利用新一代多普勒雷达产品判别重庆市人工增雨作业指标

本文用统计学的方法,主要利用重庆市S波段新一代多普勒雷达产品按照层状云、对流云、积层混合云三类降水型将2009年8月-2010年8月的有效降水过程进行分类,并分析不同降水类型的雷达回波特征参数,初步得出重庆地区人工增雨雷达回波指标.结论显示,重庆地区人工增雨作业指标为:层状云回波强度≥23 dBz、回波顶高≥5 km、VIL特征值≥3 kg/m2;积层混合云在春秋两季回波强度≥30 dBz、回波顶高≥6 km、VIL特征值≥8 kg/m2,夏季回波强度≥35 dBz、回波顶高≥8 km、VIL特征值≥13 kg/m2;对流云春秋两季回波强度≥40 dBz、回波顶高≥8 km、VIL特征值≥13 kg/m2,夏季回波强度≥43 dBz、回波顶高≥11 km、VIL特征值≥23kg/m2.     

2009年天津地区首场降雪过程分析

基于NCEP再分析资料、多普勒天气雷达产品与风云卫星云参数反演产品,对天津地区2009年的首场降雪过程进行了分析,研究表明:①造成此次降雪的主要天气系统是东移高空槽和地面倒槽;②降雪回波具备典型层云稳定性降水回波的特点,最强回波不超过35 dBz,伴随着降雪结束,回波顶高有所下降;③降雪过程云粒子有效半径数值维持在20μm,云体过冷层厚度、云顶高度较大,云顶温度在-30℃左右.随着降雪结束,云粒子有效半径、云体过冷层厚度和云顶高度数值逐渐减小,云顶温度则有所升高;④地面降水量和云粒子有效半径、云顶高度、云体过冷层厚度呈现正相关,与云顶温度呈现负相关.     

一次东北冷涡云降水垂直结构特征分析

利用辽宁阜新国家站(121.7458°E,42.0672°N)的毫米波云雷达(8 mm)和微雨雷达(12.5 mm)对2020年8月12-13日东北冷涡影响下的一次降水过程进行了观测,分析了云降水的垂直结构特征并探讨了降水机制。结果表明：本次过程中,云水平方向发展不均匀,以层状云和层积混合云为主,云内有时还嵌有对流泡。云降水阶段性变化明显,先后出现了层状云降水、层积混合云降水和对流云降水。层状云降水和层积混合云降水均表现出明显的亮带特征,但层积混合云降水的雷达回波强度、回波顶高和降水强度明显大于层状云降水。对流云降水的雷达回波会因强降水而产生明显衰减,因此回波顶高不能表示出实际的云顶情况。层状云降水阶段,云雷达反射率随高度降低增长缓慢,雨滴在下落过程中受蒸发和碰并的共同作用,反射率降低。与层状云降水相比,层积混合云降水的碰并效应强,且由于前期降水对近地面的增湿作用,使云下蒸发弱。对流云降水阶段,反射率的增长主要发生在冰水混合层,有利于大滴的产生,拓宽了云滴谱,提高了碰并效率。     

基于多源资料的积层混合云降水微物理特征

基于地基云雷达、微雨雷达和天气雷达等遥测设备观测资料,结合挂载KPR云雷达和DMT粒子测量系统的飞机平台,详细分析了山东积层混合云降水过程的云降水微物理结构特征。结果表明,积层混合云降水过程呈现层状云和对流云降水特征。零度层以上,5～6 km高度层内,对流云降水多普勒速度和谱宽均大于层状云,说明对流云降水环境垂直气流、粒子尺度等均大于层状云。对流云降水,云雷达和微雨雷达时空剖面上出现由衰减造成的“V”字形缺口,云雷达衰减程度大于微雨雷达,且随高度增加,衰减越大。层状云降水,零度层亮带附近,雷达反射率因子跃增高度比多普勒速度高80 m,多普勒速度跃增高度又比谱宽高20 m。降水云系零度层附近降水机制复杂,粒子形态有辐枝冰晶聚合物、针状冰晶聚合物和云滴;0°C层以上,5～6 km处,对流云降水的多普勒速度和谱宽均大于层状云降水,即对流云降水环境垂直气流、粒子尺度范围等均大于层状云降水。     

一次积层混合云系人工增雨作业的综合观测分析

综合利用多普勒天气雷达资料、FY-2E静止卫星反演云参数、MODIS极轨卫星反演产品和地面降水资料,对湖南2013年8月17日一次飞行作业的积层混合云降水结构及催化效果进行了分析。研究表明,作业云系以云顶温度较低的积层混合云为主。-10℃以上存在深厚的冰相增长带,云顶以冰相的大粒子为主;-10℃层以下,云滴的凝结碰并作用显著,冰相过程显著。光学厚度与地面降水有很好的正相关性,能很好地反映降水落区。回波垂直廓线表明,催化云系冷层厚度较大,0℃层附近液水含量较为充沛,降水以冰相过程为主。深厚的冰相层和冰水混合层的配置有利于降水的发生,在以冷云过程形成降水的位置进行催化作业,催化部位和时机较为科学合理。物理统计分析发现,催化后高层的回波强度率先增长,低层响应较为滞后,说明催化率先引起高层降水粒子的增长,雨滴增长下落后导致低层回波出现增长。相对于对比区,催化能引起回波强度和降水增强,并能相对延长目标云区的生命期,催化效果较为明显。     

西安地区积层混合云的Z-R关系研究

根据2013—2014年5—10月西安地区观测得到的雨滴谱数据,结合C波段新一代多普勒天气雷达的观测资料,对西安地区43次积层混合云降水的平均雨滴谱分布、微物理特征量及雷达反射率因子Z和雨强R的关系进行统计分析。结果表明:积层混合云降水的平均雨滴谱呈单峰型,Gamma分布对降水大粒子的拟合明显优于M-P分布;积层混合云中雨滴数浓度最大值及对雨强贡献最大值均出现在雨滴直径小于1 mm的范围内;利用最小二乘法建立了西安地区积层混合云的Z-R关系Z=168R1.43;当雨滴谱数据计算的回波强度小于(大于)30 dBz,雷达对回波强度有明显高估(低估)现象,针对此现象提出了积层混合云雷达回波的5档修正方案;利用Z=168R1.43估算西安积层混合云降水个例的降雨量更接近实测降雨量,估算降雨量的相对误差从51.3%减小到25.4%。     

基于飞机观测资料的降水粒子反射率因子阈值分析

降水粒子对云的生消和演化有非常重要的影响。毫米波雷达适合观测非降水云和弱降水云。利用毫米波雷达数据判断云内降水粒子生成与否有很高的实用价值。本文利用飞机观测的云滴谱数据计算云的反射率因子。将其与雷达探测值进行比对,发现两者有较好的一致性。因此利用滴谱计算的降水粒子反射率因子阈值可以作为雷达判断降水粒子生成的指标。通过分析滴谱计算云滴和降水粒子的反射率因子的概率密度函数可以得到用于区分云滴和降水粒子的反射率因子阈值。通常,云滴的反射率因子不超过-5dBz,降水粒子的反射率因子高于-20dBz,-15~-12dBz可作为判断降水粒子出现的阈值。     

聊城市高炮火箭人工增雨作业分析

利用聊城市2004-2006年春季人工增雨作业的雷达回波资料和实况资料,对13次高炮、火箭人工增雨作业云系、作业时机、部位以及催化剂量的选择进行综合分析。结果表明：聊城市高炮、火箭人工增雨的作业以混合云和层状云为主要目标云系,层状云作业效率最高,可达80．5％;层状云系作业部位应选在0℃层亮带以上,混合云系应选在强回波区附近;选择催化时机,层状云应在云顶高度大于或等于6km,回波强度大于或等于25dBz,混合云云顶高度大于或等于7．5km,回波强度大于或等于35dBz为宜;一次过程,一个作业点每波次炮弹以8～12发效果较好,火箭弹2～4枚为宜。     

2017年夏季六盘山地区一次强对流天气过程 云降水宏微观特征分析

利用常规气象观测资料、Grapes_CAMS模式产品以及卫星雷达遥感资料,对2017年8月11日宁夏六盘山地区强对流天气过程成因、云降水宏微观特征进行综合分析,结果表明:此次局地小尺度强对流天气过程出现在高纬"两槽一脊"环流背景下,主要影响系统为蒙古冷涡、低层切变线、地面风场辐合线;云反演产品与降水云团的发展演变一致性较好,短时强降水初期云顶高度在5-7 km之间,云顶温度低于-30℃,过冷层厚度在4 km左右,黑体亮温低于-30℃;雷达回波表现为典型的强对流回波特征,强对流天气期间各地组合反射率均50 dBz,最强达61 dBz,回波顶高普遍在8 km左右,强对流鼎盛时期45 dBz以上的强回波高度达到7 km左右,4 km高度附近有55dBz以上的强回波中心。当雷达回波朝六盘山山体移动时,回波有明显的加强趋势;Grapes_CAMS模式较好地模拟了此次强对流过程,模式产品显示此次降水云系为冷暖混合云,0℃-(-5)℃层之间有一定的过冷水存在,在-5℃-(-20)℃之间,冰晶数浓度1个/L,含量较少。     

基于星载云雷达资料的东亚大陆云垂直结构特征分析

利用近5年(2006年6月—2011年4月)的Cloudsat卫星资料分析了东亚大陆云垂直结构特征。结果表明:(1)降水(文中可降水是根据观测到的可降水粒子信息计算到达地面的降水,并不是指地面观测到的实际降水)云和非降水云的雷达反射率(回波)垂直分布存在一定差异,除降水云反射率通常接地外,降水云主要集中在8 km以下,反射率通常为-20—15dBz,非降水云主要集中在4—12 km,反射率为-28—0 dBz;降水云雷达反射率频数大值中心在2 4 km,对应的雷达反射率为0—10 dBz,而非降水云出现在8—10 km,且对应的雷达反射率为-26—-24 dBz;(2)从雷达反射率廓线来看,降水云中雷达反射率随高度的变化先增强后减弱,而非降水云几乎不变;(3)液态降水云、固态降水云和毛毛雨降水云反射率的垂直分布明显不同;(4)液态降水云自11至7 km雷达反射率迅速增强,表明此高度是粒子快速增长的优势空间;(5)固态降水云中-15℃温度频数分布与雷达反射率频数大值中心有很好的对应关系,表明在-15℃附近的条件下冰相粒子凝华-碰冻是粒子增长的优势过程;(6)云的垂直结构随着季节变更而变化,降水云春季、夏季和秋季的雷达反射率垂直分布变化不明显,而冬季主要在低层;固态降水云的垂直分布频数大值中心从春季至冬季呈"双-单"中心交替变化,且与云中-15℃频数分布变化一致;非降水云雷达反射率垂直分布没有明显的季节变化;(7)深对流云和雨层云是形成降水粒子的主要云型。     

The Relationship between Total Ozone and Local Climate at Kunming Using Dobson and TOMS Data

This paper uses Dobson spectrometer total ozone data,Total Ozone Mapping Spectrometer(TOMS) data and radiosonde reports from Kunming,which is located in southwest China,from 1980 to 2008 to analyze the total ozone-climate relationship.The total ozone decadal long-term trend and abrupt change were studied using enhanced Dobson data whose missing data were amended by the TOMS data.Stepwise linear regression was used for the selection of the key factors that influence total ozone,including temperatures,geopotential heights,depressions of the dew point,wind velocities,and total solar radiation.The relationship between the selected factors and total ozone was analyzed using the methods of stepwise regression and partial least squares regression(PLSR).Results showed that although the PLSR method was slightly better and more reasonable to study the relationship than stepwise regression,while the two regression results were only slightly different.It was also suggested that local climate,especially local circulation and temperature,were important for the variations in total ozone,and the local climate could almost linearly explain 80% of the variance of total ozone.The relationship also indicated that the abrupt change of total ozone in the year 1994 may be related to abrupt local climate change.     

中尺度强暴雨云团云特征的多种卫星资料综合分析

针对2002年6月23—27日发生于江淮地区的一次中尺度强暴雨过程，利用FY-1D，EOS和NOAA卫星的可见光、红外、微波通道遥感观测、反演资料，从相态、光学厚度、垂直结构等各方面分析云特征，并将分析结果与同时段地面雨量观测进行对比分析，发现云光学厚度大且云顶粒子为大粒子、冰相态是此次降雨过程中云团的主要云特征，地面雨量的大小与云光学厚度密切相关，两者间基本呈正相关关系；稳定少变的大光学厚度云或云光学厚度显著增大均可带来强的地面降水。微波资料可以很好地体现降雨云团的垂直结构。分析结果显示，卫星遥感对揭示中尺度强暴雨云团的云特征，具有很好的指示作用。     

基于不同数据的新疆山洪淹没模拟及致灾阈值分析

利用实测淹没深度、数字高程(DEM)、土地利用类型、小时降水、定量降水估测(Quantitative Precipitation Estimation,QPE)等数据,通过FloodArea模型对新疆博尔博松流域3次(2013年8月25日、2015年6月28日、2016年6月17日)洪水过程进行再现模拟,对模拟结果的分布特征进行分析,以实测数据进行精度检验,并建立了面雨量-淹没深度关系,在此基础上确定了研究区四个淹没等级对应的致灾临界雨量。运用不同数据模拟得出淹没分布特征为随着时间的变化淹没深度具有上升的趋势,淹没过程可分为蓄积期、稳定增长期和波动上升期3个阶段;通过精度验证得出:FloodArea模型运用自动站降水数据模拟的淹没深度与实测数据相比偏高,而QPE、R-QPE(订正后QPE)数据模拟的则偏低,这三种数据的模拟结果与博尔博松村和塔尔村两个考察点的绝对误差分别为0.46 m、0.78 m、0.35 m和1.35 m、1.44 m、0.65 m,R-QPE数据模拟出的淹没深度效果最好,更能精确地反映出该流域洪水淹没情况;通过相关性分析可知,模拟洪水淹没深度与7 h累计时效的面雨量的相关性最好,相关系数达到了0.989,在此基础上建立了面雨量-淹没深度的关系;按照面雨量-淹没深度的关系和山洪灾害等级划分标准得出,预警点累计时效7 h面雨量对应四个等级的致灾临界雨量阈值分别为:四级6.25 mm、三级23.61 mm、二级49.64 mm、一级75.67 mm。     

台站温度质量控制中IDW算法改进及应用

在反距离加权插值算法的基础上,结合气象上温度随高程的变化,以及各测站垂直方向上温度场与气压场的关系,对国内地面气象观测站的温度数据进行插值算法改进。然后,从搜索半径与距离权重系数的关系,以及参与插值站点数量与距离权重系数的关系两个方面进行试验数据分析,试图找出相对最佳的算法参数和最小的插值误差。最后,将改进的算法应用到温度观测数据的质量控制中。结果表明:改进后的算法可明显改善因近地面逆温造成的插值误差,在台站分布较密集的我国中东部地区,温度质量检验的灵敏度可达到1至5摄氏度。     

新一代天气雷达、雷电资料的分析与应用

利用闪电定位资料和多普勒雷达资料,分析了山西一次大范围暴雨天气过程。结果表明,闪电发生频数、强度和雷达回波强度在时间序列上有较好的一致性。在雷达回波发展的不同阶段,闪电发生的位置与雷达强回波位置有时相同,有时偏离,有时甚至无闪电发生。雷达回波显示,在低层存在不利于对流发展的环境风场特征时,降水回波在向测站移动的过程中趋...     

基于MODIS增强型植被指数的青海省牧草产量估产研究

利用青海省22个生态环境监测站在2003和2004年牧草生长季内各月所测的牧草鲜草产量数据，并搜集了该时段内逐日的MODIS遥感数据，通过对图像的预处理，云区识别，植被指数的计算及月最大植被指数的合成，形成了与牧草产量数据相对应的MODIS EVI数据。然后按牧草生长季和草地类型建立了牧草鲜草产量与MODIS植被指数的关系模型。结果表明，牧草产量和MODIS EVI之间存在较高的相关性，用指数函数建立产量模型效果较好。按牧草生长季建立的牧草产量检测模型比按草地类型建立的模型相关性要高。     

利用ARGO资料改进ENSO和我国夏季降水气候预测

全球海洋ARGO资料的获取为气候预测的研究提供了前所未有的海洋资料。该文首先利用ARGO资料改进次表层参数化方案后的Zebiak-Cane海洋模式, 与统计大气模式耦合, 建立了热带动力海洋-统计大气耦合模式。通过比较应用和未应用ARGO资料改进的海洋模式, 进行了耦合模式的长期回报试验。结果表明:ARGO资料的应用极大地改善了耦合模式对热带太平洋海面温度异常的预测能力, 提前3个月和6个月的回报结果都有很大的改进, 基本上回报出了Ni?o3.4区海面温度异常的演变特征, 对厄尔尼诺和拉尼娜都能够给出较准确的回报, 回报结果与观测之间的相关性在整个热带太平洋区域明显提高。该文还利用国家气候中心 (NCC) 全球海气耦合模式, 对我国夏季降水进行了个例和多年季度回报模拟试验, 探讨了包含和不包含ARGO观测资料的同化资料作为初始场对我国夏季降水预测的影响, 表明采用带有ARGO观测资料的海洋同化初始场, 回报的我国夏季降水分布形式与观测更一致, 回报结果与观测之间的正相关区域变大, 对我国夏季降水的回报水平比采用没有ARGO观测资料的海洋同化初始场时有明显提高。     

用天气雷达回波强度资料估测降水

利用2004年兴义多普勒雷达体扫复合仰角的强度回波资料及自动站雨量资料,在贵州省黔西南地区进行降水估测。综合考虑了地理环境、气候、距雷达中心距离等3个因素,对下属的8县1市进行降水估测,运用了不同仰角进行多次实验,最后运用最小二乘法得到该区域的Z-I(反射率因子-降水)关系,选取2005年1-7月的部分资料进行检验对比,并对降水误差从地理环境、雷达性能等多个方面进行分析。结果表明,用此方法得出的Z-I适用性较好,准确率较高,为降水估测提供了较可靠的判据。     

自动土壤水分观测资料应用误差分析

根据从国家气象信息中心实时资料数据库读取的自动土壤水分监测资料,对比同日人工测定的土壤相对湿度数据,发现白天各时次自动监测数据与人工监测数据之间均存在15%左右的差异。具体针对监测仪器自身的结构特点以及中国气象局的业务要求,从两种监测方法自身的监测地段代表性、数据测量和换算、监测土层深度、监测时间、土壤水分常数测算、土壤结构变化等多种角度分析数据间存在差异的原因;认为多种可以估算的差异"叠加"在一起时,对比差异最大可能达到20%左右,加上其他误差因素的影响,实际应用中出现15%左右的差异是可以解释的;选择较长序列的站点实测资料进行了数据差异的实况分析。结合业务中常用的墒情等级判断指标,分析数据差异对客观判断构成的数据干扰和数据损失。建议直接利用体积含水量进行业务应用分析,探究全新的自动土壤水分监测数据应用方法,在具体应用中建立相应的指标体系或指标模型,充分发挥自动土壤水分监测的优势。     

Deduction of the Sensible Heat Flux from SODAR Data

A new method for deduction of the sensible heat flux is validated with three sets of published SODAR （sound detection and ranging） data. Although the related expressions have previously been confirmed by the author with surface layer data, they have not yet been validated with observations from the boundary layer before this work. In the study, selected SODAR data are used to test the method for the convective boundary layer. The sensible heat flux （SHF） retrieved from SODAR data is found to decrease linearly with height in the mixed layer. The surface sensible heat fluxes derived from the deduced sensible heat flux profiles under convective conditions agree well with those measured by the eddy correlation method. The characteristics of SHF profiles deduced from SODAR data in different places reflect the background meteorology and terrain. The upper part of the SHF profile （SHFP） for a complicated terrain is found to have a different slope from the lower part. It is suggested that the former reflects the advective characteristic of turbulence in upwind topography. A similarity relationship for the estimation of SHFP in a well mixed layer with surface SHF and zero-heat-flux layer height is presented.