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敦煌戈壁地表反射率光谱的旋翼无人机测量及定标评估

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1439-1448页

作者：张勇徐寒列张立军李元孙凌覃丹宇戎志国胡秀清陆其峰卢乃锰中国气象局中国遥感卫星辐射测量和定标重点开放实验室/国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心) 北京100081 许健民气象卫星创新中心北京100081 中国气象局气象卫星工程管理办公室北京100081 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

利用敦煌中国遥感卫星辐射校正场的星地同步观测试验,实现对我国在轨气象、海洋、陆地资源、环境减灾、测绘地震、高分、军事等系列卫星光学成像载荷太阳反射波段的绝对辐射定标,是目前的重要手段之一。然而,中国遥感卫星辐射校正场传... 详细信息

利用敦煌中国遥感卫星辐射校正场的星地同步观测试验,实现对我国在轨气象、海洋、陆地资源、环境减灾、测绘地震、高分、军事等系列卫星光学成像载荷太阳反射波段的绝对辐射定标,是目前的重要手段之一。然而,中国遥感卫星辐射校正场传统的地表反射率光谱星地同步测量方法是基于汽车跑场观测,不仅耗费较大的人力物力、容易造成场地破坏,而且获取的测量数据缺乏区域代表性。鉴于此,自2016年起,在敦煌星地同步观测试验中以旋翼无人机低空同步测量为主,跑场测量为辅,完成从航线设计、航高选择、仪器参数配置、采样策略、航空数据处理的全链路摸底测试。多次飞行试验表明,采用多旋翼无人机低空飞行来代替汽车跑场同步测量,不仅提高了地表反射特性测量的空间一致性和代表性,还提高了地表反射率光谱的测量效率,也对宝贵的中国遥感卫星辐射校正场敦煌戈壁场区地表进行了有效保护,极大的节约了人力物力成本。通过传统跑场测量和航飞测量的地表反射率光谱数据对比分析,发现多次测量数据的均值一致性较好,并且航飞测量的数据标准差更小。利用TERRA MODIS的同步观测来对无人机测量数据开展辐射定标评估,结果表明航飞数据的相对偏差均在5%以内,可以代替跑场数据完成定标,精度满足要求。随着无人机性能的进一步优化和提高,在不久的将来必将得到更加广泛和深入的应用,在外场定标试验领域也将发挥更大更重要的作用。

关键词：中国遥感卫星辐射校正场无人机地表反射率在轨绝对辐射定标星地同步观测敦煌戈壁

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石河子垦区绿洲农田下垫面辐射收支特征研究

干旱区地理 2024年

作者：张红伟何清杨明凤安冬亮吴春霞王进陈非凡新疆大学生态与环境学院乌兰乌苏农业气象试验站/乌兰乌苏生态与农业气象新疆野外科学观测研究站/乌兰乌苏国家综合气象观测专项试验外场基地石河子气象局中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所/新疆塔克拉玛干沙漠气象国家野外科学观测研究站/中国气象局塔克拉玛干沙漠气象野外科学试验基地/新疆维吾尔自治区沙漠气象与沙尘暴重点实验室

绿洲农田是干旱半干旱区特有的生态系统，研究农田地表辐射收支对理解区域能量平衡及气候形成机制具有重要意义。利用石河子垦区乌兰乌苏农业气象试验站2021年4—2022年3月在绿洲农田下垫面的观测数据，分析石河子垦区绿洲农田下垫面辐... 详细信息

绿洲农田是干旱半干旱区特有的生态系统，研究农田地表辐射收支对理解区域能量平衡及气候形成机制具有重要意义。利用石河子垦区乌兰乌苏农业气象试验站2021年4—2022年3月在绿洲农田下垫面的观测数据，分析石河子垦区绿洲农田下垫面辐射分量和地表反照率的变化特征，将种植不同作物（棉花和玉米）农田地表的辐射分量进行对比，又与同区域的裸地进行了差异性分析。结果表明：（1）石河子垦区绿洲农田下垫面向下的短波和长波辐射、向上长波辐射和净辐射的日均值在生长发育期高于非生长发育期，向上短波辐射冬季最大，振幅变化亦同。（2）在同区域绿洲农田下垫面上种植不同农作物对向下的短波和长波辐射影响较小，在植物生长发育期，对向上的短波和长波辐射以及净辐射的影响显著，日均值最大相差分别为33.74 W·m-2、54.82 W·m-2和65.98 W·m-2，种植作物的农田和裸地的净辐射差异最为明显，农田相较于裸地其日峰值出现的时刻有滞后效应，滞后约1 h。（3）裸地净辐射年曝辐量与棉田相差1147.8 MJ·m-2，与玉米田相差1519.7 MJ·m-2。（4）裸地、棉田和玉米田的地表反照率均表现为冬月较大，其年均值分别为0.34、0.23和0.25，裸地的地表反照率年均值高于有农作物种植的农田下垫面，最大相差0.11，降雨过程会使地表反照率减小，而降雪过程则相反。

关键词：绿洲农田下垫面地表辐射收支地表反照率石河子垦区

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播期对夏玉米生长、品质及产量的影响

农业工程 2024年第3期14卷 47-52页

作者：卢霞王福州鹤壁市农业气象与遥感重点实验室鹤壁市气象局鹤壁国家综合气象观测专项试验外场河南鹤壁458080

为研究豫北平原玉米的适宜播期,选取当地大范围种植品种郑单958为供试品种,比较播期推迟(5月31日、6月10日、6月20日和6月30日)对玉米生长发育的气象条件、叶面积指数、光合特性、产量形成和籽粒品质的影响,以期为玉米优质高产提供参考... 详细信息

为研究豫北平原玉米的适宜播期,选取当地大范围种植品种郑单958为供试品种,比较播期推迟(5月31日、6月10日、6月20日和6月30日)对玉米生长发育的气象条件、叶面积指数、光合特性、产量形成和籽粒品质的影响,以期为玉米优质高产提供参考和指导。研究结果表明,随着播期的推迟,花期高温和花期连阴雨的发生率降低;叶面积指数和光合势呈现先升后降的趋势,B_(3)处理叶面积指数和光合势较大。B_(1)、B_(2)和B_(3)处理玉米产量差异性不大,B_(4)处理与其他播期相比产量下降极显著。B_(3)处理玉米的氨基酸、蛋白质、淀粉等含量均较高,因此,为保证玉米有充足的光合效率,达到较高的产量和优质的籽粒品质,郑单958播期最晚可推迟至6月20日。

关键词：夏玉米播期光合势产量籽粒品质

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南疆地区主要城市CO特征分析及其影响研究

环境科学学报 2024年第2期44卷 273-286页

作者：范旭雨晨何清赵竹君马明杰新疆大学生态与环境学院乌鲁木齐830017 中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆塔克拉玛干沙漠气象国家野外科学观测研究站中国气象局塔克拉玛干沙漠气象野外科学试验基地新疆维吾尔自治区沙漠气象与沙尘暴重点实验室乌鲁木齐830002 石河子气象局石河子832000

利用2020—2022年中国生态环境监测总站逐小时一氧化碳(CO)和臭氧(O_(3))数据,结合中国气象局环境监测数据及全球资料同化系统(GDAS)数据,使用随机森林(RF)模型、相关性分析、潜在贡献源因子法(PSCF)、浓度权重轨迹法(CWT)分析了南疆地... 详细信息

利用2020—2022年中国生态环境监测总站逐小时一氧化碳(CO)和臭氧(O_(3))数据,结合中国气象局环境监测数据及全球资料同化系统(GDAS)数据,使用随机森林(RF)模型、相关性分析、潜在贡献源因子法(PSCF)、浓度权重轨迹法(CWT)分析了南疆地区主要城市的CO浓度变化趋势与潜在来源.结果表明:(1)在近3年期间南疆除库尔勒外各主要城市的CO浓度有一定程度的上升趋势,且在2021年变化较为明显,其浓度年平均值排序为喀什((1.10±4.21)mg·m^(-3))>和田((1.06±3.07)mg·m^(-3))>阿克苏((0.78±2.13)mg·m^(-3))>阿图什((0.66±2.69)mg·m^(-3))>库尔勒((0.47±0.71)mg·m^(-3)).南疆5座城市之间,CO浓度月变化幅度最大的城市为喀什,最高值为1月的2.469 mg·m^(-3),最低值为6月的0.436mg·m^(-3);变化幅度最小的为库尔勒,最高值为1月的0.726 mg·m^(-3);最低值为9月的0.233 mg·m^(-3).除库尔勒外,其余城市CO浓度低值集中于夏季,高值出现于冬季采暖期,季节变化符合秋冬高、春夏低的特征.南疆各主要城市CO浓度的日变化呈明显的双峰型,在10:00—11:00与23:00—3:00达到峰值,在7:00—8:00与17:00—18:00达到底值.(2)由随机森林模型与相关性分析可知,平均气温对南疆城市的CO浓度变化影响最为显著,CO浓度与平均气压、平均相对湿度呈正相关,与平均气温、最小能见度、平均风速呈负相关.(3)由PSCF与CWT分析可知,库尔勒、和田的CO潜在源区主要受境内当地周边短距离输送范围的影响,阿克苏、阿图什、喀什的潜在源区主要受吉尔吉斯坦、塔吉克斯坦、阿富汗等国家输送CO的影响.

关键词： CO浓度后向轨迹南疆地区潜在源分析

CRDS和GC方法在线监测大气CH和CO的结果对比

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中国环境监测 2024年

作者：吴栋桥王凯孙万启秦正新潘京京王红阳中国气象局气象探测中心武汉区域气候中心

光腔衰荡光谱法（CRDS）和色谱法（GC）均可用于甲烷（CH4）和一氧化碳（CO）的在线观测。金沙大气本底站建立了基于CRDS和GC的平行观测系统,对大气中的CH4和CO进行了长达一年半的在线观测试验,对二者获取的数据进行了对比分析。结果表... 详细信息

光腔衰荡光谱法（CRDS）和色谱法（GC）均可用于甲烷（CH4）和一氧化碳（CO）的在线观测。金沙大气本底站建立了基于CRDS和GC的平行观测系统,对大气中的CH4和CO进行了长达一年半的在线观测试验,对二者获取的数据进行了对比分析。结果表明:CRDS对CH4和CO观测的长期稳定性和准确性明显优于GC;CRDS和GC获取CH4的系统偏差满足世界气象组织全球大气观测计划（WMO/GAW）的兼容性指标要求,获取CO的系统偏差不满足兼容性指标要求;CRDS和GC获取CH4的日变化曲线基本重合,均呈现双峰形态,获取CO的日变化曲线也基本重合,但变化特征均不明显;CRDS和GC获取CH4的季节变化曲线基本重合,7—8月最低,与北半球变化趋势吻合,获取的CO季节变化曲线趋势上基本一致,在夏季7月出现谷值。

关键词：光腔衰荡光谱法气相色谱法甲烷一氧化碳在线监测

往返平飘式探空在CMA-MESO三维变分中的同化及对模式预报的影响

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气象 2024年第2期50卷 159-169页

作者：王金成王丹王瑞文谭娟容娜中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 灾害天气国家重点实验室北京100081 中国气象局气象发展与规划院北京100081 新疆克拉玛依气象局克拉玛依834000

往返平飘式探空通过一次探空气球施放实现“上升段-平飘段-下降段”三段观测,其下降段能实现在06时(世界时,下同)和18时自动垂直加密观测大气,具备提升区域高分辨率快速同化循环预报系统在06时和18时的预报技巧潜力。为了实现往返平飘... 详细信息

往返平飘式探空通过一次探空气球施放实现“上升段-平飘段-下降段”三段观测,其下降段能实现在06时(世界时,下同)和18时自动垂直加密观测大气,具备提升区域高分辨率快速同化循环预报系统在06时和18时的预报技巧潜力。为了实现往返平飘式探空在区域高分辨率模式中的同化,分析其对预报的影响,初步提出了“选取模式层最接近观测”的垂直稀疏化方法来预处理资料,深入分析了稀疏化对同化效果的影响,论证了资料垂直稀疏化对于同化应用的必要性;在此基础上,开展了为期1个月的批量同化影响试验,着重分析了往返平飘式探空在长江中下游区域的组网观测对CMA-MESO模式预报技巧的影响。稀疏化敏感性试验结果表明,同化不稀疏化的往返平飘式探空相比同化传统业务探空,分析和预报误差显著增加,降水预报评分也显著降低,相反,“选取最接近模式层”数据的垂直稀疏化方案能提高模式的分析和预报技巧,表明往返平飘式探空同化前必须进行垂直稀疏化。批量同化试验结果表明,在冷启动时刻(00时和12时,为常规探空释放时刻),同化往返平飘式探空(上升段)相对同化传统业务探空,分析误差和预报误差变化较小。但在暖启动时刻(03、06、09、15、18、21时,无常规探空释放时刻),增加往返平飘式探空下降段数据,相比控制试验,分析场精度提高了约0.4%。此外,0~12 h累计降水预报的ETS评分变化较小,但12~24 h累计降水预报在0.1、1.0、5.0、10.0、25.0 mm量级降水ETS评分提高了约0.5%,在50.0 mm量级的降水ETS评分提高了约2.3%。总体而言,同化往返平飘式探空对于区域高分辨率快速同化循环预报系统在暖启动时刻的降水预报技巧有正贡献。

关键词：往返平飘式探空 CMA-MESO 垂直稀疏化三维变分资料同化

播期调整对华北北部冬小麦、夏玉米产量和品质的影响

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中国农业科学 2024年第15期57卷 2964-2985页

作者：赵花荣周广胜齐月耿金剑田晓丽中国气象科学研究院中国气象局兰州干旱气象研究所/甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室/中国气象局干旱气候变化与减灾重点实验室河北固城农业气象国家野外科学观测研究站

【目的】基于田间分期播种试验，研究华北北部冬小麦、夏玉米播期调整，其生长发育、光合生理特性、籽粒灌浆和产量形成及品质对气候变暖的不同响应，为华北平原农业生产采取措施应对气候变化提供科学依据。【方法】采用分期播种方法，... 详细信息

【目的】基于田间分期播种试验，研究华北北部冬小麦、夏玉米播期调整，其生长发育、光合生理特性、籽粒灌浆和产量形成及品质对气候变暖的不同响应，为华北平原农业生产采取措施应对气候变化提供科学依据。【方法】采用分期播种方法，于2017—2023年在华北北部的河北固城农业气象国家野外科学观测研究站开展冬小麦和夏玉米的大田分期（早播10 d、正常播期、晚播10 d、晚播20 d）播种试验，获取冬小麦和夏玉米的生育进程、地上干物质累积和分配、叶片光合特性、籽粒灌浆速率以及产量农艺性状和籽粒营养成分等资料。【结果】冬小麦全生育期随播期推迟而缩短，主要原因在于冬前幼苗期缩短；夏玉米全生育期与播期呈抛物线关系，播期每推迟10 d，幼苗期缩短1.3 d，花粒期和籽粒形成-灌浆期分别延长1.5和1.6 d。冬小麦、夏玉米籽粒灌浆过程对播期调整的响应完全不同，冬小麦籽粒灌浆特征在播期间反应并不敏感，夏玉米籽粒灌浆速率在播期间差异较小，但籽粒形成期、灌浆结束日期和峰值日期因播期推迟顺次延后，且灌浆持续日数因播期每推迟10 d，灌浆持续日数缩短4 d。北方麦区在秋暖和冬暖背景下，冬小麦播种期界限延宽，播期对产量的影响明显减弱，播期推迟配套增加播种量，产量不减且会小幅增产；夏玉米产量随播期推迟明显递减，理论产量播期每推迟10 d递减率1 381.50 kg·hm-2，但冬小麦和夏玉米晚播20 d产量都凸显跳跃变小。播期每推迟10 d，冬小麦籽粒分配率递增1.67%，夏玉米则递减1.57%，冬小麦收获指数提高0.017，而夏玉米降低0.016。冬小麦和夏玉米叶片光合速率（Pn）对播期的响应亦不同，冬小麦播期间的Pn较为相近，而夏玉米播期每推迟10 d Pn递减率1.21μmol·m-2·s-1。播期调整对华北北部冬小麦、夏玉米籽粒品质不会产生明显影响。【结论】气候变暖背景下我国北方冬小麦延迟播种，延宽适宜播种期是适应气候变暖的积极有效措施，华北平原夏玉米适期早播可避免高温热害影响，有助于稳产增产。

关键词：冬小麦夏玉米播期调整产量品质

中国东部不同污染环境中气溶胶吸湿性的差异及其成因

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大气科学学报 2024年第4期47卷 592-603页

作者：崔晨王玉莹张睿吴昊南京信息工程大学大气物理学院/中国气象局气溶胶-云-降水重点开放实验室江苏南京210044 南京信息工程大学国家综合气象观测专项试验外场江苏南京210044 成都信息工程大学电子工程学院四川成都610225

气溶胶吸湿性与其光学性质、活化能力和生命周期等密切相关。本研究基于华北和长三角地区6个典型站点的吸湿性-串联差分电迁移率分析仪观测数据,开展气溶胶吸湿性的对比分析。研究发现华北地区气溶胶吸湿性整体强于长三角地区,不同污染... 详细信息

气溶胶吸湿性与其光学性质、活化能力和生命周期等密切相关。本研究基于华北和长三角地区6个典型站点的吸湿性-串联差分电迁移率分析仪观测数据,开展气溶胶吸湿性的对比分析。研究发现华北地区气溶胶吸湿性整体强于长三角地区,不同污染环境下粒子混合状态存在明显差别。人为一次排放产生的大量疏水性物质能够削弱气溶胶吸湿性,增强粒子外混程度;而二次生成过程(如光化学反应)产生的强吸湿性物质能够增强气溶胶吸湿性,同时增强粒子内混程度,造成两个地区不同站点间同一模态气溶胶吸湿性参数存在显著差异。一般情况下,积聚模态粒子吸湿性强于核模态粒子。特别地,受频繁的新粒子生成事件影响,邢台站点的核模态气溶胶也具有较强的吸湿性。以上结果表明,不同污染环境中气溶胶吸湿性存在明显差异,在进行气溶胶吸湿性的模拟实验及研究其对雾霾形成的影响时应注意区分。

关键词：气溶胶吸湿性 H-TDMA 外场观测中国东部

EnKF同化葵花8号卫星全天空红外辐射率对一次暖区暴雨的预报影响

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中国科学:地球科学 2024年第10期54卷 3162-3179页

作者：娄珊珊朱磊邱学兴陈光舟袁松周胜男安徽省气象台大气科学与卫星遥感安徽省重点实验室南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/气候与环境变化国际合作联合实验室淮河流域气象中心寿县国家气候观象台中国气象局淮河流域典型农田生态气象野外科学试验基地寿县国家综合气象观测专项试验外场

暖区暴雨局地性强,天气系统和触发机制不明显,导致数值模式对其预报能力有限.本文基于集合卡尔曼滤波(PSU-EnKF)同化系统和区域中尺度模式WRF,针对华东一次暖区暴雨过程,开展全天空红外辐射率资料同化模拟试验,探讨同化葵花8号(Himawari... 详细信息

暖区暴雨局地性强,天气系统和触发机制不明显,导致数值模式对其预报能力有限.本文基于集合卡尔曼滤波(PSU-EnKF)同化系统和区域中尺度模式WRF,针对华东一次暖区暴雨过程,开展全天空红外辐射率资料同化模拟试验,探讨同化葵花8号(Himawari-8)水汽通道的全天空红外辐射率对此次暖区暴雨的预报能力改进的影响.结果表明:逐小时循环同化多个时次的全天空红外辐射率资料,能够有效改进此次暖区暴雨的预报效果,暴雨TS评分显著提高,模拟的3h降水位置和强度更接近实况.这些改进源于在同化中加入了云区辐射率资料,使得模式初始场中包含了更多的中尺度对流信息.同化后对水汽场的调整,如增湿和水汽的输送;风场的调整,如中层冷空气的侵入和低层幅合切变的加强等,都是影响本次暖区暴雨预报的关键因子.

关键词：集合卡尔曼滤波 WRF模式葵花8号全天空红外辐射率暖区暴雨

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