北京地区降水空间分布及城市效应分析

利用1971-2010年北京地区20个测站降水资料和城市发展数据,分析了北京地区降水的大尺度变化趋势及局地降水的城市效应特征。结果表明:(1)北京地区年降水量具有大尺度变化特征,其线性倾向率为-9.12 mm·(10a)-1;(2)城市化缓慢期城市对降水影响不明显,而快速发展期则表现出明显的雨岛效应,城市化不仅使雨岛增强,还对城市下风向降水有一定影响;(3)受盛行风及热岛环流的共同影响,北京地区不同季节局地降水表现出不同的分布形态;(4)城市化过程对城区局地强降水日数存在增加效应。     

北京城、郊和山区不同强度等级降水变化特征比较

利用北京地区1977-2013年18个站点逐小时降水资料,将小时降水分为弱降水（第50百分位值以下）、中等强度降水（第50至90百分位值）以及强降水（第90百分位值以上）3个等级,对北京地区山区、郊区以及城区夏季不同强度等级降水变化特征进行了深入细致的分析。结果表明,北京地区夏季降水量存在显著的减少趋势,这种减少趋势主要是由于弱降水和中等强度降水的显著减少引起的,强降水没有表现出明显的增多或减少趋势;与郊区相比,2004年之后城区的强降水对夏季总降水量的贡献越来越大而弱降水的贡献减小。在降水日变化上,不同地区、不同等级的降水存在差异。弱降水存在清晨和夜间双峰值特征,中等强度和强降水只存在夜间单峰值特征。清晨峰值时刻,山区、郊区和城区弱降水都表现出一致的显著减少趋势;夜间峰值时刻,山区的各等级降水变化不显著,而在2004年之后,城区弱降水少于郊区,强降水则多于郊区。北京地区降水过程不对称性特征（降水过程峰值前后差异性）十分明显,其中以强降水的不对称性最强,相对于郊区和山区来说,城区强降水过程的不对称性有增大的趋势。     

北京地区大气污染分布的“南北两重天”现象

利用2006年北京地区空气质量监测站和自动气象站网资料,以及华北地区中尺度气象观测资料,分析了北京地区大气污染分布的“南北两重天”现象.通过对此类现象发生过程中天气形势和北京地区气象要素的分析,指出了造成该现象的天气学成因和气象要素特征.研究结果表明,2006年北京共发生47次“南北两重天”现象,其中大部分发生在秋、冬季的午夜至次日上午,且多为南差北好的污染物分布情景.该现象的发生与北京地区中-α尺度天气系统活动的一些特征有关,特别是与干冷空气进入北京地区的路径以及移动速度的区域差异有关.另外,在弱天气系统控制下,北京西南部地区经常出现的小尺度辐合型流场,也是形成北京地区“南北两重天”现象的重要原因.     

区域气象观测站降水资料的统计分析方法探讨

区域气象观测站实现了气象要素的定时、定点观测及实时传输与显示.但从气象服务及资料分析来看,降水资料的分析处理要比其它气象要素的处理更为复杂,本文从技术角度探讨了区域气象观测站的降水资料的统计分析方法,并将这些方法应用到了软件开发过程中.     

北京地区SO2污染特征及气象条件分析

分析1998～2000年北京地区SO2浓度监测资料和同期气象观测资料,发现北京地区SO2污染具有明显的季节变化、日变化特征及地域分布特征SO2污染在采暖季重于非采暖季;日变化趋势呈"两峰两谷";SO2浓度西部到北部高于东北部,城区高于郊区.影响大气中SO2浓度变化的主要气象要素为地面日平均风速、300 m风速、850 hPa 24 h变温、地面最低温度及有无逆温.     

北京地区暴雨气候特征及其变化分析

利用1961～2007年北京地区降水资料,采用气候倾向率、多项式曲线拟合和Morlet小波分析方法,对北京地区暴雨的气候特征及变化趋势进行了分析,结果表明:1）北京地区暴雨有明显的月变化特征,8月上旬(北京奥运会开幕式前后)是北京地区暴雨出现最为集中的时期。2）1961～2007年北京地区暴雨日数总体表现为波动式的缓慢下降,沙河暴雨日数的下降趋势最不明显,西郊居中,南苑暴雨日数的下降趋势最明显。3）暴雨日数的增减变化具有阶段性特征,1990年前南苑暴雨日数的变化与沙河、西郊有着完全相反的变化趋势。4）北京地区暴雨日数变化具有多重周期性,南苑、西郊和沙河暴雨周期日数不同。       

青藏高原中部闪电活动与相关气象要素季节变化的相关分析

利用 1995年 4月至 2 0 0 2年 12月间卫星观测的闪电资料与NCEP再分析资料中的地表降水率、云功函数和热通量 ,分析了青藏高原中部闪电活动与相关气象要素季节变化之间的关系。研究发现 :青藏高原中部闪电活动的峰值出现在 7月份 ,并在春季表现出明显的闪电活动 ;相关气象要素中 ,最能够准确描述闪电活动的季节变化及其春季异常特征的仅有地表总热通量 ;降水 (或云功函数 )与鲍恩比 (感热通量和潜热通量之比 )的乘积能够较好地反映闪电活动的季节分布特征与春季的“异常”。结果表明 ,感热通量或鲍恩比可能在对流有效位能向对流上升动能的转化过程中起着重要的作用 ,鲍恩比可作为修正闪电产生效率的一个重要参量。     

降水过程中气象条件对郑州市区气溶胶浓度的影响

利用郑州大气成分站的气溶胶浓度资料和气象资料,对郑州市区PM10、PM2.5、PM1浓度的日变化和月变化特征进行了分析,并对气温、降水、风速、气压等气象要素在降水过程中与气溶胶浓度的关系进行相关分析,结果表明,气溶胶浓度与气压呈正相关,与气温、降水量、风速等气象要素呈明显负相关,且随季节变化有所差异。     

降水过程中气象条件对郑州市区气溶胶浓度的影响

利用郑州大气成分站的气溶胶浓度资料和气象资料,对郑州市区PM10、PM2.5、PM1浓度的日变化和月变化特征进行了分析,并对气温、降水、风速、气压等气象要素在降水过程中与气溶胶浓度的关系进行相关分析,结果表明,气溶胶浓度与气压呈正相关,与气温、降水量、风速等气象要素呈明显负相关,且随季节变化有所差异。     

浙江省秋季降水趋势及旱涝年特征

用浙江省36站39a的降水资料及全国160站49a降水和气温资料研究浙江省秋季降水的变化趋势及旱涝特征。结果表明：浙江省秋季降水具有明显负趋势。还指出：浙江省秋季旱涝变化的主要形式是全省基本一致的趋势，但沿海与内陆的变化有一定差异；浙江省的旱涝与我国秋季的大尺度雨带的位置的关系密切；旱涝前期我国气象要素场有明显的异常特征。用蒙特卡罗（Monte Carlo)模拟方法和t检验法对气象要素的长期变化进行了统计检验。     

An anthropogenic signal in Phoenix, Arizona winter precipitation

Many other investigators have shown pronounced weekly cycles in atmospheric composition, particularly in large urban settings. A substantial body of literature shows that the varying concentrations of fine atmospheric aerosols (particulate matter (PM)_2.5) impact precipitation processes; generally, higher concentrations of these aerosols tend to depress winter precipitation especially in short-lived, shallow, and orographic clouds. Phoenix, Arizona has a large population relying heavily on motor vehicles as the primary means of transportation. This results in a strong weekly cycle of PM_2.5 concentrations with a maximum on Wednesday and Thursday and a distinctive minimum on the weekend. To determine any influence on rainfall, we analyze daily precipitation records from 291 stations in the Phoenix area and find a strong weekly cycle in winter precipitation frequencies with maximum values on Sunday and minimum values on Thursday. The weekly cycle in precipitation frequency strengthens slightly moving eastward (downwind) across the metropolitan area as well as with increasing proximity to the metropolitan area. These results strongly suggest that human activity is influencing winter precipitation primarily by the suppressing effect of PM_2.5.     

气溶胶影响云和降水的机理和观测研究进展

气溶胶对云和降水的影响,对于气候系统、大气环境以及水循环至关重要。气溶胶粒子作为云凝结核和大气冰核影响云的微物理过程,进而影响雨、雪、雹和其他形式的降水。近年来,在理解气溶胶的化学成分,气溶胶微物理特性以及气溶胶作为云凝结核和大气冰核影响云降水等方面已取得重大进展。本文对于气溶胶的概念、来源以及气溶胶的直接和间接效应进行了简要概述,重点总结了国内外在气溶胶影响云和降水的机理研究方面的成果,回顾了近年来利用卫星、地面观测设备、机载探测设备等对气溶胶和云进行遥感观测和直接观测所获得的观测事实并讨论了其可能的物理机制,在总结前人研究成果的基础上对未来的研究方向进行了讨论。     

Aerosol Microphysical and Radiative Effects on Continental Cloud Ensembles

Aerosol–cloud–radiation interactions represent one of the largest uncertainties in the current climate assessment. Much of the complexity arises from the non-monotonic responses of clouds, precipitation and radiative fluxes to aerosol perturbations under various meteorological conditions. In this study, an aerosol-aware WRF model is used to investigate the microphysical and radiative effects of aerosols in three weather systems during the March 2000 Cloud Intensive Observational Period campaign at the US Southern Great Plains. Three simulated cloud ensembles include a low-pressure deep convective cloud system, a collection of less-precipitating stratus and shallow cumulus, and a cold frontal passage. The WRF simulations are evaluated by several ground-based measurements. The microphysical properties of cloud hydrometeors, such as their mass and number concentrations, generally show monotonic trends as a function of cloud condensation nuclei concentrations.Aerosol radiative effects do not influence the trends of cloud microphysics, except for the stratus and shallow cumulus cases where aerosol semi-direct effects are identified. The precipitation changes by aerosols vary with the cloud types and their evolving stages, with a prominent aerosol invigoration effect and associated enhanced precipitation from the convective sources. The simulated aerosol direct effect suppresses precipitation in all three cases but does not overturn the aerosol indirect effect. Cloud fraction exhibits much smaller sensitivity(typically less than 2%) to aerosol perturbations, and the responses vary with aerosol concentrations and cloud regimes. The surface shortwave radiation shows a monotonic decrease by increasing aerosols, while the magnitude of the decrease depends on the cloud type.     

中国典型地区夏季气溶胶时空分布及其对云和降水的影响

利用2006—2016年夏季中分辨率成像光谱仪（Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）气溶胶和云资料以及热带降水测量计划（Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM）降水数据,分析了中国8个典型地区气溶胶、云和降水的时空分布特征,探讨了气溶胶与云和降水的相互关系。结果表明：中国8个典型地区夏季平均气溶胶光学厚度（Aerosol Optical Depth,AOD）、云光学厚度（Cloud Optical Depth,COD）、云水路径（Cloud Water Path,CWP）、水云云滴有效粒子半径（Cloud Effective Radius Water,CERW）、冰云云滴有效粒子半径（Cloud Effective Radius Ice,CERI）和降水强度变化范围分别为0.21—1.05、15.01—24.02、151.98—219.20 g·m^-2、12.93—15.37 μm、28.85—39.14 μm和0.44—8.54 mm·d^-1;黄土高原和四川盆地AOD有显著降低趋势,年倾向分别为-2.30%和-3.20%,长江三角洲COD年增幅为29.11%,华北平原、长江三角洲和珠江三角洲CERI及塔克拉玛干沙漠CERW变化趋势分别为-21.60%、-15.77%、-18.94%和-10.31%;AOD与COD和CWP呈正相关,与云滴有效粒子半径（Cloud Effective Radius,CER）关系较为复杂,受水汽影响较大,在云层含水量较低的情况下,CERI（CERW）与AOD呈负（正）相关,而在云层含水量较高的情况下,二者呈正（负）相关;气溶胶和降水关系复杂,整体来看,气溶胶促进了中国地区的夏季降水。     

利用WRF-Chem模式模拟分析人为气溶胶对台风Fitow(1323)强度及降水的影响

利用气象与化学模块在线耦合的模式WRF-Chem V3.5(Weather Research and Forecasting Model coupled to Chemistry Version 3.5) 对1323号台风Fitow进行了模拟,设计无人为排放源、含人为排放源和人为排放源增加的三组模拟试验,对比分析了人为气溶胶对台风的影响。结果表明:人为气溶胶对台风移动路径影响较小。人为气溶胶增加,台风强度减弱,台风主体总累积降水量减少,靠近陆地阶段台风主体降水率减少。气溶胶的增多可提供更多的凝结核,台风外围云水增加,更多的云水可上升至冻结层以上形成过冷水,促进冰相粒子的形成,释放的潜热增加,使外围对流增强,降水增加。台风外围对流的发展,使低层入流的暖湿空气更多的在外围上升,向台风中心的入流减弱,眼墙的发展减弱,降水减少,台风强度减弱。台风外围的对流发展弱于眼墙的对流,降水仍以眼墙区为主,使累积降水量和降水率整体上表现为减少。     

锡林浩特市太阳辐射变化及相关气象要素分析

利用1990—2010年锡林浩特气象站太阳总辐射、日照时数、日照百分率、降水量、气温以及总云量的观测资料,运用5a滑动平均及最小二乘原理等方法,分析了锡林浩特市1990—2010年来的总辐射变化规律,并分析了气温、降水、日照、云量等的变化以及与太阳总辐射的相关关系。研究结果表明,锡林浩特市太阳总辐射呈现波动增加的趋势,但四季太阳辐射量在近21a的年际波动略有不同。相关要素分析表明,太阳总辐射与日照时数和夏季、秋季气温有很显著的正相关关系,与降水量和春季、夏季的总云量呈负相关关系。     

气溶胶影响混合相对流云降水的数值模拟研究

利用一种新的异质冰相核化参数化方案,研究了当气溶胶同时作为云凝结核和冰核时,在不同高度输送对混合相对流云和降水的影响。结果发现,对于本文研究的理想混合相对流云,气溶胶在边界层的输送导致液滴数浓度明显增加,有效半径减小,霰粒的生长受到抑制,引起霰粒质量浓度降低;而气溶胶在对流层中层4～6km输送时,导致冰晶和霰粒数浓度明显增加。由于较多的冰晶引起更加快速的贝吉隆过程,使霰粒的质量浓度增加;气溶胶在对流层中层2～4km高度输送时冰相形成作用相对较弱,并引起霰粒的数浓度略微增加,由于霰粒的有效半径减小导致其质量浓度下降。气溶胶在不同高度的输送都导致液态和固态降水率降低,随着背景气溶胶数浓度的增加,气溶胶在0～2km、2～4km以及4～6km的输送分别导致累积降水量减少28％～64％、4％～44％和3％～46％,并且对降水的抑制效应及所在高度不同引起的降水差异随着背景气溶胶数浓度的增加而减小。     

A modelling study of aerosol processing by stratocumulus clouds and its impact on general circulation model parameterisations of cloud and aerosol

A model of the aqueous phase processing of an aerosol population undergoing multiple cycling through a stratocumulus (Sc) cloud layer is presented. Results indicate that a significant modification of the aerosol properties is achieved following the first cycle through cloud. In a polluted atmosphere, further modification in subsequent cycles is seen to be hydrogen peroxide limited unless there is a flux of ammonia entering the system through cloud base (CB). The modification of the aerosol population is seen to have little effect on the microphysics (specifically the cloud droplet concentration and effective radius) of the processing cloud. However, it enables processed aerosols to subsequently act as efficient cloud condensation nuclei (CCN) in less vigorous clouds (as a result of reducing the critical supersaturation required to activate them). The effects of variations in the internal mixture of soluble components of aerosols on the microphysics of clouds forming on them are also investigated using the cloud model. A (K2) parameterisation of the effects of variations in internally mixed nitrate loadings on the cloud droplet number concentration is presented. The effects of applying this K2 correction to the droplet number (derived from a parameterisation based on sulphate) for the presence of nitrate in aerosol have been investigated using the HadAM3 version of the Hadley Centre General Circulation Model (GCM). The effect on global annual mean simulations of the indirect forcing and effective radius is small, but more pronounced regionally. Suggestions (based on model results and observations) for parameterising the size distribution and in-cloud growth of aerosols for use in GCMs are presented.     

中国西北地区云的分布及其变化趋势

利用1983年7月—2001年9月ISCCP D2云的月平均资料,针对西北地区15种不同类型云的分布特征进行了分析,给出了中、低云量之和以及高云量在3个气候子区的多年变化趋势,初步探讨了其形成机制。结果表明:水层云、冰层云、水雨层云、冰雨层云和深对流云的光学厚度和云水路径值最大;水层云主要出现在天山山区、北疆地区和陕西南部,冰层云主要出现在北疆地区,水雨层云、冰雨层云和深对流云以及水高层云、冰高层云、卷层云的云量高值区在天山—昆仑山—祁连山一带以及陕南和/或陇南地区,因此上述地区也是有利于人工增水作业的地区。近20年中,高云量在3个气候区都呈明显下降趋势,中、低云量之和则呈上升趋势。西北地区云与地气系统之间可能存在这样一个过程:地面气温的升高,促使地面蒸发加剧,从而导致中、低云量增多而使降水增多,同时高云云量减少。     

近43a山西东南部日照时数时空变化特征及其影响因素

基于1976~2018年山西东南部11个地面气象观测站的逐月日照时数资料,分析了近43a山西东南部日照时数的时空变化特征,以及总云量、低云量、水汽压、降水量、雾日数和霾日数等气象因子对日照时数的影响。结果表明:山西东南部平均年日照时数空间差异显著,呈南北多、东西和中部少的分布特征;近43a年山西东南部日照时数呈显著减少趋势,气候倾向率为?71.9h/10a,2005年发生由多转少的突变;四季日照时数由多到少依次为春季、夏季、秋季及冬季,均呈减少趋势,其中春季趋势最小,秋季趋势最大;各月日照时数分布不均匀,5月最多,2月最少,除3月日照时数呈增加趋势外,其余各月均呈减少趋势,6月和9月的减少趋势最为显著;近43a总云量、雾日数、霾日数均呈显著增加趋势,而低云量、水汽压、降水量变化趋势不显著;雾日数增加是导致春季、秋季、冬季和年日照时数减少的重要因子之一,总云量增加是导致夏季、秋季、冬季和年日照时数减少的重要因子之一,降水量增加对夏季日照时数减少也有一定影响。