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World File Search System大气成分
加拿大环境和气候变化的模块化数据同化系统（MIDAS v3.9.1）
摘要。根据其功能范围，模块化软件设计，并行化策略以及实时操作和实验系统中的当前用途来描述模块化和集成的数据同化系统（MIDAS）软件（版本3.9.1）。MIDAS是在加拿大环境和气候变化上开发的，用于运营和研究应用，包括加拿大运营数值天气预测系统的所有大气数据同化（DA）元素。MIDAS的描述范围是加拿大预测系统的一部分，该系统于2024年6月投入运营。该软件被签署为有足够的一般通用，以启用其他DA应用程序，包括大气成分（例如臭氧），海冰和海面温度。除了描述当前的MIDAS应用外，还提供了来自这些系统的结果的样本，以证明其性能与从切换到使用MIDAS软件或其他数字天气预测（NWP）中心的任何一个系统相比。The modular software design also allows the code that implements high-level com- ponents (e.g.observation operators, error covariance matri- ces, state vectors) to easily be used in many different ways depending on the application, such as for both variational and ensemble DA algorithms, for estimating the observation impact on short-term forecasts, and for performing various observation pre-processing procedures.将单个常见的DA软件包用于地球系统的多个组成部分，提供了实用和科学的材料，包括促进未来对DA ap aperaches的研究，这些研究明确包括耦合的连接，包括 -
大气组成和气候对高海拔和纬度的敏感性
摘要。氢驱动的高超音速飞机的设计旨在以大约30-40 km的速度在中间平流层中行驶。这些飞机可能会对与气候相关的物种（如平流层水蒸气，臭氧和甲烷）产生相当大的影响，从而有助于气候变暖。高超音速空调对大气成分的影响，反过来，对辐射频道的影响取决于巡航高度。然而，与发射高度的变化相反，目前尚不清楚发射纬度变化的差异。使用大气化学通用循环模型，我们表明，发射纬度的变化对扰动和平流层调整后的辐射强迫的影响要大于发射高度的变化。我们的结果包括水蒸气和氮排放的个体影响，以及未燃烧的氢，对中大气中的水蒸气，臭氧和甲烷以及所得的辐射强迫。水蒸气的寿命延续了已知的trop骨增长，并且在平流层中部近6年。我们的结果表明，由高超音速飞机排放引起的大气组成变化如何受到酿酒师-Dobson循环等大规模过程的控制，并且取决于发射的纬度，局部现象（如极地平流层云）。分析包括对臭氧和水蒸气的模型评估，并具有卫星数据的数据，并采用了一种新的方法，将模拟年减少三分之一。未来的超声研究的前景是对季节性敏感性和模拟的分析，并从燃烧液化的天然气而不是液体氢中排放出来。
基于二极管激光的光声仪器二十年的空气水蒸气和总水量测量
水蒸气是最重要的大气成分，对地球辐射收支有很大影响。除了水蒸气的直接辐射强迫外，其通过产生云滴的间接效应也在气候中起着至关重要的作用。因此，准确和定期地表征其在大气中的丰度至关重要，特别是在不断变化的气候系统中。在大气的上对流层/下平流层 (UTLS) 区域，水蒸气通过均质或非均质冻结过程驱动纯冰 (卷云) 云的生成，并通过沉积驱动云冰粒子的生长。卷云的辐射效应仍不为人所知；一些研究表明它们会冷却，而另一些研究表明它们会变暖，这取决于云光学厚度和冰粒大小和浓度的表现。在欧洲 CARIBIC 项目 [ 1 , 2 ]（基于仪器容器的定期大气调查的民用飞机）的框架内，自 2005 年以来，我们利用实验室开发的基于光声 (PA) 方法的仪器，在 UTLS 区域（10 至 12 公里高度）的商用飞机上定期测量大气水蒸气和总水（即水蒸气和云水/冰的总和）浓度。机载 PA 水蒸气测量仪（称为 WaSul-Hygro）基于电信型近红外 (NIR) 二极管激光器。此外，为了确保同时测量总水量和水蒸气的要求，WaSul–Hygro 拥有针对低温低压条件优化的双室 PA 装置。这种操作由安装在飞机下方的特殊环境进气系统实现，该系统包含一个侧向进气口和一个前向进气口，用于对水蒸气进行采样
分析高层大气对 SLATS 机载原子氧监测系统材料的影响
JAXA 提出了低地球轨道 (LEO) 卫星的创新理念。超低空试验卫星 (SLATS)，也称为 TSUBAME，是第一颗占据 300 公里以下超低轨道 (S-LEO) 或极低地球轨道 (VLEO) 的地球观测卫星。SLATS 的目的是 1) 测试卫星在超低空使用离子发动机对抗高大气阻力时保持高度的能力，2) 获取大气密度和原子氧 (AO) 数据，3) 测试光学地球观测。SLATS 于 2017 年 12 月 23 日成功发射。随后，SLATS 使用化学推进器、气动阻力和离子发动机推进，在 636 天内将高度控制在 271.7 公里。 SLATS 最终在 167.4 公里的轨道上维持了 7 天，并于 2019 年 10 月 1 日完成运行。所有 SLATS 和原子氧监测器 (AMO) 数据都是在这些操作期间获取的。AMO 是监测 AO 及其对航天器材料影响的任务传感器之一。来自 AMO 的数据有助于未来 S-LEO 卫星设计的材料选择。AMO 获得的数据很有价值，因为它们提供了有关 AO 通量及其对空间材料影响的大量知识。精确的大气密度模型和大气成分模型对于预测轨道上碎片的轨迹或再入是必不可少的。已经开发了 NRLMSISE-00、JB 2008 和 DTM2013 等大气模型，但很少有研究将这些模型与 LEO 中的实际大气环境进行比较。从 SLATS 获得的平均大气密度低于大气模型（NRLMSISE-00、JB 2008 和 DTM 2013）预测的值。了解模型的准确性将有助于未来 S-LEO 卫星的轨道控制以及 LEO 中碎片的轨道预测和控制。
日间辐射冷却的最新进展
地球表面温度≈300 K的陆地辐射集中在2.5至50 µm的波长范围内。同时，各种大气成分的综合作用，形成了8至13 µm之间的特殊大气窗口，该窗口高度透明。因此，大多数陆地区域可以通过透明的大气窗口有效地将热量辐射到寒冷的宇宙中，以维持相对稳定的温度。为此，辐射冷却器应在透明大气窗口（8–13 µm）内具有高的发射率，在该区域是透明的，并允许红外光通过。在这方面，过去几十年来人们设计了各种材料和结构，并在夜间表现出良好的被动冷却性能。 [8,9] 然而，在白天，太阳会加热辐射冷却器，这严重影响了冷却效果。为了解决这个问题，冷却器应该在反射阳光以避免太阳加热的同时，向寒冷的宇宙辐射更多的热量。Fan 等人 [10] 首次设计了多层光子材料，并在阳光直射下实现了白天辐射冷却，温度低于环境温度。此后，各种材料已被证明可以实现低于环境温度的白天辐射冷却，并显示出巨大的实际应用潜力。[11–13] 之前一些综述总结了辐射冷却方面的这些发展，[14–17] 但辐射冷却的净冷却功率有限和不稳定性阻碍了其实际广泛应用。在这篇综述中，通过总结被动式白天辐射冷却 (PDRC) 的最新研究和发展，我们首先提出了 PDRC 的三个关键组成部分：1）中红外范围的光谱设计，2）增强太阳反射率的结构设计，和 3）热管理。其次，我们介绍了PDRC的各种应用，例如建筑冷却、太阳能电池冷却、水收集、服装和发电（图1）。最后，我们还讨论了PDRC的剩余挑战和机遇。
由于内部气候变异性，预计南极对海平面的不确定性
摘要。在南极冰盖（AIS）对未来气候变化的反应中识别和量化不可还原和还原的不确定性对于指导缓解和适应政策的决定至关重要。然而，由于气候系统的固有过程而导致的不可还原内部气候变异性的影响仍然很少了解和量化。在这里，我们在选择三个耦合模型对比项目中的大气和海洋内部气候变异性中都表征了第6阶段（CMIP6）模型（UKIP6）模型（UKESM1-0-LL，IPSL-CM6A-LR和MPI-ESM1.2-HR），并估计它们对SEAR-TEL-VEL-VEL-VEL-21 CONTER SESUIRE估算的影响。为了实现这一目标，我们使用了由海洋通过参数化的基础熔化驱动的独立冰片模型，并通过大气层通过所符合的表面质量平衡估计值。南极内部气候变异性的大气成分在三种CMIP6模型中具有相似的振幅。相反，海洋成分的幅度在很大程度上取决于气候模型及其在海洋中对流混合的表示。海冰产量的低偏见和过度地分层的海洋导致缺乏深对流的混合，从而在冰架腔入口附近导致海洋变异性较弱。内部气候变异性会影响南极对海平面变化的贡献，直到2100，根据CMIP6模型的不同。这可能是一个较低的估计值，因为CMIP模型中内部气候变化可能被低估了。大气内气候变化对表面质量平衡的影响使海洋内部气候变异性对动态冰截面质量损失的影响增加了2至5倍，除非在Dronning Maud区域以及Amundsen，Getz和Aurora盆地中，这两个贡献都可能取决于CMIP模型。基于这些结果，我们建议冰盖模型预测考虑（i）（i）几种气候模型和单个气候模型的几个成员来说明内部气候变异性的影响，以及（ii）纠正历史气候强迫当前观察结果时的较长时间时期。
临边红外大气探测反演
最近，已经启动了几种针对地球大气的远红外和微波遥感的新一代工具，使我们能够根据热发射技术观察大气成分。这些新技术和观察数据为将来更加专门的大气研究任务铺平了道路。我论文的动力是对解决大气遥感中出现的非线性反问题的强大版本算法的兴趣日益兴趣。提出了高分辨率辐射转移计算的检索代码PIL（对肢体发声的反转），并提出了来自红外和微波肢体声音测量测量的大气参数的重建。采用的前进模型通过考虑仪器性能和测量特征，以有效的方式模拟物理上现实的肢体发射光谱。尤其是，自动差异（AD）技术提供了快速可靠的确切JACOBIAN的实现，是远期模型的特殊优化功能。反转方法基本上是基于具有自适应（直接和迭代）数值正则化方法的非线性最小二乘框架。这些正则化技术的性能依赖于正规化参数选择方法的设计和A后部停止规则。检索误差的表征，包括平滑误差，噪声误差和模型参数误差，评估了正则化解决方案的准确性。关键错误来源，数据质量）。PILS与荷兰空间研究所（SRON）制定的检索代码之间的比较，处理辐射转移和倒置计算，并用预先确定的输入进行处理，旨在阐明实施的正确性和一致性。在正向模型中的小差异主要是由于连续吸收和辐射传递方程的整合而导致的。检索结果中差异的可能原因是所采用的不同反演方法（正则化，先验信息）和离散化的后果。通过分析合成和真实的辐射光谱，讨论了通过Telis（Terahertz和Simbillimimightimeter Limb Sounder）从气球传播测量（Terahertz和simbillimimightimeter Limb Sounder）中取出气体检索的结果。羟基自由基（OH）检索的灵敏度研究用于评估PIL的反演性能，并揭示Telis测量能力的初步期望（例如，此外，臭氧（O 3），氯化氢（HCl），碳碳
什么是真空技术
技术行业向聊天机器人提问真空技术用于在低气压条件下进行的各种过程和物理测量。发生这种情况的原因有很多，包括去除可能引起反应的大气成分、破坏正常室温下的平衡、延长粒子行进距离以最大限度地减少碰撞以及减少分子撞击以防止表面污染。真空过程中允许的最大压力受单位体积分子数、平均自由程或形成单分子层所需时间等因素限制。在室温和正常大气压下，1 立方英尺的空气中约有 7 × 10^23 个分子高速运动。通常使用一柱汞的重量来表示大气压，一个标准大气压等于 760 毫米汞柱或 760 托。帕斯卡单位后来被采用为压力测量的国际单位，相当于 7.5 × 10^-3 托。真空技术的使用可以追溯到 20 世纪初的电灯泡制造和电子管生产。它使一些工艺能够取得优异的结果或实现在正常条件下无法达到的结果，例如镜片表面晕染和血浆制备。核能的出现带动了真空设备的大规模发展，其应用扩展到空间模拟、微电子等领域。人们已经开发出各种容量的产生、维持和测量真空的设备，从每分钟 1/2 到 1,000 立方英尺不等。单级泵的压力水平可低至 2 × 10^-2 托，双级泵的压力水平则低于 5 × 10^-3 托。泵从大气压到大约 1 托达到全速，然后在极限压力下转速降至零。双叶片泵采用偏心转子设计，适用于泵送液体和气体。另一种类型是旋转活塞泵，它类似于单叶片泵，但包含一个用作进气阀的空心叶片，当转子到达最高点时，叶片会关闭泵。极限压力水平受高压侧和低压侧之间泄漏的限制，泄漏是由于密封油中的气体夹带以及摩擦引起的油分解造成的。这种泵的典型应用包括食品包装、高速离心机、紫外光谱仪，以及作为其他泵的前级泵或低真空泵。容量范围为每分钟 100 至 70,000 立方英尺，工作压力范围为 10 至 10^-3 托。峰值速度通常在 1 至 10^-2 托的压力范围内产生。机械增压器使用同步的 8 字形叶轮和定子将气体从高真空侧转移到前真空侧。机械增压器在正常压力范围内运行时通常需要另一个泵作为后备。机械增压器的常见应用包括真空熔炼炉、电气设备浸渍设备和低密度风洞。真空技术在各行各业都至关重要，因为所有工艺和测量都是在低于正常大气压的条件下进行的。这样做通常是为了去除可能在工艺过程中引起物理或化学反应、扰乱平衡条件、延长粒子行进距离或减少每秒分子撞击次数的大气成分。最大允许压力可以根据各种参数定义，包括单位体积的分子数、平均自由程或形成单分子层所需的时间。在室温和正常大气压下，空气中约有 7 × 1023 个分子以随机方向运动，速度约为每小时 1,000 英里。传递给壁面的动量交换相当于每平方英寸壁面面积产生 14.7 磅的力。大气压可以用各种单位表示，包括单位横截面积、高 760 毫米的汞柱的重量。这导致了替代单位的开发，例如帕斯卡，其定义为牛顿每平方米。真空技术的首次大规模应用发生在 20 世纪初，用于制造电灯泡。随后出现了其他需要在真空下运行的设备，包括各种类型的电子管。人们发现某些在真空中进行的过程可以取得优异的结果，或在正常条件下无法实现的结果，这导致了进一步的发展。20 世纪 50 年代核能的出现推动了真空设备的大规模发展。人们发现了越来越多的真空过程应用，包括空间模拟和微电子技术。人们开发了各种用于产生、维持和测量真空的设备。其中包括容量从每分钟 1/2 到 1,000 立方英尺不等的泵，工作压力从大气压到低至 2 × 10-2 托或低于 5 × 10-3 托。其中一种设备是双叶片泵，可以泵送液体和气体。另一种类型是旋转活塞泵，它类似于单叶片泵，但有一个空心叶片作为进气阀。其可用容量范围从每分钟100立方英尺到高达70,000立方英尺，通常在10托到0.01托的压力下工作。然而，峰值性能在1-0.1托的较窄范围内实现，速度取决于所用前级泵的类型。机械增压泵的特点是两个8字形叶轮，它们在固定定子内以相反的方向旋转。气体被夹在这些叶轮和定子壁之间，然后被输送到泵的另一侧。值得注意的是，这种泵在与另一台在其典型压力范围内串联工作的泵配对时，运行效果最佳。一种常用的前级泵是油封旋转泵。机械增压泵通常用于真空熔炼炉、电气设备浸渍设备和低密度风洞。
2030 年天气预报 - ECMWF
回顾 ECMWF 自 1975 年成立以来的 37 年，数值天气预报 (NWP) 的科学和实践取得了惊人的进步。1975 年，全球 NWP 模型尚处于起步阶段，天气预报技能最多只能提前三天。ECMWF 成立的一个关键原因是通过创建欧洲集体努力，使全球 NWP 能够更快地发展。无论如何，这段时间是这项事业取得巨大进步的时期，今天我们通常预计天气预报能够提前第二周预测。科学发展、增强的观测覆盖范围和增强的计算能力都发挥了关键作用。未来会怎样？我们可以期待 2030 年的天气预报是什么样的？众所周知，预测科学和技术的未来非常困难，尤其是因为如果以最近的历史为依据，未来 18 年的技术进步基本上是不可想象的。但也许其他当前趋势更容易推断。ECMWF 全球预报模型的隐含水平网格大小（高分辨率模型目前为 16 公里）几十年来一直以相当稳定的指数速度减少。NWP 预报的客观技能指标表明，技能一直在以大约每十年一天的提前时间增加（对于有用的预报）的恒定速度增加。将这两种趋势向前推断可能很危险，但如果我们这样做，那么到 2030 年，技能应该可以延长大约两天，水平网格大小可能在几公里的范围内。另一个自然而然的问题是，未来的全球模型将能够预测什么？有趣的是，自 1992 年以来，ECMWF 不仅预测天气，还预测海浪。当然，近地表风和海浪之间有着密切的联系，但当时和现在，水手对海浪的良好预报的需求也很大。最近，由于将我们的预报扩展到月度和季节时间尺度，ECMWF 预报模型现在包括与大气模型相结合的全球海洋模型。此外，ECMWF 还开发了另外两个领域，在这些领域中，可以使用我们的预报系统和数据预测自然环境的相关方面。从科学、技术以及用户的角度来看，这些都是非常令人兴奋的举措。第一个是 MACC 项目，用于预测大气成分，包括温室气体、气溶胶、火灾和空气质量。第二个是 ECMWF 的第一个第三方活动——欧洲洪水预警系统——正在探索集水区水文的评估和预测。人们可以推测，未来的 NWP 系统可能更接近于数值环境预测系统。这些发展之所以发生，是因为这些领域的科学正在进步，也是因为可以从卫星和其他地方获得这些特性的新观测。当然，所需的科学是多学科的，物理学、化学和生物学都发挥着越来越重要的作用。起源于气象学的数据同化等技术可以并且正在扩展到环境科学的许多其他分支。未来存在许多不确定性，但 ECMWF 可以抓住机遇，推动 NWP 科学发展并提高预报技能，继续成为公认的全球中期预报领域的世界领导者。艾伦·索普
1 俄罗斯科学院维尔纳茨基地球化学和分析化学研究所，莫斯科，俄罗斯 2 俄罗斯国立核能研究大学，莫斯科，俄罗斯 3 鲍曼莫
1 俄罗斯莫斯科科学院 Vernadsky 地球化学和分析化学研究所 2 俄罗斯莫斯科国立核能研究大学 3 俄罗斯莫斯科鲍曼国立技术大学 4 俄罗斯莫斯科科学院 Vernadsky 国立地质博物馆 提交日期 2024 年 9 月 3 日 接受日期 2024 年 11 月 28 日 发布日期 2024 年 12 月 11 日 引用本文：A. Asavin、A. Litvinov、S. Baskakov 和 E. Chesalova，“莫斯科市通过 WSN 技术监测大气的机器人气体分析仪综合体”，地球环境科学洞察，第 1 卷，第 1 期，第 1-6 页，2024 年。版权：摘要 城市大气中的氢含量是环境生态学的一个新的敏感指标。由于这种气体的绝对浓度低和高挥发性，确定这种元素的复杂性需要开发专门的自主综合体来监测 H 2我们开发了一种基于无线数据传输网络 - 无线传感器网络（WSN）技术和由金属-绝缘体-半导体（MIS）结构开发的专用氢传感器的机器人综合体。本文介绍了莫斯科地区两个大气污染程度高低的站点的首批监测数据。结果表明，氢气的走向是互补的，由大气参数决定，但莫斯科中心和其边境的浓度水平差异几乎有一个数量级。这些数据与世界其他城市（巴黎、赫尔辛基等）的监测信息进行了比较。关键词：氢气监测；半导体气体传感器；WSN 网络；MIS 传感器缩写：MIS：金属-绝缘体-半导体；WSN：无线传感器网络 1.简介我们的工作目的是组织对大城市现代大气成分进行长期生态监测。环境大气安全和工业危险情况的控制需要及时对大气进行痕量成分监测。随着无线传感器网络 (WSN) 技术（无线数据传输系统）的出现，创建此类系统的技术取得了重大突破。WSN 是空间分布的自主传感器，用于监测物理或环境条件，例如气体、温度、压力等，并通过网络协作地将其数据传递到主要位置。WSN 由“节点”组成 - 从几个到几百个甚至几千个，每个节点都连接到一个（有时是几个）传感器。每个这样的传感器网络节点都有一个带有内部天线或连接到外部天线的无线电收发器、一个微控制器、一个用于与传感器接口的电子电路和一个能源，通常是电池或嵌入式能量收集形式。我们的项目包括开发一个信息和分析系统，其中包括气体传感器网络和 GIS 技术。该技术的优点是自主工作（长达数月甚至更长时间）、气体传感器的高频可编程测量、低成本（在网络的一个节点上）以及可以将多种类型的传感器连接到一个监控节点。这些作品对构建 WSN 的技术进行了足够详细的描述 [1–3]。还有许多专门的专著 [4] 和定期期刊（“无线传感器网络”、“国际传感器网络杂志 (IJSNet)”、“自组织网络”、“IEEE 传感器”、“EURASIP 无线通信和网络杂志”）。这里我们简要列出 WSN 数据传输技术的主要技术优势：