2008年 第13卷 第5期
2008, 13(5): 585-597.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2008.05.01
摘要:
使用前苏联Valdai 1966～1971年的气象观测资料，研究了通用陆面模式(Common Land Model，CoLM)模拟的水分循环和地表通量在12种土壤质地和8种土壤亮度条件下的差异。结果表明，在相同的气象条件下，模拟的热通量对土壤质地和亮度都比较敏感，而地表水文过程只对土壤质地敏感。土壤亮度相同时，相对砂性土壤，粘土含量高的土壤保水性强，土壤湿度、地表蒸发和径流量都比较大（月均最大差值：土壤湿度约为5 kg·m-2，地表蒸发和径流量约为年降水量的7%和1.2 %），相应地在热通量分配上存在明显差异（月均最大差值为8 W·m-2）；土壤质地相同，亮度由亮变暗时，潜热通量变化很小，地表温度略有升高，而感热通量和净辐射增加显著（月均最大差值为7 W·m-2）。土壤质地和亮度对模拟的影响主要存在于降水少、植被覆盖度低的3～5月。
使用前苏联Valdai 1966～1971年的气象观测资料，研究了通用陆面模式(Common Land Model，CoLM)模拟的水分循环和地表通量在12种土壤质地和8种土壤亮度条件下的差异。结果表明，在相同的气象条件下，模拟的热通量对土壤质地和亮度都比较敏感，而地表水文过程只对土壤质地敏感。土壤亮度相同时，相对砂性土壤，粘土含量高的土壤保水性强，土壤湿度、地表蒸发和径流量都比较大（月均最大差值：土壤湿度约为5 kg·m-2，地表蒸发和径流量约为年降水量的7%和1.2 %），相应地在热通量分配上存在明显差异（月均最大差值为8 W·m-2）；土壤质地相同，亮度由亮变暗时，潜热通量变化很小，地表温度略有升高，而感热通量和净辐射增加显著（月均最大差值为7 W·m-2）。土壤质地和亮度对模拟的影响主要存在于降水少、植被覆盖度低的3～5月。
2008, 13(5): 598-607.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2008.05.02
摘要:
利用热力学平衡模式ISORROPIA及与之耦合的气相化学模式，通过两类敏感性试验，探讨了海盐气溶胶、相对湿度、温度对3种无机盐(硫酸盐、硝酸盐、铵盐，包括液态和固态)和3种酸碱气体（氨气、气态硝酸、 氯化氢）浓度的影响，以及不同海盐气溶胶浓度对热力学平衡的影响。试验结果表明，海盐浓度相对较低、相对湿度达到04~05以上、温度在－10~15 ℃之间时对各物种的平衡浓度影响比较显著。温度升高抑制硝酸盐、铵盐的生成，同时引起气态硝酸、氨气和氯化氢浓度的增加。而湿度升高时对硝酸盐、铵盐的生成有促进作用，反而造成气态硝酸、氨气和氯化氢浓度的降低。海盐气溶胶、相对湿度及温度的变化对硫酸盐气溶胶没有影响。在热力学平衡中如果考虑海盐气溶胶（主要成分NaCl）的作用会使得硝酸盐气溶胶、氨气浓度增加，而硝酸气体、铵盐气溶胶浓度减小，其中硝酸盐和气态硝酸的改变最为明显。由于海盐气溶胶和硫酸、硝酸的反应，产生了氯化氢气体，造成海盐气溶胶的氯亏损现象。
利用热力学平衡模式ISORROPIA及与之耦合的气相化学模式，通过两类敏感性试验，探讨了海盐气溶胶、相对湿度、温度对3种无机盐(硫酸盐、硝酸盐、铵盐，包括液态和固态)和3种酸碱气体（氨气、气态硝酸、 氯化氢）浓度的影响，以及不同海盐气溶胶浓度对热力学平衡的影响。试验结果表明，海盐浓度相对较低、相对湿度达到04~05以上、温度在－10~15 ℃之间时对各物种的平衡浓度影响比较显著。温度升高抑制硝酸盐、铵盐的生成，同时引起气态硝酸、氨气和氯化氢浓度的增加。而湿度升高时对硝酸盐、铵盐的生成有促进作用，反而造成气态硝酸、氨气和氯化氢浓度的降低。海盐气溶胶、相对湿度及温度的变化对硫酸盐气溶胶没有影响。在热力学平衡中如果考虑海盐气溶胶（主要成分NaCl）的作用会使得硝酸盐气溶胶、氨气浓度增加，而硝酸气体、铵盐气溶胶浓度减小，其中硝酸盐和气态硝酸的改变最为明显。由于海盐气溶胶和硫酸、硝酸的反应，产生了氯化氢气体，造成海盐气溶胶的氯亏损现象。
2008, 13(5): 608-616.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2008.05.03
摘要:
基于分辨率为0.1°×0.1°的植被、土壤和气象数据，利用大气-植被相互作用模型（AVIM2）模拟研究了青藏高原1981～2000年植被净初级生产力（NPP）对气候变化的响应。结果表明：青藏高原近20年自然植被（森林、草地和灌木）受气温和降水量增加的影响，NPP总量呈现上升趋势。灌木和森林NPP总量分别以每年1.14％和0.88％的速度增加，均达到统计上的显著性水平。草地NPP上升趋势不如灌木和森林显著。降水量变化对森林和草地NPP的影响高于气温变化对它们的影响，而降水量变化对灌木的影响则小于气温变化影响。总的区域平均来看，尽管1981～2000年青藏高原年平均净辐射通量略有降低，但由于平均气温以0.058 ℃·a-1的速率增加，且降水量略有增长，降水量与气温的共同作用使得青藏高原植被NPP总量呈上升趋势。
基于分辨率为0.1°×0.1°的植被、土壤和气象数据，利用大气-植被相互作用模型（AVIM2）模拟研究了青藏高原1981～2000年植被净初级生产力（NPP）对气候变化的响应。结果表明：青藏高原近20年自然植被（森林、草地和灌木）受气温和降水量增加的影响，NPP总量呈现上升趋势。灌木和森林NPP总量分别以每年1.14％和0.88％的速度增加，均达到统计上的显著性水平。草地NPP上升趋势不如灌木和森林显著。降水量变化对森林和草地NPP的影响高于气温变化对它们的影响，而降水量变化对灌木的影响则小于气温变化影响。总的区域平均来看，尽管1981～2000年青藏高原年平均净辐射通量略有降低，但由于平均气温以0.058 ℃·a-1的速率增加，且降水量略有增长，降水量与气温的共同作用使得青藏高原植被NPP总量呈上升趋势。
2008, 13(5): 617-628.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2008.05.04
摘要:
采用小间隔O3值作细微天气学分析，定出高原O3低中心和落基山脉O3低槽。根据这些客观实体，明确其基本特征，研究其形成。青藏高原O3低中心常年存在，位于30°N以南，稳定少动，具有年较差小，春浅薄、秋深陷等基本特征。其形成主要靠高山的静力亏损。另一类O3低中心生于6月灭于9月，位于30°N以北，变化多动，是由位于30°N以南的主体低中心派生出来的，但其维持与发展只是部分与100 hPa上的青藏高压及其环流相联系并符合动力-热力观点。落基山脉O3低谷呈现分段低槽型，在山高、紧临大洋地段低槽明显，一年四季存在，夏季低槽分段更为清晰，是由热带、副热带低浓度O3侵袭而来。从整个南北走向来看，静力亏损是其基本成因。为了求出高山静力亏损率的概数，用分布在全球各处高于491 m的22个高山站（含491 m站）直接观测的O3资料，在求出气层O3总量后，根据最小二乘法计算，得到高山每上升1 km O3平均亏损率为4.4 DU。由于这是小尺度的现象，所以对于高山O3低谷，需要采用细微分析方法，研究O3平面场。
采用小间隔O3值作细微天气学分析，定出高原O3低中心和落基山脉O3低槽。根据这些客观实体，明确其基本特征，研究其形成。青藏高原O3低中心常年存在，位于30°N以南，稳定少动，具有年较差小，春浅薄、秋深陷等基本特征。其形成主要靠高山的静力亏损。另一类O3低中心生于6月灭于9月，位于30°N以北，变化多动，是由位于30°N以南的主体低中心派生出来的，但其维持与发展只是部分与100 hPa上的青藏高压及其环流相联系并符合动力-热力观点。落基山脉O3低谷呈现分段低槽型，在山高、紧临大洋地段低槽明显，一年四季存在，夏季低槽分段更为清晰，是由热带、副热带低浓度O3侵袭而来。从整个南北走向来看，静力亏损是其基本成因。为了求出高山静力亏损率的概数，用分布在全球各处高于491 m的22个高山站（含491 m站）直接观测的O3资料，在求出气层O3总量后，根据最小二乘法计算，得到高山每上升1 km O3平均亏损率为4.4 DU。由于这是小尺度的现象，所以对于高山O3低谷，需要采用细微分析方法，研究O3平面场。
2008, 13(5): 629-638.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2008.05.05
摘要:
利用2003年8月13～26日期间中国科学院大气物理研究所大气边界层气象塔47、120和280 m 3层高度上三维风速和温度脉动的观测资料，结合涡动相关方法，分析了夏季北京市城市下垫面的动量和感热等湍流通量。结果表明：3层高度上动量通量和感热通量的日变化彼此非常接近， 且3层高度上最大感热通量达到200～250 W·m-2。观测期间盛行南风，120 m高度的水平风速小于10 m·s-1。同时分析了由慢响应传感器采集的15个高度上的气温和8个高度上的相对湿度。结果表明：受地表加热影响，320 m高度上气温和相对湿度的日变化非常显著。不同高度上动量通量和感热通量的比较表明：城市下垫面的空气动力不均匀性比热力不均匀性显著。用廓线法计算了32和65 m高度之间的湍流通量，结果表明：1）夏季晴好天气情况下，北京城市下垫面能量输送以感热为主；2）由廓线法计算得到的动量通量、感热通量和由涡动相关法直接测量结果相近。此外还初步讨论了大气边界层温度、湿度垂直廓线随时间的演变。
利用2003年8月13～26日期间中国科学院大气物理研究所大气边界层气象塔47、120和280 m 3层高度上三维风速和温度脉动的观测资料，结合涡动相关方法，分析了夏季北京市城市下垫面的动量和感热等湍流通量。结果表明：3层高度上动量通量和感热通量的日变化彼此非常接近， 且3层高度上最大感热通量达到200～250 W·m-2。观测期间盛行南风，120 m高度的水平风速小于10 m·s-1。同时分析了由慢响应传感器采集的15个高度上的气温和8个高度上的相对湿度。结果表明：受地表加热影响，320 m高度上气温和相对湿度的日变化非常显著。不同高度上动量通量和感热通量的比较表明：城市下垫面的空气动力不均匀性比热力不均匀性显著。用廓线法计算了32和65 m高度之间的湍流通量，结果表明：1）夏季晴好天气情况下，北京城市下垫面能量输送以感热为主；2）由廓线法计算得到的动量通量、感热通量和由涡动相关法直接测量结果相近。此外还初步讨论了大气边界层温度、湿度垂直廓线随时间的演变。
2008, 13(5): 639-644.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2008.05.06
摘要:
利用2002年北京市自动气象站网的逐时资料，采用统计方法对北京城市水平风场的散度、“城市热岛”强度和风向频率的日变化特征进行了分析，并总结归纳出在弱天气系统形势下（地面风速＜3级）北京地区风场的基本形态。结果表明： 1）北京“城市热岛”环流是存在的，但只是对区域性的山地－平原风起调节作用。2）在作用相当的因素（如山地－平原风、热岛强度和大气稳定度）控制下，夏季的“城市热岛”环流造成城区风场的辐合特征。3）其他季节的“城市热岛”环流，主要由山地－平原风控制，即刮山地风时，北京城郊的风场表现为向城区的辐合；刮平原风时，北京城区风场表现为辐散特征。
利用2002年北京市自动气象站网的逐时资料，采用统计方法对北京城市水平风场的散度、“城市热岛”强度和风向频率的日变化特征进行了分析，并总结归纳出在弱天气系统形势下（地面风速＜3级）北京地区风场的基本形态。结果表明： 1）北京“城市热岛”环流是存在的，但只是对区域性的山地－平原风起调节作用。2）在作用相当的因素（如山地－平原风、热岛强度和大气稳定度）控制下，夏季的“城市热岛”环流造成城区风场的辐合特征。3）其他季节的“城市热岛”环流，主要由山地－平原风控制，即刮山地风时，北京城郊的风场表现为向城区的辐合；刮平原风时，北京城区风场表现为辐散特征。
2008, 13(5): 645-657.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2008.05.07
摘要:
基于黄河沿岸陕西和河南境内的33个农业气象站从1992～2005年的实测土壤水分资料，计算了各站表层10、20和50 cm各土层的多年平均植被可利用土壤水分储量，发现土壤水分储量存在明显的空间变异性。多年平均土壤水分储量呈现西北(陕北)低以及南、东南和东部 (陕南和河南) 高的变化态势。其中，在陕西绥德站出现水分的最低值，与黄土高原属于水分贫瘠区相对应。在河南信阳站出现水分最高值，与河南南部和陕南水分比较充沛相对应。土壤水分储量垂向分异不明显，各土层的土壤水分储量之间存在较好的相关性。通过简单线性相关分析发现，土壤水分储量与田间持水量呈现较强的正相关，与纬度呈较强的负相关。而与土壤容重、地理位置、气象要素等其他因子相关关系不显著。灌溉与土壤水分储量的相关系数比降水与土壤水分储量的相关系数大，说明该区灌溉是土壤水分的重要调节因子。通过主成分分析发现，对大多数站点而言，土壤水分变化受下垫面、气候和灌溉等的综合影响，其影响程度存在明显的空间分异性。
基于黄河沿岸陕西和河南境内的33个农业气象站从1992～2005年的实测土壤水分资料，计算了各站表层10、20和50 cm各土层的多年平均植被可利用土壤水分储量，发现土壤水分储量存在明显的空间变异性。多年平均土壤水分储量呈现西北(陕北)低以及南、东南和东部 (陕南和河南) 高的变化态势。其中，在陕西绥德站出现水分的最低值，与黄土高原属于水分贫瘠区相对应。在河南信阳站出现水分最高值，与河南南部和陕南水分比较充沛相对应。土壤水分储量垂向分异不明显，各土层的土壤水分储量之间存在较好的相关性。通过简单线性相关分析发现，土壤水分储量与田间持水量呈现较强的正相关，与纬度呈较强的负相关。而与土壤容重、地理位置、气象要素等其他因子相关关系不显著。灌溉与土壤水分储量的相关系数比降水与土壤水分储量的相关系数大，说明该区灌溉是土壤水分的重要调节因子。通过主成分分析发现，对大多数站点而言，土壤水分变化受下垫面、气候和灌溉等的综合影响，其影响程度存在明显的空间分异性。
2008, 13(5): 658-662.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2008.05.08
摘要:
2007年4月利用黑碳仪（Aethalometer）、颗粒物在线观测仪（TEOM1400a）和现时天气现象传感器（PWD22）获得了大气细粒子中每5 min黑碳气溶胶（BC）浓度以及每30 min PM2.5浓度及大气能见度观测数据。结果发现：黑碳日均值浓度为7.4±2.9 μg·m－3，变化范围分别为2.1～11.6 μg·m－3。PM2.5日均值浓度为77.4±35.9 μg·m－3，浓度变化范围分别为29.6～183.3 μg·m－3。黑碳小时浓度变化具有2个明显的峰值，主要与机动车尾气排放密切相关。黑碳浓度与PM2.5浓度呈正相关，与大气能见度呈负相关，相关系数为分别为0.707和－0.529，表明黑碳是PM2.5中的重要组成部分，对大气能见度的影响较显著。
2007年4月利用黑碳仪（Aethalometer）、颗粒物在线观测仪（TEOM1400a）和现时天气现象传感器（PWD22）获得了大气细粒子中每5 min黑碳气溶胶（BC）浓度以及每30 min PM2.5浓度及大气能见度观测数据。结果发现：黑碳日均值浓度为7.4±2.9 μg·m－3，变化范围分别为2.1～11.6 μg·m－3。PM2.5日均值浓度为77.4±35.9 μg·m－3，浓度变化范围分别为29.6～183.3 μg·m－3。黑碳小时浓度变化具有2个明显的峰值，主要与机动车尾气排放密切相关。黑碳浓度与PM2.5浓度呈正相关，与大气能见度呈负相关，相关系数为分别为0.707和－0.529，表明黑碳是PM2.5中的重要组成部分，对大气能见度的影响较显著。
2008, 13(5): 663-674.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2008.05.09
摘要:
以低纬度高原城市昆明市为对象，利用冬季（1月）和夏季（7月）不同高度的建筑物外墙壁面表面温度、外墙壁面近旁气温和对应高度的庭院气温实测资料，分析了城市建筑物外墙壁面对庭院不同高度气温的影响。得出：建筑物外墙壁面对庭院气温垂直分布的形成有着不可忽视的热力效应，其效应随季节、昼夜以及壁面方位、高度的不同而各异。建筑物外墙壁面与庭院大气相互影响，昼间建筑物外墙壁面向庭院大气传热，呈现热源效应，随高度增加，热源效应减小；夜间建筑物外墙中、上部壁面从庭院大气吸收热量，呈现热汇效应，随高度增加，热汇效应增大。冬季各壁面的热力效应差异显著，昼间的热源效应南向壁面最为显著，北向壁面热源效应为负，夜间的热汇效应北向壁面最大；夏季各壁面的热力效应差异小于冬季，昼间的热源效应西向壁面较大，夜间的热汇效应东向壁面较明显。分析表明：城市建筑物外墙壁面的热力效应不可忽视，其对立体城市气候的形成有着重要的贡献。
以低纬度高原城市昆明市为对象，利用冬季（1月）和夏季（7月）不同高度的建筑物外墙壁面表面温度、外墙壁面近旁气温和对应高度的庭院气温实测资料，分析了城市建筑物外墙壁面对庭院不同高度气温的影响。得出：建筑物外墙壁面对庭院气温垂直分布的形成有着不可忽视的热力效应，其效应随季节、昼夜以及壁面方位、高度的不同而各异。建筑物外墙壁面与庭院大气相互影响，昼间建筑物外墙壁面向庭院大气传热，呈现热源效应，随高度增加，热源效应减小；夜间建筑物外墙中、上部壁面从庭院大气吸收热量，呈现热汇效应，随高度增加，热汇效应增大。冬季各壁面的热力效应差异显著，昼间的热源效应南向壁面最为显著，北向壁面热源效应为负，夜间的热汇效应北向壁面最大；夏季各壁面的热力效应差异小于冬季，昼间的热源效应西向壁面较大，夜间的热汇效应东向壁面较明显。分析表明：城市建筑物外墙壁面的热力效应不可忽视，其对立体城市气候的形成有着重要的贡献。
2008, 13(5): 675-680.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2008.05.10
摘要:
应用消息传递接口函数库（MPI）并行程序设计技术开发了中尺度暴雨数值预报模式AREM（Advanced Regional Etacoordinate Model）的并行版本，并在3种计算机系统平台下进行了加速比测试，结果显示出较高的并行效率和较好的可扩展性。建立并行版本后，模式高分辨率版本能够满足时效性要求。通过采用并行模式的高低分辨率版本对一个暴雨个例进行模拟表明，高分辨并行版本的模拟结果与观测更为接近，并具有较好的预报时效性。
应用消息传递接口函数库（MPI）并行程序设计技术开发了中尺度暴雨数值预报模式AREM（Advanced Regional Etacoordinate Model）的并行版本，并在3种计算机系统平台下进行了加速比测试，结果显示出较高的并行效率和较好的可扩展性。建立并行版本后，模式高分辨率版本能够满足时效性要求。通过采用并行模式的高低分辨率版本对一个暴雨个例进行模拟表明，高分辨并行版本的模拟结果与观测更为接近，并具有较好的预报时效性。
2008, 13(5): 681-687.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2008.05.11
摘要:
从业务需求出发，提出了面向气候模式产品释用的神经网络。选用主分量作为网络的输入和输出，大大减少了其节点数，重点突出了大尺度影响变化关系，提高了实际预测的稳定性；用全局寻优的遗传算法取代经典BP算法，为高质量的网络学习训练提供了保证；针对实际设计代价函数，保证了网络学习训练能适应气候模式产品释用的基本要求，学习目的更明确，针对性更强。分别以夏季(6～8月)NCEP/NCAR 500 hPa高度场、国家气候中心海气耦合模式500 hPa高度预测场主分量为外界输入信号，同期中国降水场、华中区域降水场主分量为网络输出信号，进行了拟合预测和独立预测试验。结果表明：用模式500 hPa高度预测场主分量为外界输入信号，网络输出（降水场主分量）反演的中国、华中地区降水场预测距平与实况同号率，有可能接近用NCEP/NCAR 500 hPa高度场主分量为外界输入信号相当的技巧水平。
从业务需求出发，提出了面向气候模式产品释用的神经网络。选用主分量作为网络的输入和输出，大大减少了其节点数，重点突出了大尺度影响变化关系，提高了实际预测的稳定性；用全局寻优的遗传算法取代经典BP算法，为高质量的网络学习训练提供了保证；针对实际设计代价函数，保证了网络学习训练能适应气候模式产品释用的基本要求，学习目的更明确，针对性更强。分别以夏季(6～8月)NCEP/NCAR 500 hPa高度场、国家气候中心海气耦合模式500 hPa高度预测场主分量为外界输入信号，同期中国降水场、华中区域降水场主分量为网络输出信号，进行了拟合预测和独立预测试验。结果表明：用模式500 hPa高度预测场主分量为外界输入信号，网络输出（降水场主分量）反演的中国、华中地区降水场预测距平与实况同号率，有可能接近用NCEP/NCAR 500 hPa高度场主分量为外界输入信号相当的技巧水平。
2008, 13(5): 688-696.
doi: 10.3878/j.issn.1006-9585.2008.05.12
摘要:
生物指示物(Bioindicator)是指能通过典型症状或可衡量的反应来揭示大气污染物存在与否的生物体或生物反应。许多对污染物敏感的植物和微生物都可以做为大气污染的生物指示物。对国内外相关研究进展做一综述，并简单探讨了目前研究存在的问题和未来研究的方向。
生物指示物(Bioindicator)是指能通过典型症状或可衡量的反应来揭示大气污染物存在与否的生物体或生物反应。许多对污染物敏感的植物和微生物都可以做为大气污染的生物指示物。对国内外相关研究进展做一综述，并简单探讨了目前研究存在的问题和未来研究的方向。
