一次罕见秋季暴雨天气过程分析

对2011年9月14日淄博地区暴雨天气过程的天气形势,红外云图和济南多普勒雷达组合反射率因子、基本速度产品演变,以及欧洲中心数值预报,T639和日本数值预报产品进行了分析。结果表明,这是一次高空槽和副热带高压外围西南气流与低层切变线长时间共同作用产生的暴雨,发生在呈带状云团云顶亮温低于240k和雷达强回波43dBz长时间影响时段,当处于0．5。仰角济南雷达辐合线附近同时低层有冷平流时降水强度较大。数值预报与实况对比分析表明,日本、欧洲中心、T639数值预报模式都预报出14日副高有减弱东撤南退,日本预报副高系统稳定,位置偏南,欧洲中心更偏南,T639预报偏北;三种数值预报均预报有低层切变线影响,日本数值预报与实况相当,欧洲中心和T639对14日白天的切变线预报较好;对地面倒槽预报,T639对于14日白天预报与实况相吻合,日本和欧洲中心比实况偏晚;T639和日本降水量预报对暴雨预报具有较强指导意义。     

8月柳州一次副高影响下的持续性大暴雨过程分析

利用常规观测资料、区域自动站雨量资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及国家气候中心的副高指数资料,分析2017年8月9~15日柳州北部的持续性大暴雨到特大暴雨天气过程。结果表明:这次连续降雨过程可分为副高稳定且高原小波动东移、副高西进且切变线北抬、华北槽南压且副高东退三个阶段。第一阶段,波动引导干冷空气侵入,低层暖湿空气加大,θ_se锋区增强,边界层辐合抬升触发暴雨,低层风速辐合为增强机制;强降水发生在锋区南侧西南气流加强过程中,落区稳定,集中在柳州北三县,局地性强,傍晚加强,白天减弱,与高原波动频率一致。第二阶段,副高加强西伸,广西整层转为西南急流,桂北处于急流轴附近,垂直运动存在高低两个中心;桂北处于高温高湿的不稳定层结中,中层受副高下沉气流影响,低层暖湿不稳定能量集聚,当近地层超低空急流加强,急流轴北推时,其左侧的气旋性切变和风速辐合抬升触发暴雨,不稳定能量释放过程中使得高低层两个垂直运动中心打通,上升运动进一步加强;其强降雨落区南界北收到三江融水交界,雨强更大,暴雨成片,无时间间歇。第三阶段,前期副高控制让桂北集聚了大量的暖湿不稳定能量,随着华北槽的东移,中高层干冷空气叠加在高温高湿的不稳定气流之上,随低层切变线南压进入广西,低层强烈的辐合抬升触发强降雨,中高层干侵入对降雨有增强作用,强降雨落区随着副高东退从桂北逐渐南压到桂南,其强度、范围和累计雨量均为最大。      

自贡七月暴雨天气特征分析

应用地面气象观测、雷达、风云二号卫星等资料,对自贡7月的三次暴雨天气进行分析。结果表明：高空低值系统、地面冷空气和副高阻挡,使得三次暴雨天气小时雨量大,范围也较大。“7.15”暴雨过程实况较模式预报低涡位置偏南,副高东退较慢;“7.2”暴雨过程实况地面辐合线均偏东,预报降雨落区与实况略有误差。数值模式预报对雨带把握较好,但对降水强度均较实况偏弱、偏北。NCEP、SWC数值模式和四川省气象台指导预报的降水强度和落区与实况更为接近。     

2010年7月20至21日暴雨浅析

本文利用常规资料以及卫星云图、雷达回波等资料,根据天气系统在三度空间的配合和历史连续性,对2010年7月20日05时至21日05时区域性暴雨过程的大尺度环流背景场,配合的物理量场以及云图和雷达回波进行了综合分析,同时也对各家数值预报的降水落区进行了对比,分析结果表明,此次暴雨是副高后部切变线产生的降水。     

2010年8月豫北一次短时强降水过程分析

利用常规观测资料、卫星云图和NCEP全球分析资料（FNL）,对2010年8月13日豫北沿黄地区出现的短时强降水过程进行了诊断分析。结果表明：这次强降水过程是在低槽东移、副高东退南压的形势下,由高、低空急流,中低层切变线,以及地面倒槽和弱冷空气等影响系统共同作用造成的。强降水发生时暴雨区低层水汽辐合跃增,配合强劲的垂直上...     

一次地形加强贵州暖区暴雨成因分析

利用常规气象资料、FNL再分析及雷达卫星资料等对2015年5月26—27日发生在贵州一次区域性暖区暴雨进行分析,结果表明:此次特大暴雨发生前期副高稳定少动,暴雨临近时高空影响槽东移,中低层切变线南压及暖湿气流辐合加强触发了暴雨的发生,暴雨发生在辐合线附近,无明显的冷空气影响,为典型的暖区暴雨;雷公山地形增强了气流辐合和地形抬升使其西南气流垂直上升运动较强,低空为强辐合区;低层高温高湿高能环境,有利于降水效率的提高,切变线两侧风速风向的辐合为暴雨的发生发展提供了充足的动力条件;降水过程强回波呈低质心、降水效率高的热带降水型特征,多个对流单体不断生消发展,在黔东南西部表现为明显的"列车效应";卫星云图显示特大暴雨落区及强度与TBB的变化有很好的对应关系。     

贵州一次暖区持续性区域大暴雨成因分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、自动站观测及雷达卫星资料等对2015年6月1日至3日发生在贵州的一次暖区持续性区域大暴雨天气成因进行分析,结果发现:低层高湿高能环境和上干下湿的大气层结有利于暖区降水效率的提高和强对流天气的产生;降水易发生在低空急流左侧和热低压东部第一象限和第四象限叠加区内,而强雷暴易发生在地面辐合线和850h Pa切变线之间的热低压第一象限里;垂直速度和涡度剖面图说明了暖区上升气流的强盛发展及其倾斜性,副高西伸北抬的同时地面辐合线却有所南压,二者反位相进退有利于斜升气流的维持;雷达组合反射率因子表明低层风速风向的辐合触发局地对流单体不断发生发展,降水过程表现出明显的"列车效应",而回波剖面显示该暖区降水回波具有热带降水回波的特征;卫星云图显示对流云团发展成长条状,整个过程表现出对流云团发展具有后向传播的特点。     

贵州西部一次秋季暴雨预报偏差分析

2021年9月16日预报夜间贵州西部将出现暴雨-大暴雨天气,实况以小到中雨、分散暴雨为主,本文利用常规及加密观测资料、NCEP/NCAR再分析资料、ECMWF、CMA-GD、CMA-SH9等模式预报产品,对这次暴雨空报的原因进行探讨,结果如下：(1)本次暴雨-大暴雨空报的主要原因：副高夜间略北推增强,有利下沉气流增强,阻止切变线南下且消弱低层切变的强度;整体动力条件较差,低层辐合厚度、强度不够,且迅速转为辐散,涡度平流由正转负、上升运动较弱。(2)模式出现较明显误差：ECMWF错误预报副高夜间位置,切变线位置预报也有偏差,CMA-GD模式错误预报切变线位置;5家数值模式预报量级均偏大,其中CMA-GD、CMA-SH9及贵州WRF偏大明显,ECMWF的量级及落区预报和实况更为接近。(3)预报员过度相信ECMWF对切变线的位置预报、过度相信CMA-GD对极端降水的把握,忽视副高略北推增强、动力条件差导致的触发难度迅速加大,主观预报的优势没有发挥出来。     

一次罕见的特大暴雨物理量场特征分析

通过对 1 998年 7月 9日丹凤县特大暴雨发生时的主要影响系统、各种物理量场特征、卫星云图演变实况、地形特征的综合分析表明 ,“7· 9”特大暴雨是在副高减弱东退 ,其外围的西南气流发展成急流 ,850 h Pa切变线过境的情况下发生的 ,地面冷锋和中尺度扰动及有利地形的叠加作用是这次大暴雨发生的触发机制 ;停滞少动的暴雨云团的持续影响是这次特大暴雨产生的主要原因。特大暴雨产生在中低层对流不稳定、高能舌和低层暖平流、高层冷平流以及低层辐合、高层辐散的上升运动区     

台风“莫兰蒂”(1614)影响期间浙江暴雨成因分析

利用Micaps、常规观测、自动站资料、降水融合资料以及云图、雷达资料和NCEP/NCAR1°×1°每日4次再分析资料对2016年第14号台风"莫兰蒂"影响期间浙江暴雨成因进行了分析,发现浙南前期降水是台风外围东南气流造成;后期降水是由台风环流后部的西南气流与副高西南侧东南气流交汇加之弱冷空气共同影响促使对流发展引起。强降水落区和偏东或东南急流影响区域基本一致,或者强降水落区位于偏东或东南急流的右前方。另外,当台风残留环流与副高形成的偏南急流在有充足水汽输送时,若影响浙江中北部沿海,以上地区仍可能有短时强降水发生。通过对物理量的诊断分析,发现水汽通量散度负值区和正涡度区对强降水的落区有一定的指示意义。浙东南沿海特殊的地形分布,造成了降水的进一步增幅。     

两种确定性初值形成方案对集合预报技巧的影响研究

为了进一步提高GRAPES-REPS的降水预报性能,将GRAPES-Meso业务模式的高分辨率同化分析初值通过动力升尺度方法(简称GRAPES-M-US方案)产生GRAPES-REPS确定性初值,在此基础上进行了连续10 d的集合预报试验,并与基于T639全球模式同化分析初值动力降尺度方案(简称T639-G-DS方案)得到的确定性初值以及相应的集合预报结果进行了对比分析及预报检验,重点关注了降水预报的检验结果。结果表明:基于GRAPES-M-US方案得到的确定性初值相对于T639-G-DS方案得到的确定性初值而言,在低层具备更多的中小尺度信息;低层连续性变量预报表现较好,850 hPa的位势高度和温度的均方根误差以及概率预报评分(CRPS)均表现出了一定的改进效果,而中层和高层要素改进不显著,10 m风速均方根误差和CRPS均有较明显的改进效果,2 m温度均方根误差和CRPS则基本相当;对降水预报而言,24 h预报时效的小雨、中雨和大雨量级的TS评分、Brier评分和相对作用特征面积(AROC)均有一定的改进,其余预报时效总体而言基本相当或略有负效果;在2017年8月7日的强降水个例中,对强降水落区和强度的预报表现出了一定的"细化"和"纠偏"效果;总体而言,GRAPES-M-US方案较T639-G-DS方案表现出了一定的优势,特别是在短期降水预报方面。     

云贵高原东部两次典型气象干旱年汛期环流特征对比

利用云贵高原东部84个地面气象观测站2011年和2013年4-9月逐日降水和温度资料、NCEP/NCAR再分析资料以及积温干燥度公式和视水汽汇公式,对2011年(拉尼娜年)汛期(4-9月)和2013年(中性年)汛期(4-9月)云贵高原东部干旱天气的基本特征和环流异常进行分析。结果表明,2011年汛期平均降水量比2013年汛期少,但均具有时空分布不均的特点;2011年汛期降水量偏少,主要是4-5月和7-9月的降水贡献大,2013年汛期降水量偏少,主要是7-8月的降水贡献大,且积温干燥度指数较好地反映了2011年和2013年汛期的干旱程度。2011年、2013年汛期的南亚高压均偏强、面积均偏大、东侧脊点位置均偏东,但2011年汛期的西太平洋副热带高压的强度、面积均比2013年汛期的偏强、偏大,是2011年汛期干旱天气比2013年汛期偏重的重要原因。孟加拉湾、南海以及西太平洋中低层的水汽输送偏弱是云贵高原东部2011年和2013年汛期降水少的主要原因,且云贵高原东部上空的水汽辐散中心与其降水量有较好的对应关系;700 hPa的水汽输送异常减少对2011年和2013年汛期干旱的发生起决定性作用,云贵高原东部2011年汛期700 hPa层上的水汽辐散比2013年汛期的强,导致其降水量比2013年汛期的少。视水汽汇揭示了2011年汛期干旱程度比2013年更严重的事实。500 hPa环流场、700 hPa水汽输送场对于云贵高原东部较长时间的旱涝预报具有一定的参考价值。     

The philosophy of the Chicago School of meteorology

Summary The effect of philosophical thought on scientific achievement is briefly discussed. Through a study of the types of problems investigated and the methods employed by the Chicago School of meteorology an attempt is made to isolate its philosophy. In the light of these results certain concepts favoured by the Chicago School such as energy transmission, horizontal mixing, and indirect circulations, are discussed.

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Zusammenfassung Die Auswirkung einer auf die Grundvorstellungen zurückgehenden Denkweise auf den wissenschaftlichen Fortschritt wird kurz diskutiert. Durch eine Untersuchung über die von der Chicagoer Meteorologenschule in Angriff genommenen Problemstellungen und über die von ihr angewandten Methoden wird der Versuch gemacht, ihre Grundanschauungen herauszuschälen. Im Lichte dieser Ergebnisse werden bestimmte, von der Chicago-Schule bevorzugt behandelte Begriffe wie Energieübertragung, horizontaler Austausch und indirekte Zirkulation diskutiert.

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Résumé Brève discussion d'une philosophie des notions fondamentales et de son influence sur le progrès scientifique. Par une étude de la problématique à laquelle s'applique l'école météorologique de Chicago et de ses méthodes, on tente de dégager ses fondements. A la lumière de ces résultats, certaines notions adoptées par l'école de Chicago telles que la transmission de l'énergie, l'échange turbulent horizontal et la circulation indirecte sont soumises à une discussion.

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Published by the permission of the Controller, Meteorological Service of Canada.     

Some observations of thep H of precipitation elements

Summary A year of observations ofp _H values of individual rain drops and snowflakes near Boston, Mass., showed acidic values ranging from 3 to 5.5 with a mean value of 4. There was no systematic relation betweenp _H and the duration of rainfall. Drizzle and light rain had the lowest values, heavy rain and solid precipitation had the highest. There is a tendency for smaller drops to have lower values ofp _H than the larger ones. Measurements of dew and frost showed also a range from 3 to 5.5 with a mean value of 4.3.

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Zusammenfassung Beobachtungen desp _H-Wertes von einzelnen Regentropfen und Schneeflocken während eines Jahres in der Nähe von Boston zeigten eine Schwankung zwischen 3 und 5,5 mit einem Mittelwert von 4. Eine systematische Beziehung zwischenp _H und Regendauer wurde nicht gefunden. Tropfen von Sprühregen und leichtem Regen hatten die niedrigsten Werte, während die höchsten Werte bei heftigen Schauern und gefrorenen Niederschlagsarten beobachtet wurden. Es besteht eine Neigung zu niedrigeremp _H bei kleinen Tröpfchen als bei großen Tropfen. Messungen an Tau und Reif ergaben ebenfalls Werte zwischen 3 und 5,5 mit einem Mittelwert von 4,3.

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Résumé Des observations des valeurs dup _H de différentes gouttes de pluie ou de flocons de neige, faites près de Boston pendant une année, indiquent une variation comprise entre 3 et 5.5 avec une moyenne de 4. L'auteur n'a pas trouvé de relation systématique entre lep _H et la durée des précipitations. Des gouttes de bruine et celles de légères chutes de pluie indiquaient les valeurs les plus basses, tandis que pendant de fortes averses et des précipitations sous forme solide on obtenait les valeurs les plus élevées. Il y a davantage une tendance à un petitp _H lorsque les gouttes sont petites que lorsqu'elles sont grandes. Les mesures faites sur des gouttes de rosée et sur du givre donnèrent également des valeurs comprises entre 3 et 5.5 avec une moyenne de 4.3.

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With 3 Figures.     

A meteorological study of Dry-fallout of radioactive debris

Summary A general expression is derived for the intensity of dryfallout based on time variations of beta-activity in surface air, due to worldwide tropospheric distribution of debris from nuclear testings. Model assumptions are outlined for the consideration of large-scale effects of horizontal divergence of air flow, and small-scale effects of eddy diffusion. The parameterization is based on the concept of geostrophic drag coefficients and atmospheric boundary layer theory. The model is completed by a two-parameter representation of tropospheric profiles of beta activity. Case studies of dry-fallout in 1962 and 1963 at three stations of the United States Public Health Service (USPHS) network are discussed. Dry-fallout rates per day are found to be approximately 10% of average wet-fallout rates of the same period. The average residence time of debris in the troposphere is estimated to be about 65 days if dry-fallout would be the only cleansing process.

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Zusammenfassung Für die Intensität von radioaktivem Ausfall wird eine allgemeine Formel abgeleitet. Sie beruht auf der beobachteten zeitlichen Veränderung der bodennahen Konzentration radioaktiver Beta-Teilchen, die als Abfallprodukte der Kernwaffenversuche weltweite Verteilung erfuhren. Das theoretische Modell zur Berechnung von Trockenausfall erfordert gewisse Annahmen zur Berücksichtigung von 1. großräumigen Effekten der horizontalen Divergenz der Luftströmung und 2. kleinräumigen Turbulenzeinflüssen. Diese Effekte werden durch Parameter der horizontalen Luftdruckverteilung berücksichtigt, die auf dem Konzept des geostrophischen Widerstandsbeiwertes und der atmosphärischen Grenzschichttheorie beruhen. Das Modell ist durch zwei weitere Parameter vervollständigt, welche das troposphärische Profil der Beta-Aktivität repräsentieren. Beispiele von Trockenausfall in den Jahren 1962 und 1963 werden für drei Stationen des Beobachtungsnetzes des United States Public Health Service diskutiert. Es ergab sich, daß Trockenausfall pro Tag etwa 10% des Ausfalles durch Niederschlag (pro Regentag) für den gleichen Zeitabschnitt ausmacht. Ferner wird abgeschätzt, daß die Verweilzeit der radioaktiven Teilchen in der Troposphäre im Durchschnitt 65 Tage beträgt, wenn Trockenausfall der alleinige Reinigungsprozeß ist.

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Résumé On développe ici une formule générale permettant le calcul de l'intensité des retombées radio-actives. Cette formule est fondée sur la variation de la concentration au voisinage du sol des particules radio-actives béta, disséminées dans l'atmosphère entière à la suite d'essais d'armes nucléaires. Le modèle théorique permettant de représenter la sédimentation en atmosphère sèche nécessite certaines suppositions afin de tenir compte d'une part des effets à grandes dimensions de la divergence horizontale des courants aériens et d'autre part des effets de la turbulence à petites dimensions. On tient compte de ces effets au moyen de paramètres de la répartition horizontale de la pression, paramètres basés sur le coefficient de la résistance géostrophique et sur la théorie des couches limites atmosphériques. Ce modèle est complété par deux paramètres supplémentaires qui représentent le profil troposphérique de l'activité béta. Comme exemple, on discute les quantités de retombées recueillies à trois stations du «United States Public Health Service» durant les années 1962 et 1963. Le résultat en est que la sédimentation à sec par jour représente environ le 10% des retombées entraînées par les précipitations durant la même période. On estime en outre que les particules se maintiennent en moyenne durant 65 jours dans la troposphère si la sédimentation se fait uniquement sans le concours de précipitations.

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With 2 Figures

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The research reported was supported, in part, by the National Science Foundation, Grant No. GP-444.     

UV-B辐射增强对不同品种花生结荚期生理特性日变化的影响

以3个花生品种（开农49号、64号和69号）为材料,通过大田模拟试验,研究UV-B辐射增强对花生结荚期叶片的净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、胞间CO₂浓度（C_i）、蒸腾速率（T_r）和水分利用效率（E_wu）日变化的影响,为筛选高产、抗旱、抗UV-B辐射花生品种提供依据.UV-B辐射设2个水平即自然光（CK,1.5 kJ·m^-2）和UV-B增强20%（T,1.8 kJ·m^-2）.结果表明,UV-B辐射增强明显抑制花生的光合作用和蒸腾作用,与对照相比,UV-B增强条件下,开农49号、64号和69号P_n日均值分别降低19.4%、27.8%、24.7%;G_s日均值降低26.7%、42.9%、28.6%;C_i日均值降低27.2%、20.4%、23.1%;T_r日均值降低17.8%、23.3%、25.1%;E_wu日均值降低16.6%、23.2%、23.9%.UV-B辐射增强对3个品种生长都具有抑制效应,但品种间存在一定的敏感性差异,其中开农49号最不敏感,因此,开农49号在抗UV-B辐射方面比其他2个品种具有更大的优势.     

A new criterion of relative homogeneity of climatological series

Summary When investigating, as a random sample, a series of differences between rather relatively homogeneous series of annual temperatures at two places, about 70 miles distant from one another it can be shown that the frequency distribution of the differences can be approximated by a normal distribution.Conversely, a normal distribution of the elements of the series of differences can be taken as a new criterion for the relative homogeneity of two series of average temperatures. This conclusion is verified by the agreement between other criteria for relative homogeneity and the new one.

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Zusammenfassung Die Häufigkeitsverteilung der Differenzen zweier synchroner Reihen von Jahrestemperaturen wurde untersucht. Sie stammten von zwei zirka 110 km voneinander entfernten Orten in einem einheitlichen (kohärenten) Klimagebiet der Atlantischen Küste der Vereinigten Staaten. Die Häufigkeitsverteilung zeigt eine ausgesprochen negative Schiefe (Abb. 1). Kritische Durchsicht der Differenzenreihe, wie sieJ. v. Hann empfiehlt, zeigte außer einigen mehr oder minder vielleicht unbedeutenden Inhomogenitäten zwei Perioden, die durch scharfe (entgegengesetzte) Diskontinuitäten von der übrigen Reihe abgetrennt erschienen. Die aufgezeigten Sprünge ließen sich im nachhinein durch in der Stationsgeschichte angeführte Aufstellungsänderungen der Instrumente erklären. Die Ausschaltung dieser gestörten Perioden reduzierte die 100jährige auf eine 85jährige Differenzreihe. Die von der letzteren abgeleitete Häufigkeitsverteilung ließ sich in zureichender Weise (Abb. 2) durch eine Gaußsche Kurve approximieren.Die vom Autor zur Prüfung relativer Homogenität verwendeten Kriterien (Abbe, Helmert, Met. Z. S. 1925, p. 482) ergaben das Resultat: nichthomogen im Falle der 100jährigen, und annähernd homogen für die 85jährige Reihe. Dieses Resultat führte zu der Annahme, daß das Problem umkehrbar wäre: wenn die Differenzenreihe sich durch eine Gaußsche Kurve annähernd darstellen läßt, können die ursprünglichen Temperaturreihen als relativ homogen angesehen werden. Weitere mathematisch-statistische Untersuchungen in dieser Richtung wären zu begrüßen, besonders wenn auch Quotientenreihen (Niederschlag) einbezogen würden.

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Résumé En étudiant une série de différences dérivées des séries plus ou moins relativement homogènes de températures annuelles à deux endroits l'un de l'autre à peu près 110 kms comme exemple de hasard, on peut démontrer que la distribution de la fréquence des différences peut être approximée par une distribution normale.Au contraire, une distribution normale des éléments des séries de différences pourrait être considérée comme un nouveau critérium de la homogénéité relative de deux séries de la température moyenne. Cette conclusion est vérifiée par l'accordance avec d'autres critériums.De plus, une continuation des études de ces problèmes au moyen de méthodes statistiques est désirable, en particulier, si l'on peut faire usage aussi de séries de quotients (précipitation).

     

塔克拉玛干沙漠腹地区域性与局地性沙尘暴特征分析——以塔中为例

塔克拉玛干沙漠近几年来沙尘暴发生频率增加,强度增大,为了研究不同尺度沙尘暴的规律,利用2005-2014年塔克拉玛干沙漠腹地塔中及周边14个气象台站沙尘暴资料,给出塔克拉玛干沙漠腹地塔中区域性与局地性沙尘暴天气过程的定义,从区域性与局地性沙尘暴持续时间,能见度,类型,时间变化等特征进行分析。研究结果表明：(1)10塔中发生沙尘暴170d比沙漠南缘和北缘高,比肖塘少,其中区域性沙尘暴80d,局地性沙尘暴90d,天气过程区域性64次,局地性80次;(2)塔中区域性沙尘暴不论是持续时间还是能见度总体上比局地性沙尘暴持续时间长,能见度低;(3)区域与局地沙尘暴可以按主导风向分为5类,但各类沙尘暴在区域性与局地性沙尘暴中表现出季节分布;(4)区域性与局地性沙尘暴10a波动增长,区域性沙尘暴多发生在春季,局地性沙尘暴多发生在夏季,区域性沙尘暴年际和年内变差系数都小于局地沙尘暴,一日中区域性与沙尘暴白天多于夜晚。     

A theory of the formation of ice crystals

Summary As is known from laboratory experiments and investigations in the free atmosphere, ice crystal formation is initiated either at vapor saturation with respect to water or by crystallization of a droplet. Nuclei with special properties are needed. An explanation of their effectiveness can be given by application of the laws of oriented overgrowth (Epitaxy) between two crystals. Any host crystal having a plane with a geometrical pattern similar to, for instance, the base plane of the ice crystal, can orient an adsorbed layer of H₂O molecules already in the ice crystal pattern. The closer the fit between the two crystal planes, the greater the area of oriented H₂O molecules will be. By piling up other layers of H₂O molecules a very small ice crystal, called ice seed, is created which can grow in supercooled water. This crystal is so small that according to theThomson-Gibbs Law a high supersaturation would be needed to create it directly from vapor. Calculations of the effective temperature of mica, AgI and quartz as freezing nuclei are in fairly good agreement with the experiment. This theory permits an explanation of the observed thresholds of ice formation which occur at about –20°, –30°, –40° and –60°C. Occasionally capillary condensation of water molecules on a freezing nucleus will occur when the vapor is saturated with respect to ice but not with respect to water; this has frequently been erroneously ascribed to ice formation by a real sublimation nucleus.

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Zusammenfassung Nach Untersuchungen im Laboratorium und in der freien Atmosphäre entsteht Eis entweder aus Wasserdampf auf dem Umwege über vorherige Kondensation des dampfes oder unmittelbar aus der flüssigen Phase durch Kristallisation. Zur Einleitung des Kristallisationsprozesses sind Kerne (Gefrierkerne) mit besonderen Eigenschaften notwendig. Eine Erklärung ihrer Wirkungsweise wird durch Anwendung der Gesetze über das orientierte Aufwachsen eines Kristalls auf einem anderen gewonnen. Besteht zwischen einer Gitternetzebene irgendeines Kristalls und z. B. der Basisebene des Eiskristalles eine gewisse Ähnlichkeit, die sich nachRoyer hauptsächlich auf die geometrische Anordnung der Kristallbausteine in beiden Flächen bezieht, dann orientiert sich die erste auf der Kristallfläche adsorbierte Moleküllage des Gastkristalls in der für sie typischen Gitteranordnung. Eine weitere, wesentliche Bedingung ist sehr gute Benetzbarkeit des Wirtkristalls durch die Bausteine des Gastkristalls, ohne daß es jedoch zur Auflösung des Wirtkristalls kommen darf. Solche Benetzbarkeit zeigt z. B. eine frisch gespaltete Glimmerfläche. Auf der Oberfläche eines gewöhnlichen, nach seiner Struktur geeigneten Aerosolteilchens werden jedoch nur wenige solcher aktiver Stellen vorhanden sein. Je besser dann die geometrische Ähnlichkeit beider Kristallflächen ist, um so größer ist die Fläche des Gastkristalls, die orientiert werden kann.Diese erste orientierte Molekülschicht des Gastkristalls wirkt orientierend auf die Wassermoleküle der Umgebung oder die durch den Kondensationsprozeß angelagerten Moleküle; dadurch entsteht ein kleiner Eiskristall. Dieses Kriställchen wirkt bei einer bestimmten kritischen Temperatur als Kristallisationskeim für das gesamte Wasser. Die Beziehung zwischen seiner Größe und seiner Wirkungstemperatur kann berechnet werden nach einer vonJ. J. Thomson abgeleiteten Formel. Je größer es ist, um so näher am Gefrierpunkt wirkt es; trotzdem ist es aber noch so klein, daß nach dem Thomson-Gibbsschen Gesetz eine große Übersättigung notwendig wäre, um es direkt aus dem Dampf zu bilden. Durch Analyse der geometrischen Ähnlichkeit zwischen der Basisfläche eines Eiskristalls einerseits und der Spaltfläche von Glimmer, der Basisfläche von Silberiodid und der Basisfläche eines Quarzkristalls anderseits war es möglich, die Größe der Fläche zu berechnen, über die die adsorbierten Wassermoleküle in der Basisflächenstruktur von Eis orientiert werden können. Dadurch war die Größe des Eiskeimes gegeben, dessen kritische Wirkungstemperatur nachJ. J. Thomsons Formel berechnet werden konnte.Die so berechneten Werte stimmen gut mit den experimentell festgestellten Gefriertemperaturen von Wasser auf Glimmer, Silberiodid und Quarz überein. Versuche mit Glimmer deuten darauf hin, daß in der Nähe des Gefrierpunktes eine besonders gute Ableitung der Gefrierwärme erforderlich ist, um den Kristallisationsprozeß in Gang zu bringen. Die Theorie gestattet eine Erklärung der verschiedentlich beobachteten Temperaturschwellen der Eisbildung in den Intervallen –19 bis –24°C, –30 bis –35°C, –39 bis –42° C und –60 bis –65°C. — Kapillarkondensation, durch die an unlöslichen Kondensationskernen Kondensation schon bei 90% rel. Feuchte einsetzen kann, kann das Vorhandensein eines Sublimationskernes vortäuschen.

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Résumé D'après les recherches faites au laboratoire et dans l'atmosphère libre, la glace se forme soit à partir de la vapeur d'eau en passant par la condensation préalable, soit directement par cristallisation à partir de la phase liquide. Le processus de cristallisation exige la présence de noyaux de congélation aux propriétés particulières pour s'amorcer; l'action d'un noyau peut s'expliquer par les lois relatives à la croissance orientée d'un cristal sur un autre. S'il existe entre le réseau moléculaire d'un cristal quelconque et le plan de base d'un autre cristal une certaine ressemblance qui d'aprèsRoyer se rapporte essentiellement à la distribution géométrique des éléments cristallins des deux plans de contact, alors la première couche moléculaire du cristal secondaire qui est adsorbée sur une face du premier s'oriente suivant le réseau typique de celui-ci. Une autre condition importante est celle de la parfaite mouillabilité du cristal primitif vis-à-vis du nouveau cristal, sans toutefois que le premier risque de se dissoudre; une face fraîchement clivée de mica par exemple présente cette propriété. Mais la surface d'une particule d'aérosol de structure convenable ne présente que peu de «points actifs» de ce genre. Plus les deux surfaces cristallines mises en présence sont géométriquement semblables, plus la surface du cristal secondaire qui peut être orientée est grande.La première couche moléculaire orientée du cristal secondaire exerce un effet directeur sur les molécules d'eau du milieu ou sur les molécules déposées par le processus de condensation; ainsi naît un petit cristal de glace. A une température critique déterminée, ce dernier joue le rôle de germe de cristallisation pour toute l'eau disponible. La relation entre la grosseur de ce cristal et sa température efficace peut se calculer par une formule due àJ. J. Thomson. Plus le cristal est gros, plus il agit près du point de congélation; cependant il est encore si petit que d'après la loi deThomson-Gibbs il faut une grande sursaturation pour qu'il se forme directement à partir de la vapeur. Par l'analyse de la similitude géométrique entre la surface de base d'un cristal de glace d'une part et la surface de clivage de mica, la surface de base de iodure d'argent ou d'un cristal de quartz d'autre part, on pouvait calculer la grandeur des surfaces sur lesquelles les molécules d'eau adsorbées peuvent être orientées selon la structure de la surface de base de la glace. On obtenait ainsi la grosseur du germe de glace dont on pouvait calculer la température critique efficace d'après la formule deThomson.Ces valeurs calculées sont en bon accord avec les températures de congélation de l'eau sur mica, iodure d'argent et quartz déterminées expérimentalement. Des essais faits avec du mica semblent montrer qu'au voisinage du point de congélation la chaleur de congélation doit pouvoir s'écouler facilement pour mettre en train le processus de cristallisation. La théorie permet d'expliquer les seuils de température de la formation de la glace souvent observés dans les intervalles de –19° à –24°, –30° à –35°, –39° à –42° et de –60° à –65°C. La condensation capillaire par laquelle une condensation peut se produire sur des noyaux insolubles pour une humidité relative de 90% déjà est de nature à faire croire à la présence d'un noyau de sublimation.

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With 8 Figures.     

Chemical characterization of water-soluble aerosols in different residential environments of semi aridregion of India

This paper deals with the atmospheric concentrations of PM₅ and PM_2.5 particulate matter and its water soluble constituents along with the size distribution of ions and spatial variation at three different residential environments in a semiarid region in India. Samples were collected from the indoors and outdoors of urban, rural and roadside sites of Agra during October 2007–March 2008. The mean concentrations of PM_2.5 indoors and outdoors were 178 μgm⁻³ and 195 μgm⁻³ while the mean concentrations of PM₅ indoors and outdoors were 231.8 μgm⁻³ and 265.2 μgm⁻³ respectively. Out of the total aerosol mass, water soluble constituents contributed an average of 80% (33% anions, 50% cations) in PM₅ and 70% (29% anions, 43% cations) in PM_2.5. The indoor–outdoor ratio of water soluble components suggested additional aerosol indoor sources at rural and roadside sites. Indoor–outdoor correlations were also determined which show poor relationships among concentrations of aerosol ions at all three sites. Univariate Pearson correlation coefficients among water soluble aerosols were determined to evaluate the relationship between aerosol ions in indoor and outdoor air.