青藏高原与东亚地区暖季MCSs统计特征的对比分析

利用1996-2010年逐时红外云顶亮温(TBB)数据,对青藏高原(下称高原)和东亚地区暖季(3-9月)中尺度对流系统(MCSs)进行了普查,获得MCSs各项特征数据集;结合CMORPH降水资料对MCSs降水特征进行了分析,在此基础上又对高原和东亚地区的MCSs特征进行了对比分析.结果表明:(1)高原是东亚地区MCSs高频发生区域,高原MCSs的平均发生频次远高于东亚25°N以北地区,是东亚25°N以北地区唯一的MCSs活动高频区.高原腹地是高原地区MCSs发生的高频区,在31°N,88°E附近MCSs的发生频次最高.(2)高原地区 MCSs分布有明显的月际变化,春季主要出现在高原北部,夏季主要出现在高原中东部和南部.高原地区MCSs的月际变化特征与东亚地区基本一致,东亚夏季风是其月际变化的重要影响因子.(3)高原地区MCSs存在明显的单峰型日变化特征,但春、夏季日变化特征略有不同,高原MCSs的日变化较东亚地区更为显著.(4)高原地区MCSs的降水频次为5.6％,降水贡献率为10.1％,最大降水频次为12％,最大降水贡献率为27％;与东亚地区相比,高原的MCSs降水偏小.(5)高原地区的MCSs大多为向东移动且移速缓慢以及短生命史的MβCS,平均生命史为4.6h,平均面积约为11.2×10-1km2,平均移速为31.5 km·h-1,东移的MCSs占59.4％;与整个东亚地区的MCSs相比,高原的MCSs面积和尺度都较小,生命史略短且移速慢,云顶平均TBB和平均最低TBB均偏高.     

2007年夏季两次强雷电过程的气象卫星资料分析

利用FY2一C、FY2一D高时空分辨率可见光云图和FY2一C云顶亮温资料,选取了2007年6月24—25日和7月10一11日2次强雷电过程,对雷电时空分布与强雷暴云团（MCS）演变特征的相关性进行了分析。结果表明：（1）对于不同MCS来说,落雷次数和落雷密度都与MCS的强度密切相关,即MCS强度越大,对流越强,落雷次数越多,落雷密度越大。（2）落雷集中的时段主要都出现在MCS成熟之前、水平尺度为中口尺度的时段内。（3）对于同一MCS来说,在MCS成熟之前,当前以及未来1h的落雷密集区都不是位于当前大范围较低亮温区所覆盖的区域,而是位于MCS移动方向前方和最低云顶亮温中心前方TBB梯度最大的区域内,未来1h的落雷密集区比当前的落雷密集区偏东30—50km。在MCS成熟之后,落雷密集区位于MCS主体外新生的尺度小、生命史短的雷暴云团附近TBB的密集区内。     

浙江省降水云系红外云图特征及其与降水量的关系

用2000~2003年GMS红外云图资料,统计分析了影响浙江省降水系统的红外云图特征及其与地面1 h降水量的关系。结果表明:降水云团的云顶亮温、1 h云顶亮温差、云顶亮温梯度和云团移动速度与地面降水强度的对应关系是非线性的,并且随季节的变化它们的关系又有明显变化;随着云顶亮温的降低,1 h降水量降水强度逐渐增大,出现强降水的机率也明显增多;浙江省内易出现2.0 mm/h(中雨)7、.0 mm/h(大雨)、15.0 mm/h(暴雨)强降水的云顶亮温指标分别为-30℃、-36℃、-41℃。     

陕西中部一次区域性暴雨天气过程诊断分析

利用常规气象观测资料、NCEP1°×1°的6h分析资料和FY-2C卫星云顶亮温资料,对2008年6月14—15日陕西出现的一次区域性暴雨天气过程诊断分析,结果表明：初夏副高西伸并维持,高原西风带长波槽稳定维持,槽前正涡度平流引导低层西南涡、切变加强东移成为此次暴雨天气影响系统;三股气流在暴雨区汇合,强烈而持续的上升运动将能量输送到高层．有利于暴雨的维持;FY-2C卫星云顶亮温小于-32℃区的演变与MCSs生消有很好的对应关系。     

“5·6”四川盆地对流云团特征及触发机制

利用FY-2卫星资料、NCEP再分析资料和常规观测资料,分析研究了2016年5月6日四川盆地暴雨对流云团的特征及其形成机制。结果表明:四川盆地对流云团易发生在青藏高原东侧边坡陡峭地形带,初生对流云团的云顶亮温低于-45℃,边缘最大温度梯度为15~20℃,水汽-红外通道亮温差值介于-5~0℃,分裂窗-红外亮温差值介于0~2℃。强降水出现在红外和水汽亮温快速下降到最低值、水汽-红外通道差值达0℃附近、分裂窗-红外亮温差为正值和温度梯度达0℃后的几小时内,最大雨强出现在强对流云团成熟后开始迅速减弱的初始阶段(即云顶亮温开始回升的阶段)。较大范围的强降水由发展成熟的云顶最低亮温约为-70℃的对流云团产生,主要出现在红外亮温低于-50℃的区域,集中在红外亮温-65℃~-60℃、水汽亮温为-65℃~-60℃的云顶较为平滑的次低值中心区域内,并不与云顶最低亮温中心相吻合。机制分析表明,对流云团生成区域均受偏东风影响,且形成于高的对流不稳定能量条件下,发展于高湿区,近地层冷空气扩散南下与气旋式流场中的辐合共同触发对流在辐合线以北生成,而中层垂直风切变的加强、中低层暖平流和高层冷平流的发展促使对流云团发展旺盛。     

青藏高原和四川盆地夏季对流性降水特征的对比分析

本文利用TRMM(Tropical Rainfall Measure Mission)多种探测结果,针对青藏高原和四川盆地各两次对流性降水天气进行了对比分析,结果表明:(1)高原降水系统以对流云降水为主,弱降水样本数量高,由孤立零散的块状降水云团组成,对流中心离散,降水范围小,雨区极不均匀,垂直发展厚度浅薄,降水粒子数量少,雨滴小,潜热释放以地面以上2~5 km高度层为主,夏季近地面层冰晶粒子含量高,降水过程中云顶亮温与地表雨强之间的相关性差,云顶亮温越高的对流云团其闪电频数越高。(2)盆地降水系统强降水样本数量高,由一个主降水系统和周边零散的降水云团组成,降水范围大,对流中心相对集中,雨区较均匀,垂直发展厚度高,对流系统深厚,雨滴大并集中,潜热释放呈一致的双峰型结构,峰值分别出现在7和16km高度上,冰雹粒子在对流层较高层含量高,云顶亮温与地表雨强之间呈显著的负相关,盆地的闪电频数显著高于高原地区,且闪电活动主要集中在亮温偏低的降水云体中。     

青藏高原东部初生雷暴云图特征及成因

利用2010—2014年青藏高原东部夏季雷暴资料和同时段的FY-2D、E双卫星资料,分析了初生雷暴的卫星云图特征,并讨论了午后雷暴的成因。结果表明:高原东部初生雷暴云团卫星云图特征明显,其发展高度相对较低,云顶位于对流层顶之下,并与海拔高度密切相关。其红外云顶亮温和水汽亮温总体均呈单峰型分布,基本介于-55^-10℃和-50^-30℃之间;红外-分裂窗通道亮温差值大多发生在-3.3℃附近,83%的红外-水汽通道亮温差值大于0。进一步分析发现,Ⅰ区、Ⅱ区雷暴初期的地气温差主要集中在5~15℃,地表温度分别集中在25℃和30℃附近,相对湿度分别集中在40%~55%和30%~50%之间,温度-露点差为7~15℃附近。Ⅲ区地气温差主要在5~10℃左右,地表温度集中在30~35℃附近。综合来看,高原东部雷暴初期地气温差、地表温度和相对湿度的集中度较好,近地层适中的地表温度、地气温差和一定的湿度条件,才会非常有利于青藏高原东部午后雷暴的发生发展。     

夏季江淮地区中尺度对流系统的统计特征分析

利用2007—2013年6—8月FY-2D逐小时相当黑体温度(TBB)资料,普查了夏季我国江淮地区的中尺度对流系统(MCS)个例。根据MCS的组织形式将其分为中尺度对流复合体(MCC)、持续拉伸状对流系统(PECS)、β尺度中尺度对流复合体(MβCCS)和β尺度持续拉伸状对流系统(MβECS),并对各组织形式MCS的统计特征做了对比分析。结果表明:夏季江淮地区带状MCS发生的频次明显高于圆状MCS,占62.2%;7月份MCS个例数最多,而6月份MCS成熟时平均面积最大;整个夏季,MCS成熟时平均最低云顶温度约为-76℃;MCS多形成于午后14—17时,成熟于17—19时,18—23时均为MCS易消散时段,具体到各类型,其日变化特征又有所差异;影响江淮地区的MCS多生成在陆地上,海上个例很少,有向东、东北和东南3个主要移向,共占73.1%,移动1~5个经纬距的MCS所占比例最大,为64.6%,MCS的移动距离与其生命史长度密切相关。     

基于CloudSat、FY-2E资料的中国海域及周边地区深对流和穿透性对流特征

深对流在地-气系统的物质和能量交换中起着至关重要的作用,伴随而来的暴雨、雷电、冰雹等天气会对人类社会产生影响。利用CloudSat/CALIPSO和FY-2E卫星观测数据,研究了中国海域及周边地区非穿透性对流（DCwo）及穿透性对流（CO）的海-陆分布、云顶红外亮温和云团特征（包括对流系统（CS）和对流单体（CC）的面积、活跃性对流比、偏心率、最低亮温、平均亮温梯度）。结果发现:穿透性对流比非穿透性对流的云顶红外亮温更低,垂直高度上的雷达反射率更高;从发生次数来看,非穿透性对流/穿透性对流在海洋比陆地多,低纬度比高纬度多,夏季比其他季节多,冬季海陆差异最大;从云顶亮温的分布来看,海洋比陆地、穿透性对流比非穿透性对流集中分布区间的亮温值更低,穿透性对流的分布区间比非穿透性对流集中;从云团特征来看,对流系统/对流单体的发生频率随面积的增大而降低,穿透性对流比非穿透性对流、海洋比陆地更容易出现较大面积的对流系统/对流单体,海洋穿透性对流的活跃性对流比相对较高;偏心率在0.5以上的发生频率较高,对流系统形状更偏向于圆形,在海洋上更加明显;穿透性对流在海陆上的最低亮温集中分布区间为190-195 K,比非穿透性对流的分布更集中,平均亮温梯度在0.1 K/km以下的发生频率较高。      

2008年春夏华南地区MCS时空分布和活动特征分析

利用2008年3—8月FY2号地球静止卫星逐小时红外亮温(TBB)资料对我国华南地区春夏中尺度对流系统(MCS)的分布和活动特征进行了统计分析,并采用动态合成分析方法,讨论MCS初生前、初生、成熟和消亡四个阶段的大尺度环境场特征。研究发现:(1) 两广沿海地区和海南岛北部是两个主要MCS活跃区,从两广沿海往北,随纬度增加和深入内陆MCS发生频率降低;(2) MCS活动分布具有明显的月际变化特征,3—6月对流活动逐渐增强并北扩,6月对流活动最活跃,之后又逐渐减弱南退;(3) 华南地区MCS日变化呈现双峰分布,午后到傍晚前是MCS全天发生的最高峰,傍晚前后MCS达到成熟高峰,MCS消亡高峰则出现在傍晚到晚上,另外清晨有一个MCS发生、成熟、消亡的次高峰;(4) MCS平均生命史为4.7 h,3～7 h的MCS占总数的90%,平均移速为25 km/h,以向东移动为主,向南和向西次之;(5) 华南MCS发生的大尺度环境场特征主要表现为:对流层高层,MCS被南亚高压东部的反气旋环流控制,云团北侧存在西风急流,造成较强的风切变;中层,MCS形成于副热带高压西北侧的西风槽上,云团内部出现局部中性层结;低层则有西南急流将水汽输送至华南,急流左侧(对应MCS发生处)形成低涡,水汽易在此大量堆积。      

多光谱云分类技术在锋面云系中的应用

将逐个修改聚类和模糊聚类的多光谱云分类技术应用于2002年6月10日03时锋面气旋云系的识别,并采用同一时次的地面常规观测与其进行了对比分析。结果发现,两种聚类方法对典型锋面气旋云系均有较好的识别能力,分类结果与天气概念模型云层分布情况一致;逐个修改聚类对组间差别较大的情况分类效果较好,而模糊聚类却对性质相近的类别有较好的识别;卫星图像分类结果与地面常规观测比较一致,但在层云、积云、层积云等性质较为相近类别的识别上存在一定差异。     

黄山云海的天气气候分析

用黄山气象站1956～1995年40年地面气象观测资料，分析了黄山云海的时空分布特征，云海与测站温度、湿度、降水和风的关系。结果表明，黄山年平均出现云海次数为223．85次，最多年份有370次，最少的年份只有105次，年际差异明显；并存在准12a周期的低频变化现象。逐旬大于等于8(5)成平均云海日数序列与测站逐旬平均气温序列相关系数-0．89(-0．83)，与测站逐旬平均相对湿度序列相关系数为-0．69(-0．61)。黄山云海形成的前一天或当天一般都有降水发生。统计分析各月大于等于8成云海与风关系，黄山云海出现时最多风向为西至西北风(除6月为东风外)，平均风速5．0m／s，即黄山云海的出现与一定环流形势相联系。     

甘肃省云量的气候特征

对甘肃省５３个测站１９６１—１９９５年年平均总云量资料用ＥＯＦ等方法进行分析研究。结果表明：甘肃省年平均总云量变化在空间上具有很好的一致性，但也存在明显的差异；３５年来甘肃省年平均总云量变化趋势是在波动中逐渐减少，全省平均减少０．１９成，尤以９０年代云量减少最显著；甘肃省总云量年际变化具有７年周期。     

碘化银核化过程的数值模拟研究

根据DeMott等给出的不同成核机制下AgI成核效率的实验结果 ,通过数值模拟的方法 ,研究了AgI粒子在云室、层状云和对流云中的核化过程。通过对云室的模拟 ,发现云滴浓度和云雾持续时间是造成不同云室检测的AgI成核率相差悬殊的主要原因。数值试验结果表明AgI的成核方式在层状云和对流云中有很大不同 :层状云中AgI主要以接触冻结、浸没冻结等慢核化过程为主 ,而对流云中则以凝结冻结过程为主。     

NUMERICAL SIMULATION STUDY OF CLOUD INTERACTION AND FORMATION MECHANISM OF HEAVY RAIN IN MIXED CONVECTIVE-STRATIFORM CLOUD

Using the numerical model of mixed convective-stratiform clouds(MCS)in the paper(Hong1997)and the averaged stratification of torrential rain processes,the evolution processes,interaction of the two kinds of clouds,structure and the precipitation features in the MCS toproduce heavy rain are simulated and studied,and the physical reasons of producing torrential rainare analysed.The results indicate that the stratiform cloud surrounding the convective cloudbecomes weakened and dissipates in the developing and enhancing of the convective cloud,and therainfall rate and water content in the stratiform cloud increase as the distance from the convectivecloud becomes larger.The numerical experiments find out that the stratiform cloud provides abenificial developing environment for the convective cloud,i.e.,the saturated environment and theconvergence field in the stratiform cloud help to lengthen the life cycle of the convective cloud,produce sustained rainfall with high intensity and intermittent precipitation with ultra-highintensity.These and the ice phase microphysical processes are the main factors for the torrentialrain formation and the MCS is a very effective precipitation system.     

华北地区云凝结核的观测研究

利用连续气流纵向热梯度云凝结核仪对中国华北地区空中和地面的云凝结核(CCN)进行了观测研究。2005年秋季和2006年春季的飞机观测结果表明,华北地区的CCN主要来源于地面,近地层CCN浓度较高,CCN浓度随高度增加而减少;CCN的分布与地面源地密切相关,污染地区乡村上空CCN浓度比无污染地区乡村高5倍以上,而污染城市上空的CCN浓度无显著差异;水平穿越淡积云云簇时云内CCN明显减少,表明云对CCN的消耗作用。2005年夏季石家庄地面CCN观测显示,同一过饱和度(S)下的CCN浓度差异很大,在S=0.1%、0.3%和0.5%下的最小值分别为584、808和2431个/cm3,最大值分别为9495、16332和21812个/cm3;CCN有明显的日变化,06时以后浓度开始上升,上午至中午前后达到极大值,下午浓度下降,原因可能是由于上午汽车排放以及光化学产物开始增加所致;降水对CCN具有冲刷作用。本文根据关系式N=CSk拟合得到的空中和地面的CCN活化谱参数C值明显较大(大于1000),k值较高(约0.7),表明华北地区CCN具有大陆性特征。     

强对流(冰雹)云中水凝物的积累和云水的消耗

在冰雹云中过冷水的累积对冰雹增长起重要作用。文中回顾了水凝物累积和过冷水消耗机制中的不确定性 ,利用三维Euler强对流云模式和三维Lagrange粒子群运行增长模式 ,重新研究了对流云中水凝物粒子的累积机制和过冷水的消耗图像 ,得出以下结果 :(1)强对流 (冰雹 )云具有翻滚式对流流场 ,流场的性质决定云中存在着一个动力吸引区 ,它处于主上升气流区旁侧水平气流近于零的区域 ,粒子在增长运行中向这里集中 ,造成水凝物的累积 ;(2 )这种粒子的集中和水凝物的累积 ,是流场动力特征和粒子增长行为相互作用的表现 ;(3)粒子的集中和水凝物的累积是动态循环式的 ,而不是静态平衡式的 ,粒子可以进入吸引区 ,也可以吹离吸引区 ,在进入和吹离的循环中动态地形成了集中和累积 ,累积可以发生在主上升气流上方 ,也可以延伸到其下方 ;(4)粒子的集中和水凝物的累积是受流场和粒子运动的动力过程控制的 ,而累积粒子是液相雨滴 ,或是固相霰粒、雪团和冰雹是受降水发展过程属液相或固相占优势来决定的 ;(5 )云水场中云水量 ,只在大粒子的集中区才被显著消耗 ;而在区外的云水量消耗不显著 ;(6 )对于云水含量高达 6 g/kg的云水场 ,播撒粒子浓度达到 10 0个 /m3 时 ,在考虑消耗时 ,已不能增长成直径大于 1cm的冰雹。     

卫星云迹风导出系统的结果分析

将云迹风微机导出系统（ＣＷＩＳ）生成的云迹风资料与日本气象卫星中心（ＪＭＳＣ）云迹风资料和无线电探空风资料进行了对比。     

基于MODIS云产品的AIRS云相态的识别和云量产品的检验

选用中国中东部(95～130 °E, 20～60 °N)午后同一时刻相对应的AIRS与MODIS各15景样本数据,将MODIS在红外波段上四种基于亮温的云识别算法对AIRS晴空像元和云像元中不同的云相态进行区分,分别统计出AIRS不同类型像元中这四种云识别算法的亮温差异,根据AIRS在晴空、水云和冰云三种不同相态下亮温的差异,确定出其阈值,实现AIRS晴空和云相态识别。在此基础上,对AIRS不同云相态下反演的有效云量进行检验和改进。结果表明:运用亮温阈值法对AIRS进行云相态识别能够较好地反映AIRS的晴空和云相态特征,云相态分布与MODIS云相态产品对应效果较好,特别在云边缘区域。对AIRS不同云相态下反演的有效云量进行对比和误差分析后发现:当水云有效云量较高、冰云有效云量较低时,AIRS反演的有效云量误差较大。在误差分析的基础上,提出了AIRS有效云量的偏差订正算法,对AIRS反演的有效云量具有一定改进,为AIRS云产品的应用提供参考依据。      

梅雨锋上中尺度对流云团的分析

本文利用每小时红外增强显示（EIR）和红外（IR）云图，6小时降水量及常规气象资料，对1991年6月12—14日和7月6—7日江淮地区大暴雨过程进行分析，给出了梅雨锋上中尺度对流云团活动的特征（包括生成源地、生命史、移向移速及对流云团生成的几种形式）；讨论了中低纬度云系相互作用对暴雨云团发生、发展的重要性；最后概括出中尺度暴雨云团发生、发展的云模型和概念模型。