西北典型站点云识别及其辐射效应的观测研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jy02132679
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
云覆盖了全球总表面积约2/3的区域,一方面,它通过直接反射和散射太阳短波辐射、吸收和发射长波热红外辐射,调节大气层的辐射收支分配;另一方面,云能影响大气中水汽的输送、垂直对流和冷却凝结过程等,改变降水的强度、频率与分布,进而对全球地-气系统的辐射能量平衡、水循环过程以及气候变化产生重要的影响。云的辐射强迫可表征这种影响作用,它主要取决于云的宏观和微观物理参量,譬如,云量、云类型、云高、云水含量、云相态及云光学厚度等。云的物理特性参数主要由毫米波云雷达或高光谱激光雷达等技术手段探测得到,而这些拥有先进仪器的地基观测站点在我国空间分布不均,尤其在广袤的西北地区更为匮乏,使得数值气候模式的结果存在较大的不确定性。本文基于西北地区五个典型站点(兰州、SACOL、民勤、敦煌以及民丰)2007-2019年的1分钟高精度的地表辐射通量、气象要素资料,从短波辐射和长波辐射角度分别提出了有效识别晴空和多云的算法,并建立晴空条件下地面向下的太阳短波辐射和大气向下长波辐射的经验拟合关系,进而计算我国西北地区云的向下短波辐射强迫与长波辐射强迫。并基于晴空短波辐射拟合和云量观测资料建立了适用于不同站点的云量拟合关系,最后分析了该区域云量与短波强迫及长波强迫的相关关系。结果表明:(1)短波辐射(SW)晴空条件的筛选是根据不同站点的晴空SW与散射辐射通量、散射比、太阳天顶角观测资料制定筛选步骤中的参数,包括标准化总短波辐射的上限和下限值(SW_max、SW_min)、最大散射辐射通量阈值(Dmax)以及标准化散射比标准差的晴空标准(Ratio_std)。民丰沙尘天气频发,筛选参数明显不同于其他四个站点,SW_max、SW_min(太阳天顶角小于或大于80°)、Dmax和Ratio_std阈值分别为1150 Wm-2、930/850 Wm-2、300 Wm-2和0.002;兰州和SACOL晴空判断条件较为相近,对应筛选参数分别为1250 Wm-2、1000/900Wm-2、250 Wm-2和0.002;民勤和敦煌站点大气条件相对干洁,散射辐射相对较小,晴空筛选参数分别设置为1250 Wm-2、1000/900 Wm-2、150 Wm-2和0.0015;(2)长波辐射(LW)晴空筛选的两个标准为LW波动限制条件和温差(气温与天空有效亮温的差值)限制条件。兰州、民勤和敦煌三个站点日间晴空条件下的LW测量值表现出明显高于夜间的波动,且日夜的温差也表现出较大的差异,以兰州2014年7月为例,日间平均LW波动(1.43)是夜间(0.47)的3倍,日间平均温差(-0.08)与夜间(-5.45)相差5.37 K。为了提高筛选精度,本文采用SW筛选的日间晴空、晴空LW变化范围、对应时刻统计剔除以及百分比标准按月制定了适用于当地筛选曲线(筛选条件);(3)SW晴空拟合系数和偏夏季月份(5~9月,根据各月k值日变化特征划分)的LW晴空拟合系数(k),多云天的拟合系数由晴天系数插值或者平均得到。与偏夏季月份不同,偏冬季月份(10~次年4月)的k在全天三个时段内(日间、日落到午夜和午夜到日出)的变化均较大,需要拟合晴空k的日变化曲线作为当月的晴空拟合系数。最后基于这些晴空拟合系数得到地表处连续向下的SW、LW晴空辐射通量值;(4)从季节平均来看,兰州市地表向下SW强迫最大值出现在夏季(-96Wm-2),最小值出现在冬季(-26 Wm-2),且表现出春、夏季明显高于秋、冬季的特征。向下LW强迫在春、夏、秋三个季节的强迫效应相近,而冬季偏小,其中春季增幅最大(33 Wm-2),冬季增幅最小(19 Wm-2)。民勤站2010年5月向下SW/LW强迫的日均值(-106.8/27.5 Wm-2)明显高于6月(-77.1/21.8 Wm-2);而敦煌站2012年4月SW/LW辐射强迫的日均值(-50.3/18.6 Wm-2)最大,5月(-46.9/16.1 Wm-2)次之,6月(-43.5/13.8 Wm-2)最小;(5)云量拟合关系建立的过程主要是两类异常点的剔除。第一种是云光学厚度较大的阴天情况,表现为标准化散射强迫(Dn)在云量(Scv)等于1处的不唯一性。第二种是由于TSI的反演误判造成的,表现为Scv≠1时Dn较小而Scv超高。这两种异常点可分别通过光厚阴天限制条件(散射比均值(15 min,下同)>0.9;Dn<0.30;散射比标准差<0.05)以及线性粗剔除和曲线细剔除两次处理来剔除;(6)无论是从时间上的月季变化、日均变化,还是空间上的比较来说,日间向下SW、LW强迫效应均与云量呈现出良好的正相关性。同时拟合了兰州市四个季节白天向下SW、LW辐射强迫日均值与云量的定量关系,春、夏季的云量SW强迫效应明显强于秋、冬季,春、夏季的拟合系数(-238.8,-291.9;1.31,1.38)均明显高于秋冬两季(-169.3,-133.7;1.11,0.96);云量LW强迫效应表现为夏季(75.0;1.34)最强,春、秋季(66.4,69.0;1.07,1.03)次之,冬季(46.6;0.84)最弱的特征。
其他文献
在全球气候变化背景下,甘肃省的降水特征发生了变化,因此甘肃省不同区域和不同强度降水的特征和成因研究有必要加强,针对甘肃省区域性降水的短期气候预测也有必要进行探讨。本文分析了1961-2018年甘肃省全年和夏季降水时空分布特征,并对甘肃东西部夏季不同强度(强、中和弱)降水事件的变化及其大气环流特征、水汽条件开展对比分析。针对甘肃东部地区,利用偏相关方法选择预报因子,建立了统计降尺度降水短期预测模型。
学位
列车脱轨事故具有破坏性强、危害性大、损失严重、影响范围广的特点,因而列车脱轨预防成为铁路运输安全领域关注的重要课题。一方面,铁路正逐步向高速、重载的方向发展,导致列车轮轨间的相互作用力不断加剧,运行平稳性受到影响,因而更易发生脱轨事故;另一方面,现有列车脱轨分析理论体系不完善、不成熟,列车运行环境检测系统跟不上高速发展的要求,不能有效减轻甚至避免脱轨事故的发生。因此,形成公认的合理评判列车是否脱轨
学位
大气细颗粒物PM2.5污染问题是我国多数城市面临的主要大气环境污染问题之一,对包括人体健康、大气化学反应、全球气候变化等都具有重要的影响;天水市全年污染天气中以轻度污染天气占比最高,其中首要污染物均为PM10、PM2.5,因此天水市的PM2.5污染问题仍待展开相应研究。本次研究利用CMAQ-ISAM源解析模式进行模拟,对研究时段内区域不同排放源的PM2.5空间分布、浓度贡献水平分别进行了研究;同时
学位
S700K转辙机是高速化铁路中实现线路转换的关键设备,随着高速铁路运行密度和运行速度的进一步发展,对S700K转辙机在健康、亚健康、故障和严重故障等不同状态等级下的划分成为保证铁路安全运行的首要前提。针对S700K转辙机在动作过程中,其动作功率曲线特性与状态信息之间的一致性,本文旨在提取能够充分表征状态信息的功率曲线特征指标。以S700K转辙机功率曲线的状态特征向量为输入对象,提出基于多变量支持向
学位
移动闭塞是轨道交通领域最先进的闭塞系统,该系统能够有效缩短列车追踪间隔时间,降低信号系统设备综合维修成本,目前已广泛应用于城市轨道交通。移动闭塞系统是依靠列车运行控制系统的无线通信子系统进行车地间实时、大容量的双向信息传输,因此列控通信系统实时性能的变化规律将直接影响列车控制类业务数据的传输时延,进而影响列车追踪效率。本文利用层次赋时着色Petri网(Hierarchical Timed Colo
学位
青藏高原(简称“高原”)是全球陆气相互作用的热点地区之一,土壤湿度与降水的耦合既是陆气相互作用中的重要环节之一,也是陆气相互作用研究的前沿热点问题。在季节转换的春季,高原地表过程最显著的特征是土壤的消融,土壤消融伴随的高原土壤湿度大小及其空间分布变化,会通过改变地表能量收支,对地表感、潜热的分配产生重要的影响,进而通过影响高原热力作用,在高原、东亚乃至全球天气、气候的演变中扮演着重要的角色。从土壤
学位
在铁路车地信息传输过程中,无线通信作为其中关键一环,可以保证车地信息安全高效的传输。但目前的无线闭塞中心与地面间信息加密方案存在单向授权和弱密钥等问题,致使车地信息存在被窃取的可能。为保障行车安全,在车地信息正确传输的基础上,研究更加高效的加密方案成为工作重点。基于以上研究背景,本文构建了采用混合加密算法的信息加密传输方案,为防止伪基站的攻击,在车地认证环节加入双向认证过程,加强列车与地面的认证。
学位
半干旱区是全球增暖贡献最大、扩张最快、生态最为脆弱的区域之一。作为半干旱区的主要气象要素之一,降水的变化一直广受外界关注,并且取得了很多研究成果。由于半干旱区气候的特殊性,半干旱区的降水对区域生态环境恢复、经济发展至关重要。我们将北半球典型的四个半干旱区分开研究,逐一分析了各个半干旱区的降水变化特征,解释了各个半干旱区降水变化的动力机制,并将研究结果结合CMIP6模式预估了部分半干旱区未来的降水变
学位
YBCO二代高温超导带材(简称:YBCO超导带)相比低温超导线具有更高的临界转变温度和不可逆磁场及高磁场下优异的载流能力,跟一代高温超导带(主要指Bi系超导材料)相比成本更低、使用温度范围更宽,在超导电缆、超导电机、特别是高场内插磁体等领域具有重要的应用前景,已成为未来超导材料应用的最主要形式。YBCO超导带是一个典型的层合材料,在运行过程中由于电磁力和热应力的作用会出现层间剥离(也称脱层)现象。
学位
高温超导带材具有较高的电流密度、较低的损耗及良好的力学性能,其在电力、新能源、医疗及高场磁体等领域应用十分广泛。超导材料的实际工程应用中会受到交变的电磁场,其内部会产生显著的交流损耗并引起超导材料的温升,直接影响低温环境下超导装置运行的稳定性。因此,研究超导结构的交流损耗对实现其大规模应用具有重要意义,对交流损耗的准确估计有助于降低超导设备的制冷成本。本文针对超导带材及结构的交流损耗开展了数值模拟
学位