利用WRF模式制作东北地区冬季降水相态预报

利用WRFV3.1.1中尺度数值模式,对东北地区冬季降水相态进行预报尝试。在模式预报输出场中,通过对近地面大气层中冻结部分降水混合比在可凝结成降水的水汽混合比中的比例,来判断雨雪分界线及雨夹雪区或雨、雪过渡区。结果表明：该方法可较准确预报出降水过程中雨区、雪区和雨夹雪区的分布特征以及降水相态随时间的演变情况。降水相态数值预报产品的应用能够明显提高冬季气象预报服务水平。     

气溶胶粒子的降水清除

讨论了雨滴在云下对气溶胶粒子的清除,考虑了气溶胶粒子和雨滴之间的碰并系数,雨滴谱以及气溶胶粒子谱对清除系数的影响。在０１＜ ｒ＜ １０ μｍ 范围内,利用不同的碰并系数表达式算得的降雨对该区间内气溶胶粒子的清除系数相差很大,但对总质量清除系数影响不大;雨滴谱的改变对总质量清除系数有很大影响;不同的气溶胶粒子谱对总质量清除也有一定影响。雨滴谱用Ｍａｒｓｈａｌｌ－ Ｐａｌｍ ｅｒ 分布;气溶胶粒子谱用Ｊｕｎｇｅ 分布ｎ（ｒ）＝ ａｒｂ 算得清除系数与雨强关系为Λ＝ ０５１Ｉ０７８,而气溶胶粒子谱改用三参数分布（ｒ）＝ ａｒｂｅ－ ｃｒ得到清除系数与雨强的关系为Λ＝ ０２５Ｉ０７７。     

大气中由NOx形成的HNO3分布的估计

本文根据大气中NO_2形成HNO_3的主要化学反应求解带有化学反应的扩散方程而得到HNO_3生成量的空间分布。HNO_3气体形成后边扩散边被降水清洗带至地面。我们又求解了HNO_3气体的扩散方程,考虑降水清洗从而得到HNO_3被降水带至地面的湿沉降量,得到水平面上HNO_3在24h内的分布,可用来大致估计HNO_3污染程度及范围。     

伴随对流层中低层气温持续下降的雪转雨过程分析

利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）0.25°×0.25°分辨率细网格模式产品、探空观测资料和风廓线雷达等资料,对2014年2月18日浙江嘉兴雨雪天气过程中降水相态先由雨转雪、再由雪转雨的变化条件进行了分析,并对ECMWF细网格模式产品进行了预报性能检验,结果表明：模式形势预报准确,但未能预报出雪转雨过程。在对流层中低层气温持续降低的情况下,水汽凝结高度不同是造成两次相态转换的主要原因。上午垂直运动加强,水汽充沛,降水粒子的凝结高度高,足以形成大的雪花,在较低的零度层高度以下降落时不至于融化;下午垂直运动减弱,水汽集中在低层,尽管这一高度层的气温在-3～-2 ℃,但是不足以凝结成固态降水,同时地面气温受海上暖平流影响而回升,因此降水相态由雪转雨。     

一次深对流过程对不同溶解度大气化学气体成分垂直再分布作用的模拟

结合MEIC大气污染物排放源清单,利用耦合了大气化学模式的中尺度气象数值模式WRF-Chem,对2016年5月6日广东地区一次深对流天气过程及其大气化学气体成分变化进行模拟,着重研究深对流系统对大气化学气体成分再分布的影响。结果表明:数值模拟较真实地再现了这次深对流天气过程中大气污染物的时空分布特征。通过计算,评估了这次对流降水对不同溶解度的大气污染气体的湿清除效率,发现湿清除过程对低溶解度大气污染气体CO、NO_2和O_3的湿清除效率几乎可以忽略不计,而对SO_2、H_2O_2和HNO_3的湿清除效率则分别达到50.8%、98.6%和38.2%。随着溶解度的增大,清除效率并不一定增大,这是因为大气物理和化学过程共同影响着气体污染物的清除效率。     

层状云酸化数值模拟

发展、设计了一个一维时变参数化微物理过程的暖性层状降水云化学模式,研究云雨酸化机制及 SO_2、HNO_3、和 H_2O_2的云内雨洗清除和云下冲刷清除。结果表明,SO_2被 H_2O_2的氧化是SO_2氧化的最主要途径;S(Ⅳ)→S(Ⅵ)转化率及氧化和清除的相对重要性随时间演变不断变化。模式结果在一定程度上与实测资料相符。     

积云发展对酸化剂清除的数值模拟

本文利用云内成雨清除模式和云下雨水冲刷清除模式讨论了云内和云下致酸物质的清除、酸化过程。计算结果表明，雨不酸化主要是在云内形成、而云底之下雨水对清除酸化过程是不重要的。而对流引起的上升气流和下沉气流对污染层内致酸物质的浓度变化有较大影响。     

0～6 h定量降雪(雨)预报技术及其在温哥华冬奥会中的应用

利用中尺度数值预报模式与雷达回波外推技术相结合,围绕SNOWV10项目的科学目标,在自动判识降水相态(雨、雪或雨雪混合物)基础上,利用雷达反演降雪(雨)关系,建立短时(0～6 h)定量降雪(雨)预报方法,并集成到GRAPES-SWIFT临近预报系统,为温哥华冬奥会提供实时场馆预报产品.从2010年2月冬奥会使用情况看,所建立的定量降雪(雨)预报技术,一定程度满足高纬度冬季降雪(雨)临近预报预警的需求,但降水(雨或雪)预报量级偏小,针对场馆的降水预报起止时间节奏偏差较大,各时次预报一致性有待改进.     

无雪压观测仪器时的应急办法

观测雪压要用体积量雪器或称雪器,但是在没有这两种仪器的时怎么办呢?在2003年1月6日的雪压观测中笔者采用雨量简代替称雪器进行雪压观测,从理论上和操作上看均是可行的。具体操作是将雨量筒(器口)垂直向下插入雪中直到地面截取雪     

北京2016年“11·20”初雪预报偏差分析

通过分析2016年11月19—21日的EC再分析数据、风廓线雷达数据等多种资料,发现北京2016年11·20初雪天气预报偏差的原因包括以下几个方面：①回流“冷垫”缺失、850 hPa切变线偏南、整层可降水量不足等是造成这次雨雪天气过程总降水量偏少的主要原因。②北京平原地区水汽通量辐合相对较弱、雨转雪的时间较预报晚3 h左右、-18～-9℃层饱和程度不足、雨转雪后影响系统也已过境北京等是造成北京平原地区,尤其是北京城区降雪量不足的原因。③“回流”冷垫未形成、低层暖平流强盛是造成0℃层高度下降缓慢的主要原因。本文并通过相似天气个例对比发现：此类北京地区高空水汽饱和程度不足的雨转雪天气,雨转雪的时间点预报尤其需关注0℃层高度变化,当0℃层高度下降至100 m以下时,才可能出现雨转雨夹雪或雪的天气。     

黄山地区冬半年降水相态判据研究

利用2008—2018年逐年11月至翌年3月常规气象观测资料,从天气形势配置、降水相态与特征层气温、0 ℃层高度和层结厚度的关系等进行分析,归纳了黄山地区冬半年雨、冻雨、雨夹雪和雪四类降水相态的判别依据,并利用一次雨雪转换天气过程对判据进行了检验。结果表明,黄山地区固态降水和固液混合型降水主要发生在1—2月。850 hPa高度层及以下各层气温对雨雪转换的判别效果较好,当850、925、1 000 hPa特征层气温和地面气温分别大于等于-3.9、-2.6、0.5、1 ℃时可判定为雨,各层气温继续降低将出现雨夹雪或雪。当0 ℃层高度在1 000 hPa高度层以上时可能出现雨,反之出现雨夹雪或雪。此外,厚度层结也能较好地区分雨和雨夹雪或雪。冻雨（冰粒）的判据与其他降水相态的判据不同之处是在700 hPa高度层附近存在融化层。判据能较好地区分黄山地区不同降水相态,但对冻雨和冰粒的识别能力相对较弱。     

北方两次不同类型降雪过程的微物理模拟研究

利用中尺度模式MM5分别模拟了中国北方地区两次不同类型的降雪过程:2001年12月7—8日的北京小雪和1999年11月23—24日的辽宁雨转雪过程。文中还从微物理角度研究了这两次降雪过程,分析不同天气条件下降雪的水成物相态及其源汇项分布特点,并初步探讨云物理过程对降水热力、动力过程的反馈作用。重点分析了云物理变量的模拟结果,计算时采用输出水成物源、汇项小时累计量的方法,讨论了最大降水时段内各源、汇项的分布特征,并通过敏感性试验,分析了水成物相变潜热作用和降水粒子的拖曳作用对云的反馈影响。结果表明,云中水成物相态分布与温度有密切关系,北京小雪过程为气、固两相粒子作用,辽宁雨转雪过程为气、液、固三相粒子相互作用;在最大降水时段内,雪的产生主要来自于水汽凝华增长和雪收集冰晶增长,过冷水对形成霰很关键,冰相粒子融化加强雨的形成;降雪过程对热力、动力过程具有一定的反馈影响,相变潜热对上升运动和降水有正反馈作用,降水粒子下落拖曳力对上升运动和降水有负反馈作用。辽宁降雪过程降水粒子丰富,云物理过程对降水热力动力过程的反馈作用比北京小雪要强一些。     

大气自净容量的算法及关键物理因子分析

为更科学地量化大气对污染物的清除能力,使用WRF-NAQPMS模式对2017年12月进行模拟,对比分析影响大气清除能力的主要关键物理因子,修正A值法和大气自净容量算法的差异,进一步计算大气自净容量余量及各关键物理化学过程的贡献量。结果表明,边界层高度、风廓线、湿清除系数等3个关键物理参数较混合层高度、10 m高度风速、雨洗强度等更适用于量化清除过程;修正A值法和大气自净容量算法虽均能表征大气清除能力的强弱,但前者受目标城市面积影响较大,结果远高于大气自净容量算法;大气自净容量余量与细颗粒物（PM2.5）浓度变化趋势呈负相关,污染越重,大气自净容量亏空越多,其中平流扩散对大气自净容量贡献最大,化学转化过程次之,湿沉降等过程也不可忽视。     

一次特大暴雨(雪)天气过程的微物理模拟

利用非静力中尺度模式MM5(V3.7)模拟了2007年3月3-5日发生在辽宁地区的一次特大暴雨(雪)天气过程.分析在相同的天气形势背景下,不同降水类型中心各种水成物的相态分布特点,重点对各种水成物的源项进行详细分析.结果表明:雨水碰并雪成雨是雨水产生的主要云微物理过程,雪、霰和云水的碰并对雨水的形成起着非常重要的作用,...     

一次江淮气旋复杂降水相态特征及成因分析

本文应用常规探空资料、地面观测资料、欧洲中心细网格(0.25°×0.25°)数值预报初始场资料和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料分析了山东一次江淮气旋降雪过程的复杂相态特征,并初步分析了成因。结论如下:(1)山东省2014年2月16—17日的雨雪天气过程,降水相态多样性和相态转化复杂性是主要特点,表现为同一时刻雨、雪和雨夹雪三种相态共存,郯城站降水相态逆转(由雨夹雪转雨再转雪),鲁东南地区降雪同时鲁西南地区降雨的"东雪西雨"现象。(2)在系统发展不强的江淮气旋降雪过程中,鲁中山区相对高海拔地区夜间强烈的辐射降温和山脉迎风坡的动力抬升作用均会造成边界层温度的降低,后期对流层低层为东北风控制时,除鲁中山区外,其迎风坡东麓或东北麓(潍坊地区)出现固态降水可能性也较大,一般情况下,地面2 m温度为1~2℃,1 000 hPa温度为0℃左右,925 hPa温度为-3℃左右,可出现固液共存降水现象。(3)相态逆转现象的发生与江淮气旋发展阶段和气温日变化两个因素紧密相关。0℃层在925 hPa上下的状态是一种临界状态,可产生雨夹雪或雨,但0℃层高度下降不是由雨转雪的充分条件,还需考察冷平流发展情况。(4)当江淮气旋生成地偏东(位于长江口附近),且发展不强烈时,山东若受其影响产生降水,后期上游如有新系统发展,可能与气旋共同影响山东,造成复杂相态的江淮气旋降雪过程。     

水循环

水循环是指地球上的水从地表蒸发,凝结成云,再以雨、雪等形式降落到陆地上,形成径流,积累到土中或水域,再次蒸发,周而复始的循环过程。这样的循环永无止境,包含蒸发、降水、径流3个大的步骤。     

初冬降雪的天气动力特征和预报业务系统

黑龙江省初冬(10—11月)的降雪一搬是从10月份开始,某些年份可迟至11月。这个时期的降雪往往是雨转雪或雨夹雪,且很多情况下会伴有大风和降温,因此易造成灾害,对工农业生产和人民生活都有     

HNO3与NH3云下清除的半衰期

一、前言工业及交通运输中排放出一定量的HNO_3(硝酸气体)和NH_3(氨气)。同时,土壤中也散发出大量的NH_3。与SO_2一样,过量的HNO_3和NH_3气体也会对人类及其他     

贵阳市SO2雨水清除系数的研究

提出了一种利用SO2 空中和雨水采样资料和气象资料、云物理探测资料等计算云下SO2 降水清除系数的方法 ,计算了贵阳市冬、夏季不同雨强下的SO2 降水清除系数kw,并将所得结果实际用于城市SO2 浓度的数值计算。结果表明 ,这一方法所得结果与实际情况相当一致     

一次降水相态转换过程中温度垂直结构特征分析

2012年11月3-5日华北地区出现了该年度的第一次大范围雨雪天气过程,各地区依次都出现了雨转雪的复杂天气,这给预报带来了较大的难度。一直以来,冬季降水相态类型的预报都是国内外气象预报的难题之一,而温度的垂直结构特征是影响最终降水类型的关键因素之一。利用常规地面观测资料、NCEP再分析资料及中尺度数值模式WRF对此次雨雪天气过程中的温度垂直结构演变特征以及相态转变对温度垂直结构的作用等几个方面进行了分析讨论。结果表明:(1)在发生雨转雪过程中,温度递减率会持续减小,并最终会在低层形成一个上下一致的均温层,同时还伴有浅薄逆温层的产生;(2)降水相态类型严重依赖于温度的垂直结构,温度垂直结构的细微改变将决定最终到达地面的降水类型,因此,相关层次的厚度差可以成为判别降水相态类型的重要指标;(3)在降水类型由雨转雪的过程中,由于相关层次的融化作用,伴随着相态的变化温度垂直结构会发生一定程度的改变。