对熵原理得出的理论云滴谱方程的验证

一、问题的提出云滴谱分析是云物理学和人工降水研究的重要内容之一。过去较多地研究由碰并或破碎过程造成的云滴谱变化,而缺少对没有发生碰并前的云滴初始谱的理论研究。张学文同志首先把熵增加原理应用于碰并前的云滴谱研究中,推导出一个具有     

三参数云微物理方案中气溶胶谱函数对云滴谱影响的数值模拟研究

观测和分档方案的数值模拟都证明气溶胶的谱分布特征对云滴谱的演变有直接影响继而作用于降水的发展。目前广泛使用的总体双参数云滴谱方案因为表征云滴谱的预报量不足,在凝结过程中云滴谱呈不正常的拓宽现象。因此在参数化方案中,气溶胶谱对云滴谱的影响未有明确结论。中科学院大气物理研究所(IAP)云降水物理与强风暴重点实验室(LACS)新研发的三参数方案(IAP-LACS)通过增加的预报量克服了云滴谱的拓宽问题,提高了云滴谱模拟的准确性。为了研究在参数化方案中气溶胶谱分布特征对云滴谱的影响,本文采用新方案进行WRF(Weather Research and Forecasting mode)大涡理想性试验,验证了新方案中气溶胶对数正态谱函数中数浓度、几何半径和标准差3个参量对云滴谱演变的影响。针对3个参量的敏感性试验表明新的气溶胶活化方案和三参数云滴凝结增长方案能够描述气溶胶谱对云滴谱演变的影响规律:气溶胶数浓度对云滴谱影响最显著,数浓度越高活化生成的云滴数量越多,云滴半径越小,云滴谱趋向窄谱,气溶胶数浓度低时,云滴数量少、半径大。较大的几何半径使气溶胶谱向大粒径移动,导致大云滴生成,标准差对云滴谱的影响最不显著。     

气溶胶核化清除的化学效应 I：云滴化学非均匀性的研究

本文将水汽在云滴上凝结增长的物理过程与气溶胶、气体的化学过程相结合，对气溶胶核化清除的化学效应进行了研究。 计算结果表明:气溶胶的核化清除造成了云滴化学成分随云滴大小分布的非均匀性，这种非均匀性又对云滴内发生的气体吸收、液相氧化产生影响。 本文还比较了不同污染状况下，不同大小的云滴内气溶胶核化清除与液相氧化对云滴化学的相对贡献的差异。 因此，这种云滴化学的非均匀性(云微化学)的研究对于云化学的野外观测及数值模拟都是重要的。     

海盐气溶胶和硫酸盐气溶胶在云微物理过程中的作用

利用大气气溶胶和云分档模式研究海盐气溶胶和硫酸盐气溶胶在云微物理过程中的作用, 计算结果表明:云中液态水含量随高度的分布并不随海盐、硫酸盐的数目以及云团上升速度的变化而变化; 随着云滴数目的增加, 云滴的有效半径会减小; 硫酸盐对云滴数目影响起主导作用, 海盐在水汽相对充足情况下增加了云滴数目, 在水汽相对不足的情况下减少了云滴数目; 硫酸盐粒子浓度特别强的情况下 (人类活动污染比较严重时), 如果水汽相对不足, 云滴数目会明显小于硫酸盐粒子浓度; 而海盐粒子的存在, 加剧了水汽的供应不足, 从而可以在很大程度上进一步降低云滴数目。也就是说, 在有些情况下, 如果不考虑海盐气溶胶的作用, 硫酸盐气溶胶对云特性的影响会被过高估计。     

不可溶性气溶胶对边界层暖云滴谱离散度影响的模拟研究

基于一维分档MISTRA边界层云模式,模拟研究了内部混有不可溶核的硫酸铵气溶胶对边界层暖云微物理特征的影响。结果表明：边界层内湍流动能通量是影响暖云发展的重要因素。云中液态水含量、过饱和度以及云滴谱离散度均随云中的高度增加而增大。云滴谱标准差是影响云滴谱离散度变化的主要因子。在暖云发展阶段,不可溶性核会增加云中过饱和度,进而导致云滴谱分别向大尺度和小尺度端拓宽,云滴谱标准差增大,云滴谱离散度随时间增加而增大的程度增强;在暖云减弱阶段,不可溶核会造成云中大尺度端云滴数浓度减少,云滴谱变窄,标准差变小,云滴谱离散度逐渐减小的特征减弱。     

海洋层积云中的云滴谱宽度及其影响因子

云滴谱宽度对模式中云的光学厚度的参数化、气溶胶间接效应的评估以及降水形成过程的研究至关重要。本文利用美国POST（Physics of Stratocumulus Top）项目2008年7月19日的飞机观测资料，分析了微物理量和云滴谱的垂直分布及微物理过程。结果表明，该云系云滴谱宽度在云底附近较大，这是由低层核化过程导致的；中层凝结增长过程使得云滴谱宽度随高度增加逐渐减小；云顶附近夹卷混合过程导致云滴谱宽度增大。绝热云中垂直速度的增大会促进云凝结核的活化使云滴数浓度增大，促进凝结增长使云滴尺度增大、云滴谱宽度减小，云滴谱宽度与云滴数浓度、云滴尺度呈现负相关关系；云洞中受夹卷混合过程影响，垂直速度减小，云滴蒸发，云滴数浓度和云滴尺度减小、云滴谱宽度增大，且该效应随绝热程度减小而增强。建议云滴谱宽度的参数化将垂直速度、云滴数浓度、云滴尺度和绝热程度等考虑在内。     

起伏条件下云雾的重力碰并生长

云雾中的气象要素和云雾物理量经常有着起伏,因此研究重力碰并在这种起伏条件下如何使云滴生长,从而形成滴谱,是很必要的。本文对云中小水滴浓度(或含水量)有起伏时的云雾滴生长进行了计算,得到了云滴的一种理论分布。由此可以看出,在起伏条件下,云滴生长是比较快的。在比较短的时间和比较薄的云中有可能形成相当大的云滴,即半径50μ乃至100μ以上的云滴。因此在均匀条件下,凝结生长和重力碰并增长中的所谓“生长障碍”区(云滴半径在20—30μ左右)也就不存在。     

气溶胶核化清除的化学效应 II:动力学参数对云滴化学非均匀性的影响

运用已建立的气溶胶核化清除的物理化学模式，研究了云的动力学因子（如:气块上升速度、夹卷作用）对云滴化学非均匀性的影响。计算结果表明:较强烈的云发展（较大的气块上升速度）可加强由于气溶胶核化和云滴凝结增长造成的云滴化学的非均匀程度。夹卷作用抑制了云的发展，因而减弱了这种非均匀程度。夹卷作用同时也造成总体液态水中S(VI)、Ｈ+等浓度的增加，在Ｓｍａｘ附近可达１个量级。如果考虑气溶胶粒子的夹卷，则可使气块内云滴污染物浓度随云滴大小的变化更加复杂化，如:不仅云滴污染物浓度随云滴大小而变化，即使对于相同大小的云滴之间，其污染物浓度也可相差很大。     

华北地区气溶胶混合状态对暖云微物理特征的影响

在UWyo单组分气溶胶的绝热气块分档云模式基础上,发展了多种化学组分气溶胶的绝热气块分档云模式。利用2006年春季华北地区地面气溶胶分级采样的离子成分分析数据和同时段高空气溶胶、云微物理飞机观测资料,研究了气溶胶混合状态对暖云微物理特征的影响。模拟结果表明,华北地区气溶胶内部混合比外部混合有利于增加云凝结核数浓度、降低气块水汽最大饱和比、增加云滴数浓度。气溶胶的混合状态不同,形成的云滴谱的特征差异较大,主要体现在云滴谱的平均尺度和峰值的突出程度;云滴谱相对离散度在0.3附近变化,且随着云滴数浓度的增加,云滴谱相对离散度呈现减小的趋势。气溶胶混合状态能够影响暖云微物理特征,从而影响大气辐射和降水过程,在天气和气候变化的研究中应予以关注。     

气溶胶核化清除的化学效应──Ⅱ：动力学参数对云滴化学非均匀性的影响

运用已建立的气溶胶核化清除的物理化学模式，研究了云的动力学因子（如：气块上升速度、夹卷作用）对云滴化学非均匀性的影响。计算结果表明：较强烈的云发展（较大的气块上升速度）可加强由于气溶胶核化和云滴凝结增长造成的云滴化学的非均匀程度。夹卷作用抑制了云的发展，因而减弱了这种非均匀程度。夹卷作用同时也造成总体液态水中Ｓ（ＶＩ）、Ｈ＋等浓度的增加，在Ｓｍａｘ附近可达１个量级。如果考虑气溶胶粒子的夹卷，则可使气块内云滴污染物浓度随云滴大小的变化更加复杂化，如：不仅云滴污染物浓度随云滴大小而变化，即使对于相同大小的云滴之间，其污染物浓度也可相差很大。     

用平流動力方法來作冷高壓活動過程的例子分析

高氣压系統的生成、發展和移動不僅是理論氣象学上和天氣学上的重要問題,而且也是做好天氣預報的重要關鍵之一。对东亞來說,如何預報西伯利亚以及歐洲等地冷高压的活動过程,是預報員在預報工作中的一個中心課題。關於冷高压活動的各階段过去已有些研究工作,其中有从熱力观點出發來討論冷高压的產生;有的从動力观點來討論高緯度冷高压的維持和爆發問題(寒潮爆發);也有从模型的实驗來討論冷高压的移動問題;也有人用高空氣流的匯流來解釋高压的加强或再     

台风的螺旋结构

本文从描写台风运动的动力方程组出发,讨论了台风的螺旋结构,给出了这种螺旋结构的图样,指出:(1)台风螺旋结构的形成是台风中重力惯性内波,特别是重力内波的作用所致,(2)台风螺旋结构的形式与波位相速紧密相关,北半球的曳式螺旋结构要求螺旋图样环绕台风眼逆时针且由中心向外运动,其向外运动的速度近于重力内波的传播速度,(3)台风的曳式螺旋倾角一般小于45°,而在台风边缘,倾角约为10°,螺旋臂间距在二旋臂结构中平均为220公里,而在四旋臂结构中平均为110公里,(4)台风螺旋波也有频散作用,在曳式螺旋中c_(gr)与c_r皆为正,且c_(gr)相似文献   

1985年澳大利亚高压与我国夏季降水的振荡关系

本文利用1985年6—8月气象资料和卫星云图资料,计算了南半球澳高地面气压与我国近35个台站24小时降水量的凝聚谱、位相谱,发现在准一周(约五天)周期处两者存在反位相振荡。又通过澳高地面气压与北半球有关环流系统的凝聚谱、位相谱分析,发现澳大利亚冷空气爆发与北半球夏季低纬和中纬行星尺度系统存在短周期准一周(约五天)左右遥相关。并且,东亚沿岸从南到北七个站850百帕经向风速,与澳高地面气压在周期五天左右处,有较高的凝聚平方值,风速增强过程有北传现象。      

地球大气行星波的螺旋结构

本文从描写大气大尺度运动的动力方程组出发,讨论了地球大气行星波的螺旋结构,给出了这种螺旋结构的“宏图”,指出:(1)螺旋状的行星波在整个大气三度空间都存在;(2)准水平面上的行星波是对数螺旋结构,这种行星波在垂直方向上也呈对数螺旋分布;(3)螺旋行星波存在一个相速条件(即存在范围),它的形状与波位相速紧密相关,而且它有频散作用;(4)螺旋波的形成,主要由于南北方向和垂直方向空气的较差转动及Coriolis参数随纬度的变化。     

大气折射率起伏对雷达波的散射

研究大气折射率起伏对雷达波的散射时,得到的主要結果有以下两点: 1.在适当的大气条件下,折射率起伏构成的后向散射波能够超出一般雷达的灵敏度之上,它的量級正好和雷达观測到的气象“仙波”相同.根据这一結果和其他事实,作者认为起伏的后向散射可能是形成气象“仙波”的重要机制。 2.推导了表示雷达波在折射率有起伏的介貭中传播时,强度随距离变化的方程式,結果发現:一般情况下,散射效应不致引起波的强度的显著变化.但是,当大气折射率起伏的尺度长較小、輻度較大、并且雷达波瓣較窄时,散射效应会引起波瓣的加寬。     

青藏高原热力作用对南海及周边区域夏季气候的影响研究进展

针对青藏高原热力强迫作用对东亚夏季风强度、南海夏季风爆发早晚、南海周边区域旱涝的影响,以及在全球变暖背景下其对降水格局的影响等科学研究进行了总结回顾,并就青藏高原热力作用对南海周边区域夏季气候的影响科学问题进行了探讨。研究表明,高原冬春积雪异常通过影响雪盖反照率、改变辐射平衡和通过积雪-水文效应改变土壤湿度两个途径来影响东亚夏季风;通过改变大陆-海洋经向热力对比影响南海季风爆发早晚;通过改变西太平洋副高位置和季风环流变化来影响华南和长江流域夏季降水的分布。在全球变暖背景下,青藏高原感热加热的减弱可能对降水年代际“南涝北旱”格局的形成具有重要贡献。随着全球变暖减缓,青藏高原中部和东部的感热呈现出复苏态势,“南涝北旱”的降水格局分布在将来有可能被打破。      

“96.1”高原暴雪过程横波型不稳定的数值研究

利用一次较成功地模拟了“96.1”青藏高原东北部暴雪过程的MM4中尺度模式输出资料, 用非线性横波型不稳定模式对“96.1”暴雪发生发展过程的动力学机制进行了数值试验, 结果指出:横波型不稳定的分布和演变与暴雪切变线的发生发展过程相当一致, 说明横波型不稳定是这次暴雪过程的一种动力学机制.     

南京市近地层湍流结构及输送特征研究

本文利用"城市生物气溶胶研究”中的超声风温仪观测资料,对南京市近地层大气的湍流强度、相关系数、速度谱及通量输送等进行研究,得到南京市近地层湍流结构及输送特征的一些结论.     

INFLUENCE OF THE MONSOON TROUGH ON AIR-SEA INTERACTION IN THE HEAD OF THE BAY OF BENGAL DURING THE SOUTHWEST MONSOON OF 1990 (MONSOON TROUGH BOUNDARY LAYER EXPERIMENT-90)

The analysis of 3-hourly time-series data on surface meteorological parameters collected at 20° N, 89° E in the head of the Bay of Bengal during the southwest monsoon period (18 August–19 September) of 1990 under the MONTBLEX-90 programme reveals considerable temporal variability in sea-level pressure, sea-surface temperature (SST) and the fluxes of heat and momentum at the air-sea interface. This variability is related closely to the north-south movement of the monsoon trough and the formation and development of synoptic weather systems during this period. A rapid increase in wind speed, cloudiness, instability, momentum flux, sensible heat flux and moisture flux (by 80 Wm-2), and a decrease of SST (by 0.3 °C) and net surface heat flux by 80 Wm-2, was associated with the development of a depression when the monsoon trough moved southwards. At the peak of the depression, values of the latent heat flux and evaporation reached up to 270 Wm-2 and 1.0 cm day-1 respectively. During the depression period the heat loss across the air-sea interface matched well with the heat loss in the upper (100 m) ocean. With the northward movement of the monsoon trough, the momentum and surface heat fluxes decreased rapidly while the sea surface gained heat energy at rates up to 195 Wm-2.     

GROUND-BASED REMOTE SENSING OF THE SIZE DISTRIBUTION OF PINATOBU''''S VOLCANIC CLOUD

In this paper,data of solar direct spectral radiance observation in summer and autumn of 1990 and 1991 were usedto derive the average atmospheric extinction spectra for very clear days each year.The difference of these two extinctionspectra is obvious and considered as the contribution of volcanic cloud resulting from Pinatobu's volcanic eruption inmiddle June of 1991.This average size distribution of volcanic cloud was retrieved from the difference spectra and givenin this paper which will be useful for estimation and modeling of the effects of volcanic eruption.