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2024年汛期气候趋势预测与展望

气候与环境研究 2024年第4期29卷 507-518页

作者：范方兴郑飞彭京备陈红郎咸梅张汇玮马洁华李超凡宗海锋包庆胡帅董啸刘永田宝强王磊穆松宁林朝晖张庆云周天军中国科学院大气物理研究所北京100029

2024年3月,中国科学院大气物理研究所开展汛期(6~8月)全国气候趋势预测会商会。通过综合分析大气所各数值模式和统计模型的预测结果,在未来3~5个月热带中东太平洋从El Niño事件恢复至正常状态的背景下,预计2024年汛期(6~8月),东北大部... 详细信息

2024年3月,中国科学院大气物理研究所开展汛期(6~8月)全国气候趋势预测会商会。通过综合分析大气所各数值模式和统计模型的预测结果,在未来3~5个月热带中东太平洋从El Niño事件恢复至正常状态的背景下,预计2024年汛期(6~8月),东北大部分地区、华北东部、黄河下游、长江中下游、西藏大部、陕西南部、西南地区南部和东部降水正常略偏多,其中东北的北部和东部以及长江中下游地区降水偏多2~5成,可能发生局地洪涝灾害。全国其他大部分地区降水正常略偏少,其中新疆北部至内蒙古西部和华南地区降水偏少2~5成,可能发生阶段性高温热浪。预计2024年夏季登陆台风数量略偏少。由于未来El Niño事件的衰减速度、热带印度洋和北大西洋海温异常的演变趋势以及西太平洋副热带高压和中高纬度环流的季节内变化等诸多因素都具有不确定性,因此此次汛期降水预测结果也存在一定的不确定性。

关键词：汛期气候预测厄尔尼诺—南方涛动西太平洋副热带高压中高纬度环流东亚夏季风夏季降水异常

基于随机森林模型评估冬奥会期间太原市大气氨的气象和排放影响

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地球与环境 2024年

作者：任明权崔阳郭利利何秋生吉东生王跃思太原科技大学环境与资源学院山西职业技术学院材料环境工程系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

为保障第24届冬季奥林匹克运动会期间（2022年2月4日至20日）的空气质量，太原市实施了一系列人为管控（机动车限行和工业企业减产）措施。为评估短期控制措施对城市大气NH3的影响，本研究使用MARGA仪器于2022年1月1日至2月20日期间在... 详细信息

为保障第24届冬季奥林匹克运动会期间（2022年2月4日至20日）的空气质量，太原市实施了一系列人为管控（机动车限行和工业企业减产）措施。为评估短期控制措施对城市大气NH3的影响，本研究使用MARGA仪器于2022年1月1日至2月20日期间在太原市一城市站点对小时分辨率的气态NH3及水溶性离子进行了在线观测，分析了其污染特征并采用随机森林模型评估了气象和排放的影响。研究结果表明冬奥会管控期C2（1月30日至2月20日）NH3浓度（5.4±3.3μg/m3）低于管控前时段C1（1月1日至1月29日；8.4±3.9μg/m3）36.0%。与C1期间相比，C2期间更高的风速（1.8±0.8 m/s）和大气边界层高度（508.1±636.7 m）有利于污染物扩散，而C2期间酸性气体NO2（47.8%）和SO2浓度（33.2%）的显著降低会通过气相分配提升NH3浓度，表明气象和化学因素会干扰排放变化对NH3影响评估。随机森林模型分析结果显示C2期间NH3、NH4+和TNHx（NH3+NH4+）气象归一化浓度较C1时期分别下降25.2%、21.3%和20.3%。TNHx由于综合考虑人为排放和二次转化的影响能更好地反映人为排放造成NH3的真实变化。C2期间人为减排和气象因素对TNHx下降的贡献分别为39.5%和60.5%，表明在有利的气象条件影响下人为减排进一步降低了TNHx浓度。研究结果可为其他区域评估管控措施对环境空气质量的影响提供一定的科学参考。

关键词：氨气气粒转化随机森林模型冬奥会

北京地区重霾污染过程颗粒物酸度演变特征及其驱动机制

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气候与环境研究 2024年第2期29卷 193-204页

作者：王爽王恒阳程萌田刘子锐王跃思吉林省突发事件预警信息发布中心长春130062 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理与大气化学国家重点实验室北京100029 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033 中国科学院大学北京100049

基于北京秋冬季重霾污染时期细颗粒物化学组分和气态前体物的小时观测数据,通过ISORROPIA II模型模拟颗粒物酸度,并利用敏感性分析方法研究颗粒物酸度的驱动因子。结果表明:2017~2019年秋冬季,北京3次重霾污染事件颗粒物pH的平均值分别... 详细信息

基于北京秋冬季重霾污染时期细颗粒物化学组分和气态前体物的小时观测数据,通过ISORROPIA II模型模拟颗粒物酸度,并利用敏感性分析方法研究颗粒物酸度的驱动因子。结果表明:2017~2019年秋冬季,北京3次重霾污染事件颗粒物pH的平均值分别为4.52±0.52、5.19±0.28和5.03±0.79;从清洁阶段到中度污染阶段和从中度污染阶段到重度污染阶段,颗粒物pH平均值分别下降0.72~1.07和0.3~1.03,即随着污染的加重,颗粒物pH呈现下降趋势;颗粒物pH对化学组分变化的响应不同,主要受TNHx[总铵(气态氨+颗粒态铵盐)]和SO_(4)^(2−)影响,受环境温度和湿度变化的影响有限;颗粒物pH对TNHx的敏感性依次高于SO_(4)^(2−)高于NO_(3)^(−),且高的TNHx水平会降低颗粒物pH对SO_(4)^(2−)(TNHx>47μg/m^(3))和NO_(3)^(−)(TNHx>30~40μg/m^(3))的敏感性;北京重霾污染时期,大气处于富氨状态,抬升颗粒物pH至4以上;在重霾污染事件中,颗粒物pH及变化的幅度与总铵水平和颗粒物pH对SO_(4)^(2−)、NO_(3)^(−)的敏感性有关,这为厘清二次气溶胶生成机制提供有效参考。

关键词： ISORROPIA Ⅱ模型颗粒物酸度水溶性离子氨气

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非纬向基本流上的斜压扰动

大气科学 2024年第4期48卷 1357-1365页

作者：林一骅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

本文基于能量方法研究了时间平均的非纬向基本流的稳定性以及该基本流上斜压扰动的发展,并探讨了经向基本气流对于扰动发展的作用。从广义能量方程得到了时间平均的非纬向基本流的稳定性条件,并用扰动能量方程研究了正压发展(衰减)和斜... 详细信息

本文基于能量方法研究了时间平均的非纬向基本流的稳定性以及该基本流上斜压扰动的发展,并探讨了经向基本气流对于扰动发展的作用。从广义能量方程得到了时间平均的非纬向基本流的稳定性条件,并用扰动能量方程研究了正压发展(衰减)和斜压发展(衰减)的扰动结构及其与基本流的配置关系。研究发现,以急流轴为中心,对于正压发展的扰动,其流线在水平面上向基本气流来流方向的下游倾斜,而对于正压衰减的扰动,其流线在水平面上向基本气流来流方向的上游倾斜。对流层大气中,斜压发展的扰动,其流线在垂直剖面上随高度增加向基本气流来流方向的上游倾斜,而斜压衰减的扰动,其流线在垂直剖面上随高度增加向基本气流来流方向的下游倾斜。经向基本气流的存在会促进并加强扰动的发展,令扰动更加不稳定。

关键词：非纬向基本流稳定性斜压扰动发展经向基本气流

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大气热带波动研究进展

大气科学 2024年第1期48卷 305-320页

作者：武亮冯涛黄荣辉中国科学院大气物理研究所北京100029 中国气象局上海台风研究所上海200030 河海大学海洋学院南京210098

本文简要回顾了热带波动的浅水理论解及对应的波动特征。系统介绍了从观测资料中区分和分离热带波动的信号的方法,指出近年来在热带波动观测和分离研究方面取得了明显进展,许多不同于经典波动理论的新特征被揭示。在此基础上回顾了几种... 详细信息

本文简要回顾了热带波动的浅水理论解及对应的波动特征。系统介绍了从观测资料中区分和分离热带波动的信号的方法,指出近年来在热带波动观测和分离研究方面取得了明显进展,许多不同于经典波动理论的新特征被揭示。在此基础上回顾了几种影响波动演变的机制(如,波流相互作用、波动—积云对流相互作用、水汽作用等)来部分解释观测热带波动与理论的差异的可能原因。这些研究表明局地大尺度环流和湿对流等在热带波动结构演变、强度和位置中有着重要作用。文中还综述了热带波动对热带气旋生成和路径的影响及可能机制,这表明热带波动的变化能够较好解释热带天气(如,热带气旋)的变化特征。最后,大气热带波动研究依然有许多科学问题亟待解决,它对于大气科学发展具有重要科学意义。

关键词：大气热带波动浅水方程解观测特征和机理热带气旋

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共沉淀纳米粉体制备Yb:CaF2激光陶瓷及其性能研究（英文）

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无机材料学报 2019年第12期34卷 1341-1348页

作者：韦家蓓 TOCI Guido PIRRI Angela PATRIZI Barbara 冯亚刚 VANNINI Matteo 李江中国科学院上海硅酸盐研究所透明光功能无机材料重点实验室上海200050 中国科学院大学材料科学与光电工程中心北京100049 意大利国家研究委员会国立光学研究所佛罗伦萨50019 意大利国家研究委员会“Carrara”应用物理研究所佛罗伦萨50019 意大利国家研究委员会国立光学研究所比萨56124

利用共沉淀法合成的粉体,通过真空烧结结合热压烧结后处理制备了掺镱的氟化钙透明陶瓷(Yb:CaF2)。在600℃预烧1 h,700℃热压烧结2 h制备的5at%Yb:CaF2透明陶瓷在1200 nm处的直线透射率达到92.0%。对陶瓷的显微结构、光谱特性和激光性能... 详细信息

利用共沉淀法合成的粉体,通过真空烧结结合热压烧结后处理制备了掺镱的氟化钙透明陶瓷(Yb:CaF2)。在600℃预烧1 h,700℃热压烧结2 h制备的5at%Yb:CaF2透明陶瓷在1200 nm处的直线透射率达到92.0%。对陶瓷的显微结构、光谱特性和激光性能进行了测试和讨论。研究结果表明,陶瓷样品的显微结构均匀,平均晶粒尺寸为360 nm。此外,计算得到Yb:CaF2陶瓷在977nm处的吸收截面和1030nm处的发射截面分别为0.39×10–20和0.26×10–20cm2。最后,对Yb:CaF2陶瓷激光性能进行了表征,得到最大输出功率为0.9 W,最大斜率效率为23.6%。

关键词： Yb:CaF2 共沉淀法两步烧结激光陶瓷光学性能

固体激光用Nd:Lu_(2)O_(3)透明陶瓷的制备和光学性能研究

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无机材料学报 2021年第2期36卷 210-216页

作者：刘子玉 TOCI Guido PIRRI Angela PATRIZI Barbara 冯亚刚陈肖朴胡殿君田丰吴乐翔 VANNINI Matteo 李江中国科学院上海硅酸盐研究所透明光功能无机材料重点实验室上海201899 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 意大利国家研究委员会国立光学研究所佛罗伦萨50019 意大利国家研究委员会“Carrara”应用物理研究所佛罗伦萨50019

Nd:Lu_(2)O_(3)材料由于具有高热导率、低声子能量和优异的光学特性而成为非常有前景的高功率固体激光器用的增益介质。但Lu_(2)O_(3)单晶的熔点超过2400℃,难以生长,而Lu_(2)O_(3)陶瓷既能在低温下制备,又具有与晶体相当的光学性质和... 详细信息

Nd:Lu_(2)O_(3)材料由于具有高热导率、低声子能量和优异的光学特性而成为非常有前景的高功率固体激光器用的增益介质。但Lu_(2)O_(3)单晶的熔点超过2400℃,难以生长,而Lu_(2)O_(3)陶瓷既能在低温下制备,又具有与晶体相当的光学性质和激光性能从而备受关注。本研究制备了高透明的Nd:Lu_(2)O_(3)陶瓷并对其光学性质和激光性能进行探究。以共沉淀法制备的纳米粉体为原料,采用真空烧结结合热等静压(HIP)两步烧结法制备了1.0at%Nd:Lu_(2)O_(3)透明陶瓷。对制备的粉体、素坯和陶瓷的微结构进行了表征:HIP后处理的陶瓷平均晶粒尺寸是724.2nm。厚度为1.0mm的1.0at%Nd:Lu_(2)O_(3)透明陶瓷在1100 nm处的直线透过率是82.4%,样品在806 nm处的吸收截面为1.50×10^(-20)cm^(2),而根据荧光光谱计算得到的发射截面为6.5×10^(–20)cm^(2)。分别在878.8和895.6 nm波长激发下,1.0at%Nd:Lu_(2)O_(3)透明陶瓷(4)^F3/2→(4)^I11/2跃迁的平均荧光寿命均为169ms。当输出耦合镜的透过率TOC=2.0%时,退火后的1.0at%Nd:Lu_(2)O_(3)透明陶瓷获得了最大输出功率为0.47 W的准连续(QCW)激光输出,斜率效率为8.7%。本研究成功制备了显微结构均匀、高透明度的1.0at%Nd:Lu_(2)O_(3)陶瓷,并展示了其在固体激光增益介质领域的广阔应用潜力。

关键词： Nd:Lu2O3透明陶瓷共沉淀法两步烧结光学性能激光性能

TiB_(2)/WS_(2)复合薄膜退火处理下的结构演变与磨损失效分析

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中国表面工程 2024年第3期37卷 220-231页

作者：刘进龙李红轩吉利刘晓红张定军中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730000 兰州理工大学材料科学与工程学院兰州730030

在严苛的航空航天工况环境下,WS_(2)基复合薄膜在减摩耐磨方面的结构演变和失效规律仍须进一步探索。为扩展其在温域上的应用范围,采用磁控溅射技术在硅片和718高温合金块上沉积TiB_(2)/WS_(2)复合薄膜,分别在200、450和600℃大气环境... 详细信息

在严苛的航空航天工况环境下,WS_(2)基复合薄膜在减摩耐磨方面的结构演变和失效规律仍须进一步探索。为扩展其在温域上的应用范围,采用磁控溅射技术在硅片和718高温合金块上沉积TiB_(2)/WS_(2)复合薄膜,分别在200、450和600℃大气环境下对复合薄膜进行退火处理。利用扫描电子显微镜、透射电镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、纳米压痕仪和球盘高温摩擦试验机等分析技术对退火处理前后薄膜的组分、结构、力学性能和摩擦磨损性能进行研究。结果表明:随着退火温度的升高,复合薄膜中硫元素的分解率增大,S/W比降低,薄膜氧化程度增加。未退火处理薄膜在摩擦过程中由于形成易于剪切滑移的WS_(2)(002)晶体取向结构保持了低且稳定的摩擦因数。200℃退火处理后薄膜的致密性增加,硬度得到明显的提升,显示良好的减摩耐磨性能[摩擦因数所造成的。通过观察退火处理前后复合薄膜微观结构的变化明确了其在不同温度下的磨损失效演化规律。

关键词： TiB_(2)/WS_(2)复合薄膜退火处理硫元素流失摩擦磨损

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印-太暖池高温暖水的移位与南海夏季风爆发

气象学报 2024年第1期82卷 55-67页

作者：刘秦玉宋子涵郑小童解晗中国海洋大学物理海洋实验室海洋与大气学院青岛266100

为了揭示高温暖水在中国南海(文中简称南海)夏季风爆发中所起的作用,依据欧洲中期天气预报中心发布的第5代全球大气海洋再分析资料,发现气候平均意义下印度洋—太平洋暖池中30℃以上高温暖水会在5月出现移位:5月上旬高温暖水出现在孟加... 详细信息

为了揭示高温暖水在中国南海(文中简称南海)夏季风爆发中所起的作用,依据欧洲中期天气预报中心发布的第5代全球大气海洋再分析资料,发现气候平均意义下印度洋—太平洋暖池中30℃以上高温暖水会在5月出现移位:5月上旬高温暖水出现在孟加拉湾中部,而到下旬消退并移位到南海南部。通过分析局地天气尺度的海洋-大气相互作用过程,揭示了上述高温暖水月内移位的物理机制:在孟加拉湾夏季风爆发后,逐渐增强的潜热释放和减少的短波辐射会导致孟加拉湾高温暖水的面积逐渐缩小;与此同时,在副热带高压影响下,南海菲律宾岛西南高温暖水出现,并因其面积逐渐增大,并与泰国湾的高温暖水共同构成了南海南部的高温暖水。研究发现南海季风爆发几乎都出现在上述高温暖水移位之后,因此孟加拉湾中部和南海南部海表温度的差由正转负可以作为南海季风爆发的先兆。

关键词：夏季风爆发孟加拉湾中国南海暖水天气尺度海-气相互作用