利用多种再分析资料对比分析青藏高原夏季大气水汽含量变化情况

利用ERA-Interim、MERRA和NCEP/NCAR三套再分析资料,分析1979~2014年夏季青藏高原大气水汽含量的时空变化特征,同时对比了各套资料异同点,结果表明:(1) ERA-Interim和MERRA资料均显示出夏季青藏高原大气水汽含量呈现显著的上升趋势,在1994~1995年前后发生明显突变,大气水汽含量由偏低时期向偏高时期转变;而NCEP/NCAR资料并没有出现类似的显著上升趋势和突变年份;ERA-Interim资料与MERRA资料的夏季青藏高原湿池指数之间的相关性明显强于NCEP/NCAR资料与它们任何一个之间的相关性。(2)夏季青藏高原大气水汽含量呈现出自高原东南边缘地区向西北部递减的分布形式。其中,MERRA与ERA-Interim资料显示的水汽含量分布更为相似,而NCEP/NCAR资料反映的水汽含量在高原中部往北递减不明显,湿度中心较为分散。(3)从空间分布上,MERRA与ERA-Interim资料显示青藏高原大部分地区夏季水汽含量均呈显著的增加趋势,而NCEP/NCAR资料仅在高原东北部小部分区域存在显著的增加趋势。(4)从夏季青藏高原大气水汽含量的年际变化特征分析来看,ERA-Interim和MERRA资料相对于NCEP/NCAR资料也更为接近。      

一次暴雨过程诊断分析

2010年7月11—12日南京市江宁全区普降暴雨到大暴雨。本文利用M3、NCEP/NCAR全球资料同化系统再分析等资料(1°×1°)应用环境分析、物理量场诊断,对产生这次暴雨的形势背景、低空急流、水汽输送、垂直运动、中小尺度系统和强对流云团进行分析。结果表明:在有利的环流背景条件下,中小尺度系统发生发展和演变是这次暴雨产生的直接原因;低空急流为这次暴雨提供了大量的水汽和不稳定能量;中低空切变两侧的水平风场切变不仅为暴雨产生提供了强烈的辐合上升运动,同时对水汽的水平辐合和垂直输送非常有利;强对流云团的生成、移动与强降水的发生密切相关。     

利用不同资料研究我国大陆上空柱水汽含量

利用1971—2001年探空资料以及ERA-40和NCEP/NCAR再分析资料分别得到地面到300 hPa我国大陆上空大气柱水汽含量,对3种不同资料所得的柱水汽含量的空间分布特征以及线性趋势进行对比分析。结果表明:3种资料得到的柱水汽含量年平均和季节平均的空间分布特征一致;3种资料年平均的线性变化趋势在东北地区、内蒙古东部地区,西南地区北部、华南沿海和新疆北部地区均呈增加趋势;在华北和华东的部分地区,ERA-40和NCEP/NCAR再分析资料为降低趋势,而探空资料得到的柱水汽含量变化相对较小,但未通过信度检验;探空资料得到的柱水汽含量的相对变化显示我国东北地区、内蒙古东部地区、新疆地区的增加更显著。     

大气中的水汽

对于大气中的水还有一点是我们必须了解的,这就是以水汽形态存在的水的数量,它取决于空气的温度。由于水汽是一种气体,我们可采用测气压的方法来测量它;还可以用另一种方法来确定在一定温度下可能含有的最大水汽量,即用每立方米空气中所含有的水汽质量(通常用克/米~3)来表示。在一定温度下,空气的最大水汽含量称为饱和水汽量。实际的含量通常是小于饱和值,但偶尔也出现大于饱和值的情况(可是,这时水汽可以通过凝结转变成液态水。饱和值仅说明可能的最大水汽含量。而云既含有水,又含有水汽)。气温越高,空气能够含有的水汽越多,其饱和值也就越大。下表给出饱和值变化的大致情况。表中克/米~3是一种表示水汽     

利用北京GPS监测网分析夏季暴雨的水汽特征

利用覆盖北京地区的地基GPS水汽监测网数据反演的地基GPS大气柱水汽含量 (precipitable water vapor, PWV),分析了2009年7月3次暴雨天气过程中大气柱水汽含量的水平分布特征;利用高空、地面常规气象资料以及加密气象自动站观测资料计算地面和高空比湿,结合温度、风等物理量分析3次暴雨天气过程中的大尺度水汽输送和中尺度局地辐合作用;对最大降水强度以及降水量的时间变化的分析表明:3次降水落区分布特征与降水前期大气柱水汽含量高值的水平分布较为一致;大气柱水汽含量曲线变化特征与各尺度天气系统造成的水汽输送和水汽辐合密切相关,大气柱水汽含量的大小与水汽来源密切相关;降水前4小时内大气柱水汽含量出现陡增,线性增速大于1.1 mm/h,最大降水强度出现在大气柱水汽含量峰值出现后的1~2 h。     

一次台风远距离暴雨水汽条件及输送过程研究

利用NCEP FNL分析资料,结合HYSPLIT轨迹模式对2012年8月26日发生在黄淮地区的一次台风远距离暴雨过程的水汽条件及输送过程进行分析。结果表明:产生暴雨的水汽来自黄海上空,水汽输送高度主要在700 hPa以下;强降水发生时水汽净流入较大,而降水发生前和降水结束后均呈现净流出;从水汽通道空气块的运动轨迹来看,水汽是在台风环流和副热带高压环流的共同引导下从东部进入暴雨区。气块在通过黄海上空贴近海面运行时所吸收的水汽是这次过程的主要水汽来源。      

2003年渭河流域5次致洪暴雨过程的水汽场诊断分析

利用实况高空探测和地面观测资料、NCEP/NCAR再分析资料, 从水汽输送、水汽收支以及水汽含量等方面着手, 对2003年发生在渭河流域的5次致洪暴雨过程进行了对比分析, 结果表明:强降水发生时, 降水区700 hPa上的比湿值均不低于7 g/kg; 在垂直结构上, 强降水地区低层水汽含量在降水前6~12 h出现峰值, 强降水出现在高层比湿的峰值附近; 致洪暴雨过程的水汽通道与西太平洋副热带高压的位置有着明显的相关性; 渭河流域南边界是水汽的主要输入方, 主要的水汽输送层在850~700 hPa, 西边界是水汽的主要输出方。     

“海高斯”登陆后重新加强并导致深圳暴雨的分析

运用实况资料、NCEP再分析资料和深圳市气象局GPS/MET大气水汽资料,对2008年10月4～6日登陆热带气旋"海高斯"环流的演变和深圳暴雨水汽条件进行了分析。结果表明:(1)5日08:00～20:00"海高斯"环流加强,水平涡度和风场有所增大。(2)由于弱冷空气的扩散南下,"海高斯"变性加强,其东部不稳定能量增加,西部不稳定能量减少。(3)GPS/MET大气水汽含量变化和强降水具有一定的对应关系,在强对流天气发生前有一个快速增加过程,对天气预报有一定的指示意义。     

水汽含量的一种简捷查算法

大气中的水汽含量是指单位截面上整个空气柱内的水汽总质量(不包括云中的液态水和固态水),用“克/厘米~2”表示,也可以用毫米表示。水汽对降水的产生、辐射能的吸收与放射以及气候的形成与变化都具有重要作用,因此无论在天气预报或气候学研究中,都要涉及到水汽含量的计算。 水汽含量的计算方法很多。为了迅速求得水汽含量,早在五十年代Showalter就设计了一种计算尺。本计算尺是在Showalter计算尺的基础上加以改进而制成的(如图1)。根据露点上升曲线,利用本计算尺可以迅速查算出水汽含量。     

2003年淮河暴雨期大气水汽输送特征及成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2003年淮河流域发生持续性暴雨期间的水汽输送情况,发现暴雨区的异常水汽并不是来自通常输送量最大的水汽输送通道2(来自印度洋孟加拉湾的西南气流经中南半岛到我国东部地区)和水汽通道3(来自孟加拉湾的水汽经中南半岛到达南海与南海的偏南气流汇合再向北输送),而主要来自位置异常西移的水汽输送通道4(来自副高南侧的偏东气流沿着副高边缘转向向东输送到我国东部雨区)。暴雨区内有大量的异常纬向水汽通量距平,但并没有对异常降水辐合产生贡献,而相对小量的经向水汽通量距平在暴雨区产生强烈的辐合,为持续性暴雨提供绝大部分水源。输送至暴雨区的大量经向异常水汽通量距平主要来源于暴雨区南侧紧邻的中国南部沿海地区,而不是主要的水汽源区——南海。造成大气中水汽输送及辐合异常状况的最主要原因是西北太平洋副热带高压的异常西伸,强度偏强,且长期稳定少动。此外,欧亚两槽一脊的环流形势和副高北侧异常加强的低层西风急流及其稳定性也是形成此次淮河流域持续性暴雨必不可少的条件。     

中国大气水分气候变化研究

该文对我国逐日两次探空资料，经过综合静力学质量控制系统（CHQC）和序列均一性检验后，计算分析了中国大气水分的气候分布特点及近20年来气候变化趋势，讨论了大气水分变化与地面气温、夏季大气水分与我国东部降水异常之间的关系。     

迭部“4.15”森林大火的气象条件及EOS遥感监测

利用2003年4月15～18日甘南迭部重大森林火灾资料以及2002年5月-2003年4月气象资料，分析了火灾的天气气候成因，同时利用相应的EOS／MODIS遥感资料分析了前期土壤湿度以及着火状况。结果表明：冬、春季气温偏高、降水偏少，持续数月干旱是甘肃南部发生重大火灾的主要气候背景。西北区东部过渡季节干旱少雨的500hPa平均环流特征是欧亚大陆东岸大槽偏深、新疆脊偏强。北方冷空气底部锋区南压，青藏高原上偏南气流发展是甘肃南部火灾环流形势之一。气温持续上升、湿度持续下降是火灾发生、蔓延的重要条件。通过研究发现，EOS／MODIS资料能够较好地反映火灾前期的土壤湿度状况，是准确监测火灾发生、估算火区面积、强度和蔓延趋势最有效途径。     

邢台地区微波辐射计与无线电探空仪数据对比分析

利用2018年1月至2019年12月河北省中南部地区的微波辐射计和探空数据，将两种探测设备取得的资料在时间和空间上进行点对点匹配，共筛选出187条晴空廓线、1176条云天廓线和12条毛毛雨天廓线，定量分析了各个高度层的晴天、云天和毛毛雨天气条件下两种大气探测设备的温度、相对湿度和水汽密度廓线的相关性及误差情况。结果表明：3种天气条件下的微波辐射计与无线电探空仪温度和水汽密度的相关性整体较好，地基微波辐射计观测的大气参数分布存在不同程度的差异，但是微波辐射计和探空的变化趋势一致性较好，并且无线电探空仪观测的大气参数和微波辐射计反演的温度、相对湿度和水汽密度相关性整体上均呈现低层大气优于高层大气，温度相关性最好，水汽密度次之，相对湿度最低。通过对比各个高度层的拟合程度，发现3.5 km以下的低层大气参数精度更可靠，对于需要间接计算的大气物理量，如K指数、有效位能、积分水汽含量等，使用低层数据计算的大气物理量精度会更好。本文开展的地基微波辐射计反演的大气物理参数与探空仪观测对比研究工作，对提高微波辐射计在大气物理和人工影响天气的探测精度方面具有参考意义。     

Urban growth effects on low-temperature fog in Edmonton

Visibility observations at rural and urban airports in the Edmonton area during the severe winter of 1968–69 are compared with similar observations described in 1955 by G. W. Robertson for the winter of 1949–50. The new observations tend to confirm Robertson's finding that low-temperature fog in Edmonton is due mainly to saturation of the air by water vapour produced in burning natural gas. Visibilities in such fog are strongly temperature-dependent. The urban population more than doubled between 1950 and 1969, and new large sources of water vapour were added to the city. The effects of both changes are apparent in the visibility data. Computations of excess water content and temperature increases are made assuming that an isothermal layer develops as rural air passes over the city and is modified by the combustion of natural gas and motor vehicle fuel. The results are consistent with local measurements of surface temperature and vertical temperature gradients in the lowest 100 m over the city. Computations of excess water content are presented for fuel consumption rates corresponding to populations of 150000 to 800000. Measurements of the thickness of the fog layer over the city and of the frozen water content of ice fog for various visibilities are needed for additional verification of the calculations.Presented at the 5th Annual Congress of the Canadian Meteorological Society, Ste Anne de Bellevue, Quebec, 1971.     

ESTIMATION OF ARTIFICIAL PRECIPITATION ENHANCEMENT RESOURCE CONDITION AND CLOUD SEEDING POTENTIAL BY GROUND-BASED REMOTE SENSING DATA

In this paper,the data of continuous atmospheric vertical integral vapour and liquid watercontent during April-June of 1992-1994 obtained by a ground-based dual-channel microwaveradiometer are used to analyse the statistical characteristics of atmospheric vapour and liquid watercontent,and the relative distribution characteristics of vapour and liquid water content in cloudyatmosphere,the correlative relation of integral liquid water content L and ground precipitationintensity I.and precipitation transform rate of precipitation system.Finally,the weathermodification condition of precipitus stratiform clouds and seeding potential is analyzed anddiscussed.     

我国的大气透明状况

根据全国65个甲种日射站自建站起至1978年9:30,12:30,15:30各时次直接辐射的观测资料,计算了大气透明系数。为了便于各地间的比较和绘制全国分布图,所有各时次的资料都统一订正到M=2的情况下,计算中太阳常数取值S_0=1.98卡厘米~(-2)分~(-1)。 就我国的具体情况而论,地势对大气透明度的影响最为显著,直接的结果是:高原为透明度高值区,盆地为低值区。 分析了影响大气透明度的两个重要因子——水汽和气溶胶的分布特点,以及它们之间的比例关系。水汽对辐射的吸收系根据探空资料求得的整层大气的含水量按Mugge和Muller的公式计算的。     

ESTIMATION OF ARTIFICIAL PRECIPITATION ENHANCEMENT RESOURCE CONDITION AND CLOUD SEEDING POTENTIAL BY GROUND-BASED REMOTE SENSING DATA*

In this paper,the data of continuous atmospheric vertical integral vapour and liquid water content during April-June of 1992-1994 obtained by a ground-based dual-channel microwave radiometer are used to analyse the statistical characteristics of atmospheric vapour and liquid water content,and the relative distribution characteristics of vapour and liquid water content in cloudy atmosphere,the correlative relation of integral liquid water content L and ground precipitation intensity I.and precipitation transform rate of precipitation system.Finally,the weather modification condition of precipitus stratiform clouds and seeding potential is analyzed and discussed.     

山东省空中水资源的初步分析

利用1997～1999年逐日探空资料和同期水文水资源资料,分析了山东省域空中水汽资源的时空分布特征及地-气系统的水量平衡关系.结果表明:山东省空中水汽资源受天气系统和季节变化的影响明显;静态水汽含量年均值为20.75 mm,动态水汽净输出量全年平均为440.91 mm,并以850 hPa层的水汽净输出为主.水汽净收支率年、季分布具有较强的地域特征.全年的水汽输入量很大,但空中水汽资源转化为地面降水的效率不足5%,而降水转化为水资源的量约为27.31%,空中水汽资源具有很大开发潜力.另外,从大气水量平衡角度分析了山东干旱气候特征的客观必然性,并提出开源增量、增加水资源的对策.     

A Model to Estimate Global Radiation in Complex Terrain

Global radiation is an important parameter necessary for most ecological models. However, in situ data barely meets the needs of modelling mountainous ecosystems since most field stations are located in flat areas. Consequently, it is usually necessary to extrapolate radiation measurements obtained from an adjacent flat area to the complex terrain of concern. The distribution of radiation in complex terrain depends upon two factors: the local atmospheric conditions, which determine the radiation potentially available to a supposed flat surface in a given location, and the topographic effects on this possible radiation. The latter have been included in detail in most radiation models for complex terrain, but the former are often only simply treated as constant or estimated by over-simplified empirical algorithms. In this paper we propose a novel model that uses a parametric atmospheric model to calculate the potential radiation for a supposed flat surface in a given location, and then account for topographic effects. Direct radiation, diffuse radiation and reflected radiation are calculated separately in the model due to the distinctive characteristics of and the effects by topography. Based on the parametric model, this paper has investigated the relationship between radiation transmittance, clearness indices and altitude under a series of water vapour content and turbidity conditions. This combines three ratios, R _b, R _d, and R _r, defined as the direct radiation, diffuse radiation and reflected radiation received by the arbitrary surface, respectively, to their counterparts in the horizontal surface, to estimate the global radiation for any given location. The model has been validated with data from measurements in National Park Berchtesgaden, Germany, where six measurement sites with various altitudes and topographic characteristics have been deployed. The r ² of modelled and measured hourly global radiation are greater than 0.90 in all six sites, with RMSE varies from 16 to 100 W m⁻². Sensitivity analysis revealed that the model was not sensitive to change in water vapour content, which suggests the possibility to use an exponential algorithm of water vapour content when there is no in situ water vapour content information in complex terrains. The NRMSE was only reduced by 0.04, on average, in five of the six sites when water vapour content information was calculated from the in situ air temperature and relative humidity measurements.     

Urban-rural humidity and temperature differences in the Beijing area

In this paper, urban-rural temperature, relative humidity and vapour pressure differences at fixed hours in Beijing area were analyzed and compared. The data from one station with different observation surroundings and one rural station (0200, 0800, 1400 and 2000 hours local standard time (LST)) for the period 1971–2003 were used. The effect of urban on local temperature, relative humidity and vapour pressure were discussed. Results showed that the urban environment caused great increase in local temperature at 0200, 0800 and 2000 hours and small increase at 1400 hours. Also, the urban effect on humidity suggested that the urban environment can decrease relative humidity and vapour pressure at all fixed hours, while the urban-rural relative humidity differences are great at 2000 and 0200 hours and the urban-rural vapour pressure differences are great at 1400 and 2000 hours. The annual average temperature, relative humidity and vapour pressure difference between urban and rural are about 1.76°C, 6.3% and 1.5475 hpa during the period from 1981 to 1997, respectively. Results indicated that the urban effect on local temperature and humidity is significant in Beijing area.