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2002~2022年北京大气气溶胶光学特性的地基遥感连续观测

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大气科学 2024年第1期48卷 347-358页

作者：陈洪滨施红蓉范学花夏祥鳌中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室北京100029 中国气象局大气探测重点开放实验室北京100081 中国气象局气象探测工程技术研究中心北京100081 中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室北京100029

长时间序列的气溶胶光学特性观测资料是定量研究气溶胶辐射和气候效应的重要基础,也是空气质量和环境健康研究的重要数据来源。本文系统评述了全球AERONET(Aerosol Robotic Network)观测网,并介绍了我国最长观测时间的AEROENT北京站发... 详细信息

长时间序列的气溶胶光学特性观测资料是定量研究气溶胶辐射和气候效应的重要基础,也是空气质量和环境健康研究的重要数据来源。本文系统评述了全球AERONET(Aerosol Robotic Network)观测网,并介绍了我国最长观测时间的AEROENT北京站发展状况和一些研究成果;使用北京站长达20余年的观测数据,针对AERONET观测网的光学辐射产品的多时间尺度变化特征进行系统分析,讨论了长期观测的重要性和迫切性。

关键词：气溶胶光学特性 AERONET(Aerosol Robotic Network)北京站气候效应

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正极性人工触发闪电的向上负先驱脉冲放电过程研究

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大气科学 2024年第2期48卷 497-506页

作者：吕冠霖蒋如斌李宗祥袁善锋张鸿波李晓刘昆陈睿凌刘明远成都信息工程大学电子工程学院成都610225 中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室北京100029 国民核生化灾害防护国家重点实验室北京102205 中国科学院大学北京100049 中国科学技术大学合肥230026

利用人工触发正极性闪电的综合同步探测资料,对引雷火箭上升过程中发生于金属导线顶端的向上负先驱脉冲放电过程进行了研究。除常规认识的峰值电流为十几到几十安培的先驱脉冲放电以外,高垂直分辨率电流探测系统记录到丰富的弱脉冲放电... 详细信息

利用人工触发正极性闪电的综合同步探测资料,对引雷火箭上升过程中发生于金属导线顶端的向上负先驱脉冲放电过程进行了研究。除常规认识的峰值电流为十几到几十安培的先驱脉冲放电以外,高垂直分辨率电流探测系统记录到丰富的弱脉冲放电过程。所有孤立发生的脉冲放电,均为弱脉冲,且在所有常规强度的先驱脉冲(簇)放电之前约20μs,均识别到这种弱脉冲。对测量到的弱脉冲、脉冲型脉冲和波纹型脉冲进行统计,得到了各自的峰值电流(3.6 A、32.2 A、11.1 A)、上升时间(0.39μs、0.9μs、3.2μs)、持续时间(2.8μs、5.1μs、12.7μs)和转移电荷量(4.7μC、50.8μC、83.2μC)。常规强度的先驱脉冲形成了可探测的发光通道,簇状先驱脉冲的放电通道具有与自持先导初始阶段相一致的梯级发展传输特征,二维平均速度在105 m s^(−1)量级。分析相邻先驱脉冲发光通道的时空关系,发现后一次先驱脉冲放电通道的起始高度一般位于前一次先驱脉冲放电通道的顶端,通道梯级延伸时电荷分布的调整降低了通道区域的电场强度。先驱脉冲放电是金属导线顶端形成了先导但又由于条件不足而熄灭的过程。

关键词：人工触发闪电负极性先驱脉冲击穿先导

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温室气体、气溶胶和太平洋年代际振荡对亚洲高山区降水变化的共同作用

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科学通报 2024年第10期69卷 1253-1256页

作者：江洁周天军中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

以青藏高原为主体的亚洲高山区孕育并滋养了亚洲多条重要的河流.亚洲高山区是气候变化的敏感区,同时也是生态环境的脆弱区.在全球增温背景下,亚洲高山区水循环发生了前所未有的变化,面临冰川退缩、积雪减少、多年冻土消融等问题.亚洲高... 详细信息

以青藏高原为主体的亚洲高山区孕育并滋养了亚洲多条重要的河流.亚洲高山区是气候变化的敏感区,同时也是生态环境的脆弱区.在全球增温背景下,亚洲高山区水循环发生了前所未有的变化,面临冰川退缩、积雪减少、多年冻土消融等问题.亚洲高山区陆地水储量的变化具有明显的空间异质性,这与过去几十年该地区降水的“双核型”变化有关[1].多源观测资料分析表明,20世纪70年代以来亚洲高山区北部降水增多,而包括喜马拉雅山脉在内的高原东南部地区降水则减少[1,2].

关键词：温室气体山区降水喜马拉雅山脉冰川退缩多年冻土水循环空间异质性生态环境

北京夏季一次深对流过程对不同溶解度气体垂直输送的模拟

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气候与环境研究 2024年第4期29卷 465-477页

作者：吴敏凡卞建春雒佳丽王辉李丹王澜白志宣兰州大学大气科学学院兰州730000 中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 北京市气象探测中心北京100089

利用中尺度大气化学模式WRF-Chem,对2012年7月21日北京及其周边地区一次深对流过程中大气成分垂直输送过程进行了模拟,量化深对流系统对大气中不同溶解度气体成分再分布的贡献。将本次模拟个例与微波临边观测仪(Microwave Limb Sounder,... 详细信息

利用中尺度大气化学模式WRF-Chem,对2012年7月21日北京及其周边地区一次深对流过程中大气成分垂直输送过程进行了模拟,量化深对流系统对大气中不同溶解度气体成分再分布的贡献。将本次模拟个例与微波临边观测仪(Microwave Limb Sounder,MLS)卫星数据的对比发现,数值模拟可以较好地再现深对流天气过程中大气成分CO和O_(3)的分布特征。在本次模拟个例中,从CO、O_(3)、SO_(2)和NH_(3)等不同溶解度气体体积浓度随时间和高度的变化特征发现:深对流可以将不同溶解度的气体输送到对流层上层,甚至进入到平流层下层;在对流层上层,不易溶的CO(O_(3)),其体体积浓度由对流发生前期的70 ppb(1 ppb=10^(-9))(220 ppb)增加(降低)到对流最强盛期的111 ppb(102 ppb),增加(降低)的百分比为58.6%(53.6%);而易溶的SO_(2)和NH_(3),在对流层上层,其体积浓度分别由对流前期的0.036 ppb和0.011 ppb增加到对流最强盛期的0.4 ppb和0.15 ppb,增加的百分比为1011.1%和1263.6%。

关键词：大气成分气体溶解度深对流垂直输送

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基于纹理特征的深度学习云和云阴影检测

计算机工程与设计 2024年第5期45卷 1580-1587页

作者：张昊焦瑞莉乔聪聪霍娟宗雪梅北京信息科技大学信息与通信工程学院北京100101 中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室北京100029

针对云和云阴影检测过程中存在边界不准确以及易与地表混淆等问题,构建一种融合纹理特征模块的卷积神经网络模型对Landsat 8遥感图像进行云和云阴影检测。引入基于统计特性的纹理特征模块进行纹理特征的提取和学习,在训练过程采用焦点... 详细信息

针对云和云阴影检测过程中存在边界不准确以及易与地表混淆等问题,构建一种融合纹理特征模块的卷积神经网络模型对Landsat 8遥感图像进行云和云阴影检测。引入基于统计特性的纹理特征模块进行纹理特征的提取和学习,在训练过程采用焦点损失函数削弱样本不均衡带来的影响。实验结果表明,该模型细化了云和云阴影的边界等纹理细节,减少了云和云阴影的误检和漏检现象,提高了云和云阴影的检测精度。

关键词：云检测云阴影检测统计特性纹理特征卷积神经网络遥感图像焦点损失函数

变暖背景下黄河源区气候响应特征及对径流的影响

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中国科学：地球科学 2024年第3期54卷 862-873页

作者：张一然周德刚郭晓峰中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心北京100029 中国科学院大学北京100049 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室北京100029

在全球变暖背景下,过去几十年里黄河源区的气候和径流发生了明显变化,影响着黄河流域的水资源和生态环境安全.利用唐乃亥水文站的径流数据、黄河源区及周边气象台站的观测数据以及多种蒸散发数据集,本文分析了黄河源区径流和部分气候因... 详细信息

在全球变暖背景下,过去几十年里黄河源区的气候和径流发生了明显变化,影响着黄河流域的水资源和生态环境安全.利用唐乃亥水文站的径流数据、黄河源区及周边气象台站的观测数据以及多种蒸散发数据集,本文分析了黄河源区径流和部分气候因子的变化情况,结果显示:黄河源区径流在1960~1989年相对偏多,此后径流锐减;2005年后有所恢复,但相对于1960~1989年仍然偏少10%;源区降水变化与径流变化相似,在20世纪90年代相对偏少,但2003年后明显增加且比1960~1989年平均增加31.4mm,相对偏多6%;黄河源区气温在1960~2017年持续增加, 1990年后蒸散发也呈上升趋势.进一步分析了黄河源区气候因子时空变化对径流的影响,结果表明:1990~2002年间源区降水量和强降水发生频数的减少是导致该时段径流偏少的重要原因;2003年以后源区东南部主要产流区的降水增加有限但整个源区蒸散发随温度升高而普遍增加,使得源区各子区域的实际产流能力可能依然偏低,导致源区径流持续偏少.黄河源区的这种气候响应将不利于未来径流的增加,希望本研究能为变暖背景下黄河源区及黄河流域水资源的未来规划和管理提供参考.

关键词：黄河源区气候响应径流变化蒸散发降水

北半球高纬度多年冻土区对全球野火燃烧碳排放的贡献

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中国科学:地球科学 2024年第10期54卷 3292-3304页

作者：朱星儒徐希燕贾根锁中国科学院大气物理研究所东亚区域气候-环境重点实验室中国科学院大学地球与行星科学学院

野火是多年冻土区生态系统的主要扰动形式之一,近年来有逐渐增强的趋势.多年冻土区的野火不仅燃烧地上和地下有机质,还会促进冻土融化,从而向大气中释放大量二氧化碳、甲烷等温室气体,但目前对于北半球高纬度多年冻土区对全球野火燃烧... 详细信息

野火是多年冻土区生态系统的主要扰动形式之一,近年来有逐渐增强的趋势.多年冻土区的野火不仅燃烧地上和地下有机质,还会促进冻土融化,从而向大气中释放大量二氧化碳、甲烷等温室气体,但目前对于北半球高纬度多年冻土区对全球野火燃烧碳排放贡献的认识仍然有限.本研究利用卫星遥感与地面观测资料相结合的野火燃烧碳排放数据,分析了21世纪以来北半球高纬度多年冻土区地上和地下燃料燃烧分别对全球野火燃烧碳排放的贡献及其时空变化特征.研究发现, 2002～2020年期间,多年冻土区生态系统约贡献全球野火燃烧碳排放的11.96%,其中地上燃烧碳排放约贡献全球地上野火燃烧碳排放的3.94%、地下燃烧碳排放约贡献全球地下燃烧碳排放的63.57%.整个北半球高纬度多年冻土区对全球的贡献在7月和8月增加最为显著,而连续冻土区(冻土覆盖范围大于90%的区域)则在6月和7月增加最为显著.北半球高纬度多年冻土区的地上和地下燃烧对全球的野火燃烧排放量贡献都在增加,主要是因为全球的燃烧排放总量在减少,而北半球高纬度多年冻土区的野火燃烧排放量在增加,其中连续冻土区燃烧排放量的增加和对全球贡献的增长最为显著.本研究强调了北半球高纬度多年冻土区野火,尤其是地下生物质燃烧导致的碳排放,对全球燃烧碳排放的重要贡献.野火导致的多年冻土区有机碳分解和燃烧向大气中释放更多的温室气体,进而可能增强大气温室气体累积和气候变暖之间的正反馈效应.

关键词：野火多年冻土碳排放气候变化地下燃料消耗

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杭州地区大气臭氧浓度垂直分布

中国环境科学 2024年第9期44卷 4754-4764页

作者：齐冰徐晓飞靳军莉杨欣洁牛彧文张金强杭州市气象局浙江杭州310051 浙江临安大气成分本底国家野外科学观测研究站浙江杭州311307 中国气象局气象探测中心北京100081 浙江省气象科学研究所浙江杭州310056 中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境观测重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

利用国产双池型电化学反应臭氧探空仪在杭州开展为期1年(2021年12月~2022年11月)观测,分析了该地区臭氧廓线垂直分布、臭氧柱总量以及对流层臭氧柱含量特征,并评估AIRS和MLS反演的臭氧廓线产品以及AIRS、OMIDOAS和TROPOMI反演的臭氧柱... 详细信息

利用国产双池型电化学反应臭氧探空仪在杭州开展为期1年(2021年12月~2022年11月)观测,分析了该地区臭氧廓线垂直分布、臭氧柱总量以及对流层臭氧柱含量特征,并评估AIRS和MLS反演的臭氧廓线产品以及AIRS、OMIDOAS和TROPOMI反演的臭氧柱总量产品.结果表明,臭氧探空仪与地面原位臭氧分析仪观测结果具有高一致性.杭州地区臭氧垂直结构呈显著月变化特征,5月在上对流层-下平流层区域(12~16km高度范围)呈现高浓度臭氧的下传结构.4~9月在边界层附近1.5km高度以下观测到高浓度臭氧含量层.边界层内臭氧含量夏季最高,垂直变化不明显;其次是春季、秋季和冬季,均表现为随高度增加而增大.臭氧探空廓线与卫星反演臭氧垂直廓线吻合较好,在对比高度范围内相对偏差大多<10%.杭州地区臭氧柱总量和对流层柱含量平均值分别为302.1DU和40.5DU,呈明显季节变化特征.臭氧柱总量和对流层柱含量最高的季节分别为春季和夏季,5月对流层臭氧柱含量最高.臭氧探空柱总量与AIRS、OMI DOAS和TROPOMI反演臭氧柱总量一致性较好,相关系数分别为0.78、0.88和0.76.

关键词：臭氧探空臭氧垂直分布臭氧柱总量卫星反演杭州地区

基于傅里叶变换红外光谱技术观测海边大气水汽及其稳定同位素

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中国激光 2024年第5期51卷 235-244页

作者：吴鹏单昌功王薇谢宇祝钱钱梁彬曾祥昱彭璇刘诚中国科学技术大学安徽合肥230031 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230026 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230026 合肥学院自动化系安徽合肥230601 中层大气和全球环境探测重点实验室北京100084 粤港澳环境质量协同创新联合实验室广东广州510000 国家环境保护大气复合污染来源与控制重点实验室北京100084

傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术已被广泛用于监测环境大气中的温室气体和痕量污染气体。本课题组基于便携式傅里叶变换红外光谱仪(EM27/SUN)收集的近红外太阳吸收光谱,利用非线性最小二乘拟合光谱反演算法,反演了深圳市沿海大气水汽及其... 详细信息

傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术已被广泛用于监测环境大气中的温室气体和痕量污染气体。本课题组基于便携式傅里叶变换红外光谱仪(EM27/SUN)收集的近红外太阳吸收光谱,利用非线性最小二乘拟合光谱反演算法,反演了深圳市沿海大气水汽及其稳定同位素HDO的柱浓度,并计算了水汽同位素比值δD以及水汽蒸散同位素δD_(ET)。在2023年2月27日到3月11日观测期间,干空气柱平均摩尔混合比X_(H_(2)O)的平均值为3226.11 mg/kg,标准偏差为27.42 mg/kg,ln(X_(H_(2)O))与大气地表温度高度相关,相关系数为0.94。观测期间,水汽同位素比δD在-122.52‰和-16.54‰之间变化。利用Rayleigh蒸馏模型理解δD与水汽柱浓度之间的关系,结果发现ln(δD×1000+1)与ln(X_(H_(2)O))之间有着显著的相关性(R=0.74),表明该地区大气水汽稳定同位素变化与水汽系数变化有着较大的相关性。最后,利用Keeling比值分析方法进行分析,结果显示,大气水汽蒸散同位素特征δD_(ET)在(-289.92±8.89)‰和(21.79±7.19)‰之间变化。便携式FTIR光谱仪及其测量方法能够被用于准确观测大气水汽及其稳定同位素的时间变化,为海边大气水循环研究提供了基础数据。

关键词：光谱学近红外光谱傅里叶变换红外光谱技术水汽稳定同位素