈现由长三角中部向四周逐渐降低的趋势,浓... 详细信息

基于Sentenial-5P卫星上搭载的对流层监测仪(TROPOMI)2019—2021年对流层甲醛柱浓度数据,对长三角及其典型城市甲醛时空变化及影响因素进行了分析.结果表明:从空间变化特征来看,甲醛柱浓度分布呈现由长三角中部向四周逐渐降低的趋势,浓度高的地区主要集中在江苏、浙江和安徽交界处、江苏南部和安徽北部,甲醛柱浓度低的地区主要集中在浙江中部和南部.从时间变化特征来看,甲醛柱浓度年变化呈单峰结构,月平均浓度最高值(13.44×10^(15) molec·cm^(-2))出现在6月,最低值(8.79×10^(15) molec·cm^(-2))出现在4月.甲醛柱浓度具有显著的季节性变化特征,夏季平均最高,为12.35×10^(15) molec·cm^(-2),其次是秋季、冬季,春季平均最低为10.15×10^(15) molec·cm^(-2).影响甲醛的自然因素主要是气温和降水量,4个典型城市常州、合肥、苏州、无锡的甲醛柱浓度与气温的相关系数(r=0.82、0.39、0.84、0.77)大于与降水量的相关系数(r=0.61、0.29、0.64、0.68),气温影响更大;人为因素主要是汽车保有辆、工业数量和工业用电量,随着这些因素的增加,典型城市2020年比2019年甲醛柱浓度分别增长2.97%、0.65%、3.67和-5.06%.

关键词：对流层监测仪(TROPOMI) 甲醛柱浓度时空变化长三角

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9km水平分辨率下KF积云对流参数化方案对台风模拟的影响

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自然灾害学报 2023年第2期32卷 178-187页

作者：邬贤文郑运霞刘琼魏煜陈勇航赵兵科东华大学环境科学与工程学院上海201620 中国气象局上海台风研究所上海200030 上海电气风电集团股份有限公司上海200233

积云对流参数化方案对台风模拟的准确性有着重要影响,而在分辨率1~10 km内使用积云对流参数是否能够改善台风模拟仍然存在争议,因此,本研究基于COAWST(coupled ocean atmosphere wave sediment transport, COAWST)耦合模式,针对登陆广... 详细信息

积云对流参数化方案对台风模拟的准确性有着重要影响,而在分辨率1~10 km内使用积云对流参数是否能够改善台风模拟仍然存在争议,因此,本研究基于COAWST(coupled ocean atmosphere wave sediment transport, COAWST)耦合模式,针对登陆广东地区的11个西行台风,在9 km分辨率下是否使用KF积云对流参数,设计了2组模拟方案,并将结果与中国气象局热带气旋资料中心发布的最佳路径数据进行对比。从台风路径上看,在9 km分辨率上使用KF方案模拟得到的误差在统计结果中最小,从模拟台风强度的误差来看,2种方案的差距不大,综合考量台风路径和强度可以认为使用KF积云对流参数化方案模拟的效果更佳。KF积云对流参数方案模拟的副热带高压更强,造成模拟的台风路径相对南偏。2种方案的台风内核区对流不稳定的高度接近,是否使用KF积云对流参数化方案与台风强弱没有一定的关系,而台风强度与对流底层的台风眼壁垂直速度有关。

关键词：台风路径台风强度 KF积云对流参数 COAWST模式模拟评估

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上海及附近海域对流层低层臭氧质量浓度时空分布特征与海陆风的关联性研究

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东华大学学报(自然科学版) 2023年第5期49卷 136-144页

作者：潘青青吴妍旻秦艳刘琼陈勇航东华大学环境科学与工程学院上海201620 上海污染控制与生态安全研究院上海200092

利用2010—2019年臭氧监测仪(ozone monitoring instrument,OMI)卫星数据产品OMO3PR和ERA5再分析资料,分别研究了上海及附近海域近10年对流层低层(海拔≤3000 m)的臭氧(O_(3))质量浓度和风的时空分布特征,并以浦东地区为例研究了该地区... 详细信息

利用2010—2019年臭氧监测仪(ozone monitoring instrument,OMI)卫星数据产品OMO3PR和ERA5再分析资料,分别研究了上海及附近海域近10年对流层低层(海拔≤3000 m)的臭氧(O_(3))质量浓度和风的时空分布特征,并以浦东地区为例研究了该地区海陆风的特征、相对污染系数及其对O_(3)质量浓度的影响。结果表明:10年间O_(3)质量浓度整体呈增大趋势,具有明显的季节性变化特征,夏季最高,冬季最低;空间分布上,陆地O_(3)质量浓度较海面高,最大可达129.3μg/m^(3)。夏、冬季的风速较春、秋季高,陆地区域风速小于5.4 m/s的频率高达82.4%,海面和近海岸区春、夏季时的风易使O_(3)向内陆扩散。海陆风在春、夏两季发生频率较高,夏、秋季海风期间西南西和西南方向的相对污染系数高于其他方位,表明此时浦东机场附近的O_(3)向西北方的陆地区域扩散概率更高,而使O_(3)质量浓度升高。夏、秋季时海陆风可加剧内陆O_(3)污染,与陆风相比,海风加剧内陆O_(3)污染的能力更强。

关键词：臭氧时空分布相对污染系数海陆风上海

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