Satellite estimates and subpixel variability of rainfall in a semi-arid grassland

卫星估雨精度的不确定性受到当地降雨类型和像元内降雨非均匀性影响,而结合这两个关键因素开展半干旱草原卫星估雨的研究有限.2009年夏,我们在中国锡林郭勒半干旱草原用多部微雨雷达和雨量计构建了9 km卫星像元降雨观测网,观测了像元内降雨非均匀性(空间变异系数CV),并评估了卫星估雨精度.结果表明:(1)CV值受像元内平均降雨量,降雨类型,降雨云面积及移向等影响,如高Cv值的降雨过程大多为平均降雨量小,对流性降雨过程,降雨云边缘像元CV值较高;(2)TRMM 3B42V7卫星估雨产品适用性较好,CMORPH和PERSIANN次之,但TRMM 3B42V7易在半干旱草原湖泊处高估降雨.     

一次飞机冷云增雨作业效果检验

最近60多年,全球范围内广泛开展了人工增雨作业,但人工增雨效果检验一直是个难题。传统上,利用雨量计和目标/对比区统计数据评估人工增雨效果,结果大多不确定。对一次人工增雨作业而言,从科学上给出令人信服的效果检验更是没有好的解决方案。2017年3月19日,陕西省实施业务飞机冷云增雨作业播撒含有750 g碘化银（AgI）的催化剂,播撒线长125 km。作业后卫星、雷达观测到一条与播云线对应的清晰的云迹线,地面雨滴谱仪观测到相应的雨强、雨滴数浓度、雨滴直径增大,表明播云使云体产生了增雨响应。针对这次增雨过程,从连片雷达回波中分离增雨作用造成的回波增强带（增雨影响回波）和确定了自然降水回波强度,建立增雨影响回波强度（Z）与地面雨强（I）的拟合关系（Z-I关系）,定量研究人工增雨的时、空演变。结果表明:（1）增雨影响时间约4 h,增雨影响回波区域（增雨影响区）面积为5448 km2。该区累计降雨总量和增雨总量分别为1.518×106 m3和8.04×105 m3,增雨影响区内增雨率达53%。（2）总降雨量、增雨量、自然降雨量随时间先增后减,总降雨量与增雨量的峰值同步,两者峰值都早于自然降雨峰值;催化后146 min （04时47分,世界时,下同）,每6 min增雨量达到最大,为4.9×104 m3;催化后174 min （05时15分）,增雨雷达回波面积达到最大（1711 km2）,面积峰值滞后增雨量峰值出现。（3）增雨影响区位于播撒线下游,呈条带状;区域内总降雨量空间分布为中间大边缘小,与增雨量空间分布一致。（4）此次增雨作业改变了降雨时、空分布,促进降雨形成,增加了地面降雨量。      

地表非均匀性对区域平均水分通量参数化的影响

次网格尺度地表非均匀性对于网格区平均通量具有重要影响。若将网格区视为均一地表 ,并不能真实描述地 气通量交换过程 ,且可造成很大误差。文中从理论上证明 ,区域平均水分通量的变化率可分解为两部分 :第一部分为区域水分通量的算术平均变化率 ;第二部分为非均匀性所引起的水分通量变化率扰动 ,它与区域内土壤水分空间分布的变差系数有关。数值试验表明 ,地表土壤水分的水平空间变差系数集中反映了区域内土壤水分分布的非均匀程度 ,不同土壤对同样的非均匀程度其敏感性是不同的。变差系数愈大 ,非均匀性愈强 ,在相同的土壤水分平均值下 ,不同土壤类型对地表非均匀程度的敏感性并不相同。例如沙土和粘土受非均匀性的影响就可相差数十倍。     

下垫面非均匀流域的幂指数TOPMODEL的模拟研究

利用取消流域土壤表层饱和导水率0K、土壤饱和导水率有效衰减系数m和地下水补给速率R为空间均匀假设的幂指数TOPMODEL,对流域水量平衡各分量进行敏感性研究试验,揭示空间非均匀性对幂指数TOPMODEL模拟结果的影响。从特定研究流域所得结果中可得的主要结论有:1)0K、m和R的空间变化对流域的逐日地表径流和基流以及逐日总径流有影响,针对设定的0K、m和R的空间变化,其中m的空间变化较明显地增加了逐日地表径流和洪峰流量。2)就设定的0K、m和R的空间变化而论,对流域多年平均年总径流以及蒸发模拟结果影响不大,但改变了径流在地表径流和基流之间的分配;其中R的空间变化影响最显著,m和0K的空间变化影响则较小。     

垂直指向测雨雷达的误差模拟及相互校准

基于马歇尔—帕米尔(M-P)分布的雨滴谱和下落末速—降雨算法, 模拟了垂直气流和雷达垂直倾角对垂直指向测雨雷达雨强测量的影响。同时在外场, 与雨量计观测相结合, 比较了五部垂直指向测雨雷达之间的差异, 对其进行了校准。结果表明: 模拟的上升气流对雨强测量的影响大于下沉气流, 垂直气流速率越大雨强测量误差愈显著; 当雷达垂直倾角<1.5°, 或在低风速下 (水平风速<2 m/s) 且倾角<9°, 对雨强测量的影响均小于10%; 强对流性降雨过程中, 垂直气流对雨强测量的影响大于垂直倾角。另外, 通过挑选层状云降雨过程, 对比雷达与共置雨量计测量的降雨量、 对比雷达间测量的降雨量均可获取较合理的归一化斜率; 但对比雷达间测量的降雨量法更优, 利用该斜率可降低雷达间的仪器误差; 在限定雷达间反射率因子差值的条件下, 比较雷达间全部降雨过程的反射率因子也可反映仪器间的系统误差趋势。     

四川自动与人工观测降雨量的差异分析

利用四川121个站自动与人工第2年平行观测降雨量资料,就自动与人工观测的降雨量的差异、引起差异的原因以及自动观测与人工观测的降雨量的相关性进行了分析。结果表明：自动比人工观测的日降雨量平均偏高0．20mm,相对偏高3．1％。测量仪器的不同、空间采样差、观测时间的不一致以及其他原因均会导致自动与人工观测降雨量产生差异,甚至是显著差异。自动观测与人工观测的日降雨量呈线性相关,相关系数为0．9984。     

天山北坡酿酒葡萄成熟期降雨特征及其影响分析

掌握新疆天山北坡酿酒葡萄成熟期降雨特征，对科学制定酿酒葡萄种植规划，采取趋利避害的生产管理技术措施具有实际意义。基于天山北坡35个气象站1961-2016年8-9月逐日降雨资料，采用线性趋势法和ArcGIS空间插值技术，对过去56a该区域酿酒葡萄成熟期（8-9月）降雨日数、降雨量、连阴雨天气次数、连阴雨天气降雨强度等要素的时空变化进行研究，并对照前人关于该区域酿酒葡萄种植气候适宜性区划成果，对酿酒葡萄不同适宜种植区葡萄成熟期降雨特征及其影响进行分析。结果表明：天山北坡酿酒葡萄成熟期（8-9月）降雨日数、降雨量、连阴雨天气次数、降雨强度、大量以上降雨日数的空间分布均总体呈现随海拔高度的升高而增加的特点。1961-2016年，研究区酿酒葡萄成熟期除降雨日数总体以-1.16d·10a-1的倾向率极显著 (P=0.001)减少，大量以上降雨日数以0.07d·10a-1的倾向率显著 (P=0.05)增多外，降雨量、连阴雨天气次数、连阴雨天气日数及其降雨量变化趋势均不显著。天山北坡酿酒葡萄种植气候最适宜和适宜区葡萄成熟期的降雨量、降雨日数、连阴雨天气次数、连阴雨天气日数及其降雨量都很小，期间总降雨量大多不足40 mm、降雨日数少于20 d、大量以上降雨日数不足1 d、连阴雨天气次数少于0.3次、连阴雨天气日数少于5d、连阴雨天气降雨量不足25mm，该分区降雨量以及连阴雨天气少，对提高酿酒葡萄产量和品质十分有利。酿酒葡萄次适宜种植区葡萄成熟期降雨天气稍多，降雨量40～90 mm、降雨日数20～25 d、大量以上降雨日数1～2 d、连阴雨天气次数0.3～1.0次、连阴雨天气日数5～8 d、连阴雨天气降雨量25～40 mm，对酿酒葡萄产量和品质有一定不利影响。天山北坡8-9月降雨量90 mm以上、降雨日数30d以上、大量以上降雨日数2d以上、连阴雨天气次数多于1.0次、连阴雨天气日数8d以上、连阴雨天气降雨量40 mm以上的区域均在海拔1500m以上的山区，该区域恰恰也是酿酒葡萄不适宜种植区，因此对酿酒葡萄无影响。综上所述，新疆天山北坡酿酒葡萄种植区尤其是适宜及最适宜种植区葡萄成熟期的降雨量、降雨日数、连阴雨天气次数和日数都较小，且近56a稳定少变，因此，对该区域酿酒葡萄生产的影响较小。     

一个水文模型与区域气候模式耦合的数值模拟研究(英)

在陆面过程方案中考虑精细的水文模型有助于改善对区域水文及气候的模拟。建立了一个考虑降水及入渗空间非均匀性的水文模型,并将其并入陆面过程方案BATS中。通过区域气候模式耦合模拟试验,得到如下主要结论:陆面水文的模拟对降水及入渗空间非均匀性的考虑非常敏感:考虑入渗非均匀性后,提高了径流系数,这与湿润地区水分平衡的观测结果更一致;入渗非均匀参数化方案的引入对区域水文及气候模拟的影响比降水非均匀参数化方案的引入要大:不透水面积在区域中的考虑所揭示的特征与我国北方干旱化趋势是一致的。     

半世纪来贵州雷山降水及气温特征与喀斯特地貌溶蚀性分析

利用贵州省雷山国家气象站1961-2015年55 a的气温和降水观测资料,采用统计分析的方法,分析雷山县近55 a来的气温和降水的变化特征及趋势。结果表明:近半世纪来,雷山县降雨主要发生在6月,月平均降雨量和降雨日数分别为250.5 mm和18.9 d;年平均降雨量呈增多趋势,其趋向率为0.37 mm/10 a,而年降雨日数却呈减少趋势,其趋向率为--3.07 d/10 a,其主要原因是夏季降水强度增强、频次增多所致,其次为冬季降水;年平均气温以0.08?℃/10 a趋势上升,且近10 a气温呈明显增加趋势,波谷与波峰之间振幅明显,从各季节分析,各季气温均以不同程度上升,其中又以冬季和秋季贡献最大,增温率分别达0.12?℃/10 a及0.11?℃/10 a;贵州雷山地处亚热带季风气候区,气候湿润、降水丰富、降水量大、流水作用强烈、地表径流相对稳定,逐年降水量和逐年平均气温的上升引起的喀斯特地貌溶蚀性潜能呈上升趋势。     

风廓线雷达数据质量影响因子及处理算法

风廓线雷达系统误差和探测数据时空代表性影响风的数据质量。针对五波束探测风廓线雷达,提出雷达系统误差检测方法并分析风的空间不均匀分布和时间代表性对风数据质量的影响。在此基础上,通过比较4组三波束计算的两组水平风u,v分量离差进行风的空间均匀性判别,并比较了一致性平均和数学平均两种时间代表性处理算法间的测风精度差异。利用广东风廓线雷达站网2014年3—5月10部雷达数据进行方法应用和评估。结果表明:稳定大气条件下,3种型号雷达 (LC,PB,PA) 的有效数据高度分别达到3,6 km和10 km的雷达系统功能设计需求。经空间均匀性检验与时间一致性平均处理的风数据在降水期间质量优于业务雷达数据,3—5月10部雷达获取的两组u,v分量离差标准差约为1 m·s-1,表明经过空间一致性检验和时间一致性平均处理后的数据质量较好。