人为气溶胶对地形云降水的影响:以黄山地区为例

选取黄山站为高山站,周围黄山区、绩溪、黄山市三个低海拔高度站为对比站,比较高山站与对比站1960—2009年降水量差值,即地形影响因子R0的变化趋势,以及同期能见度的变化,分析了人为气溶胶对黄山地形云降水的可能影响。结果表明,1960—1979年能见度下降,气溶胶含量增大,R0升高;1980—1989年,能见度升高,气溶胶含量有下降趋势,不同对比站R0变化趋势不同;1990—2009年,能见度下降,气溶胶含量升高,R0显著下降。气溶胶对降水的影响作用与背景气溶胶浓度有关,背景气溶胶浓度较低时,增加气溶胶浓度可促进降水;背景气溶胶浓度较高时,增加气溶胶含量对降水抑制作用显著,对应的能见度阈值为10km。当气溶胶对降水起抑制作用时,抑制作用与风速成反比,与风频和各风向平均降水量呈显著正相关。     

气溶胶对秦岭山脉地形云降水的影响

以华山站为影响站,其周围华阴、渭南、西安为对比站,通过对影响站与对比站降水之比--地形强化因子(Ro)的变化趋势以及Ro与能见度变化关系的分析,研究了气溶胶对秦岭地形云降水的影响.结果表明:有观测以来Ro逐年递减,1980年后Ro递减更快,减幅达20%;Ro的减小趋势与能见度递减、气溶胶递增相吻合,说明气溶胶的增加抑制了地形云降水;华山1980年后的年平均雨量比1980年前减少了15%,达132mm,而平原地区的减少量不超过3%(16mm).分析气溶胶抑制地形云降水的物理过程发现,Ro的递减主要是减少了中小雨(日雨量小于30mm)的天数,而对大于30mm的降水影响较小,说明气溶胶对浅薄的生命期较短的地形云降水的抑制作用更明显;在以动力强迫抬升为主的春秋季,气溶胶对地形云降水的抑制作用明显强于平原地区,1980--2004年间降水减少了20%～30%;在热力作用下,气溶胶对地形云降水的抑制作用与平原地区相当.     

秦岭地区气溶胶对地形云降水的抑制作用

以华山站为影响站, 周围的西安、渭南和华阴作为对比站, 通过影响站与对比站降水之比——地形强化因子(Ro)的变化趋势以及Ro与能见度关系的分析, 定量研究了秦岭地区气溶胶对地形云降水的抑制作用。Ro的演变分析表明: 有观测以来Ro逐年递减, 减幅为14%～20%, 即影响站与对比站相比降水量减少了14%～20%; Ro的减少趋势与能见度递减、气溶胶递增相吻合, 说明气溶胶的增加抑制了地形云降水。Ro的递减主要是减少了中小雨 (日雨量小于30 mm) 的天数, 这种影响对浅薄的生命期较短的地形云降水作用更明显, 对于华山站, 30 mm以下的降水都会受到入云气溶胶的抑制作用, 而西安站为5 mm以下, 入云气溶胶浓度越高, 就有越厚的降水云受气溶胶影响而抑制降水; 在以动力强迫抬升为主的春秋季, 气溶胶抑制华山地形云降水20%左右, 最大可达25%; 在热对流条件下, 气溶胶对地形云和对平原地区云的抑制作用基本相当。不同风速风向下Ro的变化趋势表明, Ro递减随风速增大而加快, 迎风向 (240°～30°) 大风 (≥5 m/s) 时减少降水超过30%。由Ro与能见度关系的定量分析发现, 当能见度在14 km时Ro为1.8左右, 随着能见度的降低Ro逐渐减小, 当能见度小于8 km时,R0约为1.2, 减小了30%左右; 华山对于华阴的Ro与能见度呈线性关系, 相关系数达0.81。最后, 根据研究结果归纳出气溶胶抑制秦岭地区地形云降水的初步物理模型。     

秦岭山区近50 年降水差异及可能局地成因探讨

利用秦岭山区54个气象站50年以上日降水资料,分析了复杂地形下小区域降水变化差异,探讨了可能的局地成因,结果表明:(1)年均降水量总体为南高北低、西高东低,反映出秦岭阻挡作用和山谷东风回流影响;(2)近50年来区域年降水以减为主,9个增加站位于东部,夏季降水以增加为主,减少站集中在秦岭山上和区域西部,降水向夏季集中倾向明显;(3)日雨量小于5 mm的年雨量和雨日数减少趋势明显,雨量≥50 mm的年雨量和雨日数增加趋势明显,即小雨减少大雨增多;(4)降水变化的多个方面及其与海拔高度和经度对应关系的分析结果,反映出气溶胶抑制地形降水以及成冰作用恢复被抑制降水的作用,说明局地成因中气溶胶起了不可忽视作用;(5)地形作用和区域能量平衡也是重要局地成因.     

近50年黄河流域降水量及雨日的气候变化特征

利用1961-2010年黄河流域143个测站降水量和雨日资料,分析了黄河流域年、季降水和雨日的时空变化特征。结果表明:(1)多年平均年降水量和年雨日空间分布特征均呈北少南多。(2)年降水量和年雨日变化趋势相一致,二者均呈减少趋势,年降水量负趋势的测站数达81.8%,年雨日负趋势达88.8%,即年雨日较年降水的减少趋势更显著。(3)在季节变化方面,除冬季外,春、夏和秋季的降水量和雨日都是负趋势,特别是秋季减少最显著。四季降水量通过显著性水平检验的负趋势站数从多到少依次为秋季春季夏季冬季,雨日则为秋季夏季春季冬季。(4)流域年降水和年雨日一致突变点为1985-1986年,其降水量及雨日减少主要原因是大气环流发生了变化,1986年以前黄河流域降水和雨日偏多是由于季风较强,使水汽得到有效输送和河套西北部的风向辐合造成的,而突变后降水和雨日减少与季风偏弱、缺乏有效的水汽输送和蒙古至河套的反气旋环流有关。     

青海省近40年雨日、雨强气候变化特征

利用青海省1961-2002年26个代表站逐日雨量资料和青海省东部地区10个站1981～2001年降水自记资料，分析近40年来青海省雨日、雨强气候变化。结果表明：青海近年来虽然夏半年降水量和雨日在减少，但降水强度在增大。夏半年降水量的减少主要是降水日数的减少造成的；而冬半年降水量的明显增加是由于雨日增多和每个降水日平均雨量的增大造成的。近20年来10分钟、1小时最大降水的强度在明显增加。同时，20世纪90年代夜间出现强降水的几率多于80年代。     

克孜尔水库上游流域蓄水前后降水变化特征

分析拜城气象站1959-2006年降水资料发现,降水量以15．7mm／10a速率增加,新疆克孜尔水库1991年水库建成蓄水后其上游流域的年降水、主汛期降水、冬季降水和夏季降水均显著增加,雨日及中雨以上日数、年最大连续降水日数和年过程最大降水量也呈显著的线性增加趋势,过程最大降水量、日最大降水量、雨日平均降水强度等均增加,而年最大连续无降水日数呈显著的线性下降趋势。上述降水特征量的变化对流域水资源的合理利用、水库科学调度安全运行等提出了新的挑战。     

1960-2012年陕西降水变化特征及可能成因分析

利用陕西82个气象观测站的降水观测资料、NCEP/NCAR的2.5°×2.5°再分析资料以及MODIS卫星的气溶胶产品,分析了1960-2012年陕西雨季和全年的降水量、降水日数变化特征,并讨论了大气可降水量和气溶胶对降水的可能影响。结果表明,近60年陕西雨季、全年雨量和降雨日数均呈南多北少分布,年总雨量和降雨日数均呈下降趋势,雨季总雨量呈增加趋势,而降雨日数呈降低趋势,雨季雨强增加,降水向雨季集中;陕西全年和雨季小雨雨量和降雨日数均呈现下降趋势,雨季10 mm以上的降水量和降雨日数均呈增加趋势,增加站点占所选站点的75.6%,雨季降水的增加主要是10 mm以上降水量的贡献。陕西全年总雨量的减少可能与整层大气可降水量的减少有关。全年和雨季5 mm以下降水量的减少应该与气溶胶对降水的抑制有关,雨季10 mm以上降水量增加与气溶胶对降水的促进作用有关。分析表明当AOD≥0.4时,雨季气溶胶对降水有一定的促进作用。总之,陕西全年小雨的减少以及雨季10 mm以上降水量增多,雨量向雨季集中应该与近几十年陕西气溶胶增加、气溶胶类型的转变有较大关系。     

东莞1957—2011年降水和灰霾的长期变化趋势

利用东莞1957—2011年降水、能见度、相对湿度等地面观测资料,分析了东莞降水和灰霾的长期变化趋势,并探讨了气溶胶对降水长期变化趋势的影响。结果显示:东莞的降水量和不同等级降水日数均呈现明显的年际变化特征;年降水量在1990年后呈增加趋势,2007年开始呈逐渐下降趋势;痕量、微量和小雨降水日从1980年代中期后呈缓慢下降趋势,大雨、暴雨和大暴雨日数则没有明显的变化趋势;东莞的灰霾变化历经3个阶段,分别是1980年—1980年代中期、1990年代初—2000年和2000—2011年。气溶胶浓度的不断增加使降水日数减少,但对强降水的降水频率和降水强度有促进作用。      

贵州山区短时强降雨对能见度的影响

利用贵州地区84站近5 a逐小时降水资料和安装在贵州山区高速公路沿线9个自动气象观测站2013年4—10月监测的1 min雨强与1 min能见度资料,分析贵州山区短时强降雨的时空分布特征、统计分析不同类型降雨与能见度的关系及雨强与能见度的阀值。结果表明:贵州山区由于复杂的地形及独特气候背景短时强降雨与能见度的关系与平原地区有很大差异,降雨对能见度的影响,最关键是1 min雨强,同时雨雾、低云等因子也有明显影响;贵州山区降雨与能见度存在雨雾型、对流性降水型及对流性降水转雨雾型3种典型的关系。     

2006—2019年山西省酸雨变化特征分析

利用2006-2019年山西省五台山、大同、太原、长治、侯马5个站酸雨观测资料,分析山西省不同时间尺度上酸雨次数和频率、降水pH、电导率K值的变化以及空间分布特征,不同酸度各雨量等级酸雨频率变化特征。结果表明：2006-2019年山西省酸雨次数和酸雨频率均呈下降趋势,年平均pH值范围为5.43-6.49,年平均电导率K值范围为73.4-120 μs·cm^-1;四季中,秋季平均pH最小,为5.70,春季最高,为6.11,电导率K值春季较高;各月相比,9月酸雨pH值最低,为5.58,4月最高,为6.20,月平均酸雨频次和降水pH值呈负相关,相关系数R为0.96。各站相比,太原降水年平均pH以及电导率K值均显著高于其他城市,酸雨pH值依次为太原（6.90）>长治（5.95）>大同（5.71）>侯马（5.57）>五台山（5.55）。不同等级降水酸雨发生频率差别较大,小雨（1.0-10.0 mm）时酸雨发生频率最大,强酸雨和弱酸雨频率分别为54.9%和67.0%,当降水量超过10.0 mm以后强弱酸雨发生的频率均随降水量增加而减小。     

降水现象对大气消光系数和能见度的影响

大气中各种粒子对大气消光系数和能见度有不同程度影响,除气溶胶粒子外,降水粒子对能见度影响也不可忽视。为了解降水粒子对能见度的影响,确定能见度变化与降水现象之间的关系,该文在分析降水粒子的大小、速度、形状、谱分布、光学特性等特征的基础上,忽略气溶胶粒子的影响,建立基于实测谱分布的降水与能见度的理论模型,讨论不同类型降雨、降雪对大气消光系数和能见度的影响。同时选取Parsivel降水粒子谱仪在南京地区的降雨和降雪观测记录,利用实测数据来对比验证本文所建立的降水-能见度理论模型。结果表明:能见度随着降水强度的增大呈指数降低;受降水粒子特性和天气条件等多种因素影响,能见度与降水强度之间的关系并不是唯一对应的;降雨和降雪对能见度的影响各不相同,相比而言,降雨对能见度的影响比较容易确定,而降雪对能见度的影响比较复杂,主要因为雪花或冰晶的类型复杂多变,对大气消光系数有不同程度的影响。结合理论分析和实测数据对比验证,降水现象对能见度的影响得到了证实。     

2010-2011年鞍山市能见度特征

利用2010年6月至2011年5月鞍山大气成分观测站的能见度资料,统计分析能见度与PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0质量浓度、风速、降水强度和气溶胶光学厚度等气象要素的相关性。结果表明：鞍山市能见度月均值从8月份开始呈上升趋势,11月份达到峰值后开始显著下降,2月份达到最低值,自3月开始又出现较大幅度增长,进入夏季后略有下降;PM_2.5/PM₁₀、PM_1.0/PM₁₀比值与能见度呈反相关,能见度增大,PM_2.5/PM₁₀、PM_1.0/PM₁₀比值减小,且PM_1.0/PM₁₀的减小趋势更大,说明影响能见度的颗粒物以细粒子为主。平均风速与能见度变化趋势基本一致,与PM_2.5/PM₁₀、PM_1.0/PM₁₀的变化趋势呈反相关。随着雨强的增大,降水日能见度平均值随之减小,降水前一日和后一日的能见度平均值均大于降水日,且降水前一日及后一日的能见度改变量及改变率的绝对值随着降水强度的增加而增加。波长指数的变化说明影响鞍山能见度变化的污染物粒子整体较稳定,能见度与AOD成明显的反相关。     

New evidence of orographic precipitation suppression by aerosols in central China

The correlation between light precipitation events and visibility at Mt. Hua, (Shannxi Province, China) and at the surrounding plains stations was analyzed. Trends and changes in visibility, precipitation, the precipitation difference between Mt. Hua and the plains stations (De) and wind speed over the study area during the years 1980–2009 were also investigated. The significant positive correlation between visibility and light precipitation throughout the study period indicates that light precipitation events, notably orographic precipitation, are suppressed by aerosol pollution in this region. The trend of increasing air pollution aerosols since 1980, represented by visibility at Mt. Hua, ended in 2002 with a decreasing trend observed in more recent years. These changes were mirrored by corresponding changes in De. However, the total precipitation trends at Mt. Hua and the plains stations are consistent in both frequency and amount during the two periods, suggesting that the suppressive effect of pollution aerosols on light and moderate precipitation is the most likely cause for the changes in orographic precipitation at Mt. Hua during this time. The analysis of wind strength suggests that the increase in winds at Mt. Hua is highly related to the aerosol radiative effects; this increase of mountain winds is therefore a potential cause for the reduction in precipitation at Mt. Hua. This research provides further support for the hypothesis that aerosol microphysical effects can reduce orographic precipitation and suggests that aerosol radiative effects might act to suppress orographic precipitation through changes in wind speed.     

丹东地区大气能见度变化及其主要影响因子分析

利用2007年6月至2009年11月丹东市区器测能见度资料和人工观测能见度资料,分析目测能见度与器测能见度的关系,探讨不同季节中,PM_10。和PM_2．5、PM_1.0。颗粒物浓度对大气能见度的影响,研究降水强度与PM的湿清除效率关系。结果表明：在低能见度情况下,目测能见度与器测能见度的比值相对较小;能见度较差时,PM_1.0粒子比重增大,PM_1.0／PM_1.0和PM2．s／PM_1.0比值与月平均风速为负相关;天气现象日数较多的月份,其对应的月平均能见度较小;PM日平均质量浓度的改变量以及降雨量对PM的湿清除效率与降水强度相关,器测目测能见度平均值随着降水强度的增加而降低。     

南京机场降水低能见度雨滴谱特征

对不同种降水对能见度的影响进行研究.选取连续性降水天气和雷暴天气两次过程的雨滴谱资料,计算后发现雷暴降水出现低能见度的雨滴谱较宽,而连续性降水雨滴谱的分布窄.粒子浓度和能见度呈反相关,在粒子浓度降低时能见度值有迅速的好转.在低能见度阶段小粒子的含量明显偏大些,1 mm以下的小粒子浓度对能见度的影响最大,其次是1～2 mm的小粒子,小粒子的高浓度对应着低能见度.出现降水并低能见度的时段时各特征量均为相对高值,能见度好转后突变转好并振荡,呈现相关.计算能见度在高粒子浓度和低能见度时与实测能见度接近.     

沈阳两次降水过程中能见度的变化特征

利用2011年7月29-31日,8月27-29日沈阳大气成分观测站的能见度资料,统计分析了能见度与降水强度、PM₁₀、PM _2.5、PM _1.0质量浓度、风速、相对湿度等气象要素的相关性。结果表明: 7月29-31日降水过程特点为个别时间内降水量较大,8月27-29日降水过程特点为持续几个小时都有较大降水量;7月29-31日和8月27-29日降水过程中,初期降水对PM的湿清除效果较好,后期随着降水强度的增加,能见度有所降低;7月29日0时-31日23时期间内,PM质量浓度在降水过程中出现5 μg•m^-3左右的低值是因为降水和较大风速的双重作用,而8月27日0时-29日23时期间内的降水过程中,风速较稳定,PM质量浓度的改变量相对较小;7月29日-31日和8月27日-29日降水过程中,平均风速与PM₁₀、PM _2.5、PM _1.0的变化趋势均呈反相关,较高的相对湿度有利于PM质量浓度的上升;7月29-31日和8月27-29日降水过程中,能见度与PM _2.5/PM₁₀、PM _1.0/PM₁₀的比值变化趋势均呈明显的反相关。随着颗粒物粒径的减小,其与能见度的相关性逐渐增加。