天山山区水汽和云水含量的空间分布特征

利用欧洲数值预报中心(ECMWF)发布的第一代全球分辨率ERA-Interim再分析数据,分析了1979～2014年天山山区水汽含量和云水含量的空间分布特征。结果显示：(1)水汽含量的高值中心出现在伊犁河谷地区,中心值域在10—11kg m-2之间,低值区位于天山中部的巴音布鲁克附近,中心值域在5—6kg m-2之间;夏季水汽含量最丰富,在8—11kg m-2之间。(2)云液水含量的高值区出现在博格达山北坡,而云冰水含量的高值区在西天山海拔较高的托木尔峰地区,低值区均在伊犁河谷等海拔低的地区;夏季云液水含量、云冰水含量均呈减少趋势,云冰水含量较云液水减少的更为明显,下降速率为0.28kg kg-1/10a;(3)垂直分布上,云液水含量在600hpa左右的高空出现高值区,中心最大值为10kg kg-1;云冰水含量的高值区则出现在500hpa左右的高空,为11kg kg-1;在对流层大气中云冰水含量值远大于云液水,且云冰水发展的高度较云液水更高。     

基于ERA-Interim的中国云水量时空分布和变化趋势

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的新一代全球分辨率ERA-Interim再分析数据,用九点平滑、一元线性回归法分析了1979-2016年中国云水量时空分布特征和变化趋势。结果表明:(1)中国云水含量和云液水含量大值区主要位于四川东部-湖南850～500 h Pa,量值达0. 015～0. 045 g·kg~(-1),这一分布与该地区层状云的富集有关。云冰水含量大值区主要位于中东部地区(27°N-35°N,97°E-110°E) 500～250 hPa,量值达0. 006～0. 025 g·kg~(-1)。三者小值区均位于西北地区西部。(2)中国多年平均整层云水量无明显线性趋势。春季云水量呈略减少,秋、冬季呈略增加趋势,夏季无明显趋势。云水量有明显年际变化,夏季年际变化远小于其他季节;干旱区、半干旱区整层云液态水含量的年际变化大于湿润区,云冰水含量相反。云水量空间变化呈西增东减趋势。(3)云水量大值区对应水汽输送辐合和低层上升运动,且对流层中低层水汽通量散度可在一定程度上表征云水含量。从而为认识和理解气候变化对中国水资源的影响提供一定依据。     

地基微波辐射计探测空中水个例分析

为了解层状云降水天气过程中水汽、液水含量的变化 ,在西安地区利用双波长地基微波辐射计进行空中水汽、液态水的连续探测。通过对 2 0 0 3 - 0 9- 1 7的层状云降水天气过程跟踪探测 ,分析得到空中水汽、液水含量的变化特征 :在降水开始前 5 h,水汽、液水含量出现低值段     

基于ERA-Interim资料的青海省空中云水资源评估

利用ERA-interim再分析资料分析2009—2018年青海省云液水含量和云冰水含量时空分布特征。结果表明:青海省云液水含量和云冰水含量自西北向东南逐渐增多,玉树南部、果洛东南部和祁连山区为云水资源较为丰富的地区,夏秋季节云水资源最为丰富,可达60～70 g·m~(-2)。从云水资源的垂直分布来看,云液水含量和云冰水含量随海拔高度增高呈先增多后减少的变化趋势,云液水含量在海拔4～6 km高度较多,云冰水含量在海拔7～8 km高度较多,云冰水含量峰值所在高度高于云液水含量峰值所在高度。夏秋季节,青南高原云液水含量和云冰水含量垂直变化幅度大,柴达木盆地云液水含量和云冰水含量垂直变化幅度小。从年际变化趋势来看,2009—2018年青海省大部地区云液水含量、云冰水含量呈增多趋势,且秋季增多趋势最为显著。从月际变化看,云液水含量和云冰水含量9月最高,1月最低。柴达木盆地云液水含量和云冰水含量的月际差异最小,东部农业区云液水含量月际差异最大,青南高原云冰水含量月际差异最大。     

基于CloudSat卫星分析西太平洋台风云系的垂直结构及其微物理特征

基于2012—2014年CloudSat卫星数据,按照热带气旋强度分类的6个等级以及沿台风中心的径向距离,分析西太平洋台风云系的垂直结构及其微物理特征。研究表明:(1)不同强度的台风云系中均是单层云占主导,多层云中双层云出现比例最高;随着台风强度的增强,距离台风中心250km之内,单层云分布位置更加集中且垂直厚度较厚,而450km之外的单层云一直集中在7~15km,厚度较薄;随着台风强度的增强,距离台风中心250km之内的双层云中的底层云和顶层云均增厚且分布位置更加趋于集中,云间距变窄,而450km之外顶层云和底层云较薄,云间距一直较大。(2)台风云系中,深对流云、高层云、卷云与其他云类型相比,分布的垂直范围较广,出现频率较高,分布的位置会随着台风强度变化和沿台风中心径向距离的增加有明显的变化。(3)随着台风强度的增强,近台风中心5km以上的回波有明显增强,除此高值区外,发展较为成熟的台风,距台风中心450km之外也会出现多个明显的柱状回波高值区。(4)近台风中心液水含量的值和冰水含量的值随强度变化均有明显增加,但外围云系中也有分散的冰水含量高值中心但分布高度相对较低,在10km附近;液水粒子数浓度的高值区域与液水含量的高值区非常对应,而冰水含量的高值区位于冰粒子数浓度的高值区下方,表明小的冰粒子被较强的对流活动带到了高处,而大的冰粒子集中在云系较低处。     

山东省极端降雪天气事件特征分析

应用常规地面和高空观测资料、NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料以及山东省122个国家自动站日降水量和小时降水量资料,从日积雪深度和过程总降水量两个角度分别定义第一和第二类极端降雪事件,并进一步对其基本特征进行分析总结。结论如下:(1)山东省极端降雪事件发生在江淮气旋和回流天气形势下,出现在11月(初冬)和2月(早春)的可能性最大,江淮气旋类多出现在2月,回流类多出现在11月。(2)极端降雪事件中鲁东南、鲁西北西部和鲁中北部地区降雪量大且出现极端降雪次数多。江淮气旋类极端降雪过程降水量大值中心出现在鲁东南、鲁中北部和半岛地区,而回流类过程降水量呈现出"南多北少"的分布特征。(3)相比较于江淮气旋类降雪过程,回流类极端降雪过程出现的单站最大降水量更大,且大雨以上量级降水范围更广。通常极端降雪过程中,降水量最大为50.0~59.9 mm,多数站点过程降水量为10.0~29.9 mm。(4)不同天气系统影响下的两类极端降雪过程地面气旋初生时中心气压值、冷高压中心强度和位置、低空急流的厚度和强度等特征有所不同。(5)回流类极端降雪过程,水汽辐合层次深厚,700 h Pa与850 h Pa均有明显的水汽辐合,江淮气旋类极端降雪过程中水汽辐合层次较低,主要位于850 h Pa附近。对于过程降水量超过50.0 mm的极端降雪事件,700 h Pa和850 h Pa比湿均达到并超过5 g·kg~(-1)。(6)回流类极端降雪过程伴有不同范围寒潮。     

用微波辐射计作云降水潜力的估算

1997年7—11月，用单点双波长地基微波辐射计对西安上空的降水云作汽态水、液态水的连续探测，分析发现云中水汽和液水含量在降水开始前有明显变化。将变化的时间轴转化成空间轴，得到：在云的降水区前有一较宽的液水含量高值区，在高值区和降水区连接处存在一液水含量低值区。云的总降水量与高值区的水汽和液水含量值有一定关系，参数Rk代表云的可降水潜力，当Rk大于2．7时，云才有被人工催化增雨作业的潜力；Rk大于3．5时，人工增雨效率最高。     

豫东地区短时强降水时空分布特征及物理量指标分析

利用1985-2018年汛期(5-9月)豫东地区20个国家站小时降水资料和2011-2018年同期豫东地区区域自动站观测数据、NCEP(1°×1°)再分析资料、高空地面观测资料等,统计分析了该区域小时雨强分别≥20mm/h、≥30mm/h和≥50mm/h的短时强降水时空分布特征,结果发现:豫东地区近34年汛期平均年降水量为458.9～577.5 mm/a,短时强降水次数为72.8次/a;2000年是短时强降水多发年份,≥20mm/h的雨强出现158次,是常年平均次数的1.17倍;主汛期的7-8月是不同强度短时强降水多发时期,34年来共计发生≥20mm/h的短时强降水1821次,占同强度短时强降水总次数(2476次)的近74.0%;在短时强降水的日变化中,05时是不同强度短时强降水多发时段,20时为次多发时段。对不同环流背景影响下短时强降水过程的水汽、动力、热力及能量等物理量作统计分析,低槽型短时强降水过程的动力条件优于其他两个类型的,850hPa涡度平均值达3.8×10~(-5)s~(-1),700hPa垂直速度平均值达-0.36 Pa·s~(-1);副高边缘型短时强降水过程不稳定能量条件优势显著,850hPa假相当位温平均值达354.1 K,500-850hPa假相当位温差的平均值达-17.80℃,K指数平均值为38.1℃、CAPE值平均值为2075.0 J·kg~(-1);而台风倒槽型短时强降水过程则在水汽输送方面更具优势,850 hPa比湿平均值为15.5g·kg~(-1),整层可降水量达70.0 mm。     

贵州冬季两次降雪过程的对比分析

利用常规观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,对贵州2014年2月18日(过程1)和2015年1月9日(过程2)两次降雪过程进行对比分析,结果表明:1过程1水汽主要依靠700 h Pa西南急流输送,过程2水汽依靠500 h Pa南支槽前西南急流输送,但大气中高层水汽含量较少,故过程2输送至贵州的水汽通量远小于过程1;2过程2南支槽强度强于过程1,700 h Pa切变线影响贵州的时间也长于过程1,导致过程2虽然水汽通量较小,但动力条件较好,使得24 h降水量与过程1相当;3过程1降雪时冷平流强于过程2,贵州700 h Pa以下温度低于0℃,地面气温低值区域(-4~2℃)位于贵州中部一线,而过程2中仅贵州中西部700 h Pa以下温度低于0℃及地面气温低于3℃,故过程1贵州出现大范围的降雪,积雪大值区位于贵州中部一线,而过程2的降雪和积雪主要出现在贵州中西部。     

基于高分辨率资料的湿螺旋度指标及其对成都强降水的预报应用

为了更好的提高成都地区(30.1°N-31.5°N,103°E-104.9°E)强降水的预报准确率,利用国家气象中心(T639)高分辨预报场(0.28°×0.28°)资料以及加密自动站降水量资料对成都地区2011-2012年汛期(7-9月)共计15例强降水个例进行湿螺旋度指标的统计分析,分别归纳总结出3 h、24 h内强降水发生、发展及落区分布的判据。利用这些判据对2013年6月20日以及7月8日发生在成都地区的两例强降水过程进行检验,同时根据这些判据对成都2013年6-8月强降水过程进行检验评分并投入业务试应用。结果表明,低层湿螺旋度对成都区域性暴雨的预报准确率较高。700 h Pa和850h Pa湿螺旋度正值区的分布对强降水落区分布有较好的预报效果,强降水出现在700 h Pa湿螺旋度正、负值等值线密集区(靠近正值一侧),以及850 h Pa正值区;当700 h Pa连续5~8个3 h维持在20×10-11~80×10-11Pa·s-3湿螺旋度时,出现区域性暴雨天气;当700 h Pa连续5~8个3 h维持在20×10-11~140×10-11Pa·s-3湿螺旋度时,出现区域性大暴雨天气;当不同层次上出现300×10-11~500×10-11Pa·s-3时,可能出现局地强对流天气,如大风、短时强降水等。     

阿克苏地区初秋一次暴雨过程诊断分析

利用常规地面与高空观测资料、自动站逐时资料、NECP1°×1°再分析资料,对阿克苏地区2015年9月7日局地暴雨进行分析。结果表明,此次暴雨的主要成因有:(1)100hPa南亚高压双体型、200 hPa高空急流以及500 h Pa中亚槽提供了有利的环流背景,"三支气流"配合加强了动力以及热力条件并促使水汽快速汇集,强度为8 g·cm~(-1)·hPa~(-1)·s~(-1);(2)暴雨过程的大部分水汽是通过低层偏东气流接力输送,水汽的来源主要为南海及孟加拉湾;(3)暴雨发生前阿克苏处于高能高湿不稳定区域,存在315.9 J·kg~(-1)的不稳定能量,水汽上干下湿体现了一定的对流特征,同时锋区、垂直风切变、湿层以及不稳定能量的突变预示了强对流天气的发生;(4)低层风场辐合触发对流,地面辐合线及偏东风输送位置影响暴雨落区,加之较好的地面热力条件以及独特的地形增益暴雨强度。     

上对流层/下平流层水物质分布与输送特征

基于Aura卫星微波临边探测仪（MLS）探测的水汽、冰水含量和温度等资料,对比分析了夏季亚洲季风区与北美季风区、暖池区以及伊朗高原上对流层/下平流层水汽、冰水含量以及水物质总含量（水汽和冰水含量之和）的分布特征,并探讨了不同区域水汽的输送过程。结果表明：在215-83 hPa高度上水物质总含量在亚洲季风区均出现了高值中心,且亚洲季风区水物质总含量明显大于北美季风区;在215 hPa高度水汽对水物质总含量起主要的贡献,而到了147-83 hPa高度,冰水含量与水汽对水物质总含量的贡献大致相当,亚洲季风区上对流层/下平流层水汽的高值中心揭示了反气旋对水汽的隔离作用。水汽混合比在147 hPa和100 hPa高度不同的概率密度分布反映出不同高度影响水汽输送的不同因素。北半球冬季暖池区100 hPa上空温度极低,水汽混合比峰值概率仅为2 ppmv;而在147 hPa高度上,亚洲季风区频繁的深对流使得大量水汽被输送到对流层上层,这是亚洲季风区水汽概率“长尾”分布的主要原因。在100 hPa和147 hPa高度,冰水含量主要集中在小值,可能是由冰晶粒子消耗水汽而增长到一定尺度后沉降造成的。     

秦岭北麓一次冷锋触发的短时强降水成因分析

2015年8月3日秦岭北麓突发短时强降水,强度之大近年少有,并引发山洪造成人员伤亡。应用高空观测资料、地面加密资料、NCEP再分析资料,并结合风廓线雷达和多普勒天气雷达资料分析发现,此次降水过程具备较好的对流潜势及湿度条件,由冷锋系统触发,冷锋系统结构特点包括:锋区前近地面水汽含量18 g·kg~(-1),锋面上升运动处于下沉运动之上、自由对流高度以下,850 h Pa以下强冷平流造成该层浅薄逆温,锋前出现显著对流不稳定,均为对流性强降水发生创造有利条件。强冷平流带来水平锋生,对流不稳定产生垂直锋生,总体强锋生主要出现在对流层中下层,达到20×10~(-10)K·s~(-1)·m~(-1)。秦岭的阻挡作用使得冷锋过境转为偏西风,并与强降水正反馈形成超低空强西风带。偏西风与迎面山体配合对降水产生增幅作用,并为降水区带来水汽输送,但超低空西风较强容易破坏雷暴单体的垂直结构,又使得降水不能长时间维持。风廓线雷达能够探测到冷锋系统的精细化垂直风场结构,反映了冷锋的垂直结构信息,并较其他气象要素更能提前预判系统发展,具有较强的预报指示意义。     

副热带高压边缘一次暴雨天气诊断分析

利用NCEP再分析资料,对2014年5月25日湖南一次暴雨过程进行分析。结果表明:500h Pa高空槽、副热带高压、中低层切变线、地面冷锋是此次暴雨的主要影响系统。暴雨发生前,850h Pa比湿达16g·kg~(-1)、水汽通量达16~18g·cm~(-1)·h Pa~(-1)·s~(-1),700h Pa以下湖南有高达360K以上的假相当位温高能中心。暴雨发生时,垂直速度最强中心出现在400~600h Pa附近,达到-1.8~-2h Pa·s~(-1)。从850h Pa湿位涡水平分布来看,暴雨发生时,湿正压项等值线密集,且暴雨落区主要位于等值线密集带正负过渡地带附近;湿斜压项为负值区,且最小值为-0.4PVU,说明大气斜压性较强,对暴雨有一定的指示意义。从湿位涡垂直分布来看,中低层湿正压项正负值交界附近与强降水有较好的对应关系;中低层湿斜压项负值区指示大气斜压性较强、与正值区交汇处附近对强降水有一定的指示意义。     

层状云中冰晶繁生过程对降水影响的数值模拟

在层状云雨滴分档模式中加入冰晶繁生过程,研究繁生过程对层状云微物理结构及降水过程的影响。结果表明:模式云发展到190 min时,冰晶繁生过程发生,繁生层内的冰粒子浓度由10-3L-1增加到7.3 L-1,随后迅速减少,250 min后趋近于无繁生的情况;繁生层及其下方的云水含量较繁生前相同时刻减少约0.05-0.2 g.m-3;190 min,2 400-4 800 m高度层内的水汽含量急剧减少0.1-1.0 g.m-3;190-230 min,2 400-5 000 m高度层的冰水含量较考虑繁生过程之前增加0.1-0.6 g.m-3,240-250 min,2 400-4 000 m高度层内的冰水含量较繁生前相同时刻减少了0.1-0.3 g.m-3。加入繁生过程之后,雨强极大值增加1.8 mm.h-1(6.6%)。由此得出结论:(1)繁生过程发生后,云中瞬时冰晶浓度增加,繁生层下方的云水含量减少,冰水含量先增加后减少,水汽含量减少;(2)繁生过程使得雨强极大值增大。     

CPR雷达探测北半球夏季多层云系结构统计特征分析

利用2007~2010年北半球夏季（6~8月）CloudSat卫星搭载的云廓线雷达（Cloud Profile Radar,CPR）探测结果对0°~60°N区域单层、双层和三层云系的水平分布、垂直结构特征及各云层云类组成、云水路径等物理量分布进行分析。云量的统计结果表明CPR探测的单层、双层和三层云系的云量分别为36.63%、8.26%和1.40%,云量的水平分布表明其高值区主要位于对流旺盛区域,且高值区的云层云顶高、厚度大,而低值区则多位于副热带高压区域。对不同云类的出现频率统计分析结果表明,单层云系中各云类的出现频率相近;多层云系的上层以卷云为主,下层以层积云为主。对比海陆差异发现洋面卷云和层积云的出现频率显著高于陆面,但高层云和高积云的出现频率低于陆面。云水路径分析表明,单层云系的冰水路径和液水路径均最大,而在多层云系中云层越高、厚度越大、冰水路径越大,液水路径则随着云层的降低增大。     

基于云雷达反射率因子的云宏观参量反演

针对2012年7月23日云南腾冲的一次混合型层状云降水过程,联合35 GHz多普勒偏振云雷达、雨滴谱仪和探空仪进行联合观测与分析,根据Z—q_r(雷达反射率因子—雨水含量)的关系式,反演雨水含量(q_r)、云水含量(q_c)以及空气垂直速度(w)。结果表明:在较强回波区,云水含量为0.5~0.8 g·kg~(-1),雨水含量为0.2 g·kg~(-1),空气垂直速度为0.6~1.0 m·s~(-1),对应时段的小时雨量较大;通过云水含量与雨水含量、雨水含量与雷达反射率因子的散点图,分别得到各自的拟合公式。当云水含量0.8 g·kg~(-1)时,直接通过拟合公式得到的云宏观参量的精度较好。     

论中纬度气旋中水汽和相位转换能量的估算

大气里发生的许多过程,水汽蒸发起着很大作用。水汽凝结和蒸发过程,伴随着相应的热量的释放和消耗,影响着温压场,影响着大气能量与大气动力学特征。 据近代估计大气中含有1.24×10~(16)千克的水汽,相当于0.024米的水层。从另一方面看,地球上的年平均降雨量为3.96×10~(17)千克,这相当于0.78米厚的水层。这样,大气中的水汽储存在一年之内平均要更换32次,也就是说,每十一昼夜更替一次。因为年平均水汽蒸发量等于年降水量。所以,如计算表明,蒸发时耗热(被凝结释放的热量所补偿),大约为3×10~(18)千瓦,对整个行星大气而言,平均为58瓦/米~2。 但是,大气中水汽含量的分布是不均匀的。尤其需要注意的是:水汽凝结过程,云     

厦门至莆田登陆台风对温州雨量影响研究

利用常规资料、NCEP/NCAR2.5°×2.5°每日4次再分析资料对1971—2012年在厦门至莆田登陆台风对温州的雨量影响进行了研究。厦门至莆田登陆台风对温州带来明显雨量影响的其登陆时强度一般在强热带风暴或其以上,登陆后路径一般都是偏西行或西北行,登陆前24h温州850hPa会出现偏东风急流、500hPa会出现偏东风,登陆时温州700hPa会出现相对湿度≥80%的湿区,925hPa水汽通量散度中心值一般≤-4×10~(-8)g·cm~(-2)·hPa~(-1)·s~(-1),700hPa垂直速度中心值一般≤-0.25m/s,700hPa螺旋度中心值一般≥125×10-7hPa·s~(-2)。     

乌鲁木齐“12·27”高影响大暴雪天气综合分析

2017年12月27—28日,乌鲁木齐出现大暴雪天气(简称"12·27"),强降雪伴4级阵风致能见度低并造成雪阻,严重影响了民航运输和城市交通等。本文利用MICAPS常规资料、乌鲁木齐天气雷达和风廓线雷达等资料,综合分析了这场大暴雪天气成因。结果表明:中亚低槽和地面冷锋是这场大暴雪天气的主要影响系统;水汽通过西南和偏西路径输送至乌鲁木齐,700～850 h Pa水汽贡献大;200 hPa高空西南急流维持、高层辐散低层辐合、地面冷锋和迎风坡地形抬升共同增强乌鲁木齐上升运动和水汽聚合,致降雪强度强;小时雪强2 mm的强降雪时段雷达回波强度20 dBZ,具有弱对流性,同时段850 hPa水汽通量散度值4×10-5 g·(cm2·hPa·s)-1;风廓线雷达探测高度抬升至8000 m后5 h乌鲁木齐开始降雪,强降雪时段4000 m以下Cn2-128 dB。