华南前汛期福建古田地区0℃云层亮带特征的分析

华南前汛期福建古田地区的主要降水云系为积层混合云和层状云。本文利用9年从积层混合云和层状云内观测到的亮带回波资料对古田地区前汛期的亮带结构特征进行分析,并探讨了亮带的分布及其特征在不同天气系统、锋面系统不同部位和不同时期下的差异问题。      

华南前汛期的锋面降水和夏季风降水 II. 空间分布特征

利用中国730站降水资料和第I部分(郑彬等,2006)得到的华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期,计算出1958-2000年华南前汛期锋面降水量(强度)和季风降水量(强度)的序列,采用EOF和扩展EOF分析方法,得到华南前汛期降水的几个主要分布型,并探讨锋面降水与季风降水的可能联系。分析结果表明:华南前汛期的锋面降水和季风降水分布主要有三种类型——全区旱涝型、西南涝(旱)东北旱(涝)型、东南涝(旱)西北旱(涝)型。各分布型的时间系数与850 hPa风场的相关结果表明不同的分布对应着不同的低层环流形势。统计结果显示华南前汛期锋面降水的分布形式与季风降水的分布形式有一定的对应关系。     

闽北地区前汛期锋面云系雷达回波特征

本文利用多年雷达回波资料,统计分析华南前汛期(闽北)锋面云系不同部位,不同云型回波的结构,降水特征,层结稳定度;并对地形和中尺度系统与回波的新生、发展,组组化的关系作探讨。     

华南前汛期的锋面降水和夏季风降水Ⅱ.空间分布特征

利用中国730站降水资料和第I部分 (郑彬等, 2006) 得到的华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期, 计算出1958～2000年华南前汛期锋面降水量 (强度) 和季风降水量 (强度) 的序列, 采用EOF和扩展EOF分析方法, 得到华南前汛期降水的几个主要分布型, 并探讨锋面降水与季风降水的可能联系.分析结果表明: 华南前汛期的锋面降水和季风降水分布主要有三种类型--全区旱涝型、西南涝 (旱) 东北旱 (涝) 型、东南涝 (旱) 西北旱 (涝) 型.各分布型的时间系数与850 hPa风场的相关结果表明不同的分布对应着不同的低层环流形势.统计结果显示华南前汛期锋面降水的分布形式与季风降水的分布形式有一定的对应关系.     

华南前汛期的锋面降水和夏季风降水 I.划分日期的确定

前汛期暴雨常常引发华南地区的洪涝,但是前汛期降水的预报能力却相当低。降水的预报在很大程度上依赖于对降水性质的理解,而华南前汛期降水通常被认为只是锋面性质的降水。事实上,南海夏季风在6月(甚至5月)就可以影响到华南地区并产生季风对流降水。因此,华南前汛期包含了两种不同性质的降水,即锋面降水和夏季风降水,如何区分它们是非常重要的。为了区分它们,利用NCEP/NCAR再分析资料、CMAP资料和中国730站降水资料,分析气候平均(1971~2000年)状态下锋面降水和季风降水期间大气性质和特征的差异,得到华南前汛期夏季风降水开始的基本判据:100 hPa纬向风由西风转为东风并维持5天以上。利用该判据得出气候平均条件下的华南夏季风降水开始于5月24日,并得到1951~2004年逐年华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期。合成分析的结果表明,得到的划分日期是基本合理的,因为它将锋面降水和季风降水期间大气特点的显著差别区分开来。     

华南前汛期的锋面降水和夏季风降水Ⅰ. 划分日期的确定

前汛期暴雨常常引发华南地区的洪涝, 但是前汛期降水的预报能力却相当低.降水的预报在很大程度上依赖于对降水性质的理解, 而华南前汛期降水通常被认为只是锋面性质的降水.事实上, 南海夏季风在6月(甚至5月)就可以影响到华南地区并产生季风对流降水.因此, 华南前汛期包含了两种不同性质的降水, 即锋面降水和夏季风降水, 如何区分它们是非常重要的.为了区分它们, 利用NCEP/NCAR再分析资料、 CMAP资料和中国730站降水资料, 分析气候平均(1971～2000年)状态下锋面降水和季风降水期间大气性质和特征的差异, 得到华南前汛期夏季风降水开始的基本判据: 100 hPa纬向风由西风转为东风并维持5天以上.利用该判据得出气候平均条件下的华南夏季风降水开始于5月24日, 并得到1951～2004年逐年华南前汛期锋面降水和季风降水的划分日期.合成分析的结果表明, 得到的划分日期是基本合理的, 因为它将锋面降水和季风降水期间大气特点的显著差别区分开来.     

拉萨地区汛期积状云及其人工增雨作业研究

本文利用拉萨地区1981²010年汛期52010年汛期5⁹月4个台站的地面观测资料,统计分析了汛期59月4个台站的地面观测资料,统计分析了汛期5⁹月各类积云的发生频率及其降水过程,分析了各类积云的降水能力;从卫星云图、天气雷达图识别及目测三个方面对拉萨地区汛期适宜高炮(火箭)人工增雨作业云系做了初步探讨。结果表明:拉萨地区平均每年有40d以上的积云降水;其中伴随碎雨云的积雨云(Cb+Fn)降水概率最大。各县区平均积云降水过程占总降水过程的52.6%,平均积云降水量占总降水量的54.8%;汛期降水过程中由积云带来的降水占一半以上,一般产生小雨及小到中雨的雨量,产生大雨及暴雨的概率极小。降水性积云不仅人工增雨潜力很大,实施人工增雨催化作业的机会也较多。适合人工增雨作业影响的积云降水云系按其对降水量的贡献大小依次为伴随碎雨云出现的积雨云(Cb+Fn)、伴随碎积云出现的混合层积云(Sc+Fc)、积雨云(Cb)、层积云(Sc)。     

青藏高原冬季积雪与华南前汛期降水年际变率的联系

利用1979—2018年青藏高原(简称高原,下同)卫星积雪数据集、华南地区261站逐日降水及ERA5再分析资料,探讨了高原冬季积雪与华南前汛期降水的联系。结果表明：1)高原西部积雪与华南前汛期降水的正相关关系最为稳定,其主要影响前汛期的锋面降水,对夏季风降水的影响较小;2)华南前汛期在高原西部积雪偏多年比偏少年偏早20 d,使得前汛期降雨日数偏多,持续时间偏长,总降水量偏多,而降水强度受积雪的影响较小;3)高原积雪偏多年,积雪的冷却作用形成了低层异常反气旋环流,而东亚沿岸为“+-+”的位势高度异常,中纬度“西高东低”的环流配置有利于中高纬冷空气南侵,使得华南上空温度偏低,同时偏强偏南的西太平洋副热带高压加强了低纬地区偏南气流和水汽输送。3—4月锋面在华南北部南北摆动,4月初偏北干冷空气南侵和偏南暖湿气流的持续北推使得锋面加强,触发了前汛期的较早建立;积雪偏少年冷空气和偏南暖湿气流均较弱,华南北部锋面在4月初中断,4月中下旬华南北部锋面在偏北弱冷空气和偏南暖湿气流的共同作用下重新建立,从而华南前汛期开始偏晚。     

定西地区人工增雨云水资源的分析研究

定西地区降水少气候干燥,夏秋雨水集中,与东部地区相比,有利人工增雨的云水资源相对不够丰富。但在某些特定环流条件下,定西地区具有形成自然降水的水汽,且降水云系的过冷水区相对较好,存在播云增雨的潜力。     

华南前汛期旱涝时空分布特征

华南前汛期降水主要受大尺度西风带锋面系统影响,其大范围暴雨过程还与低空急流密切相关,降水量有明显的年际变化,有些年份降水范围大,持续时间长,降水强度大,往往造成洪涝;然而,也有些年份降水特别偏少,出现“空汛”现象,使一些地区早稻插不下,插下的也无水灌溉,甚至连工业、生活用水也很困难,影响国计民生。本文从气候学角度分析了1951—1986年华南前汛期旱涝的基本特征,并利用经验正交函数(EOF)分析方法对华南前汛期降水的时空分布进行研究,给出了四个降水典型场的特征,对预报各地区的旱涝趋势有一定的帮助。      

对流云人工增雨潜力初步探讨

利用在古田水库建立的以新一代天气雷达为主,包括稠密地面雨量站网等人工增雨综合监测技术系统,结合古田水库“蓄水型”人工增雨外场试验研究对流云降水量、降水效率和人工增雨潜力。研究表明:①试验区对流云自然降水效率平均约为1222×103m3,最大为1626×103m3;②人工催化后18~36 min,平均降水效率提高6个百分点,每次作业降水量增加395.5×103m3;相对增加28.36%,最大分别增加10个百分点,为972×103m3和59.78%;③每次作业水库入库流量增加143×103m3;④综合12年(1975~1986)古田人工增雨试验和2004年古田水库“蓄水型”人工增雨效果分析,可以认为对流云云内含水量大,有明显的增雨潜力。     

人工增雨农业减灾技术研究

该项目在河南、山东、吉林3省建立了层状云人工增雨外场观测作业试验区，研制了层状云数值模式，结合分析得出了层状云人工增雨新的概念模型、相应的催化条件判据和作业指标；研制了催化条件的飞机实时识别技术和地面综合集成识别技术；建立了中尺度层状云系数值模拟预报的实时业务和省级的人工增雨综合技术系统（催化条件综合识别判据、实时监测识别技术、催化指标和作业决策系统等），提出了相应的作业流程。 在鄂西北（十堰市）对流云人工增雨作业试验区进行了大量外场观测和作业试验，用研制的三维对流云催化模式进行实时预报和催化数值试验，初步提出了催化的最佳部位、时机和剂量；开发应用了高成核率火箭；用雷达识别作业条件并建立了指挥作业的技术流程，因而大大减少了作业的盲目性，提高了对流云人工增雨作业的科学性。     

夏季对流云火箭增雨技术初步研究

该文着重讨论了利用具有射程远，播撒高度高，催化剂量大，成核率高等优点的增雨火箭，对对流云进行催化时目标云的选择、催化潜力判断、催化时机把握、催化部位的确定以及运用雷达来指挥作业等关键问题进行了研究。分析了当地地形气候特点、对流云雷达回波特征、作业工具特点等资料，并通过模式对催化剂量（火箭用弹量）进行模拟计算，以及充分考虑现有的人工影响天气技术水平、装备设施和通讯条件等，提出了包括客观作业指标、监测预警流程、作业参数生成、指挥通讯方式和效果观测收集等内容的火箭增雨作业技术方法。     

利用多普勒天气雷达估算层状云的降水效率

通过多普勒天气雷达VAD(velocity-azimuth display)技术可以反演得到水平线性风场和非线性风场的平均散度。根据连续方程求出不同高度层面的垂直速度,再利用探空曲线计算水汽凝结率。假定云中凝结和凝华的水量全部降落到地面,结合地面雨量计实测资料可以估算其降水效率。用该方法计算华北地区降水性层状云两次降水过程的平均降水效率分别为68％和59％。     

对流云增雨作业效果回波对比分析

人工催化对流云的效果检验是一个非常复杂的科学难题，它受当前科研水平、仪器装备水平、研究对象复杂性等多方面的制约。该文通过运用加密雷达资料对一次对流云催化作业个例的效果进行分析，采用目标云和对比云比较分析的方法，探讨了根据雷达回波各种参数的变化来判断催化作业效果的途径。结果表明，目标云在降水、生命期特征、回波垂直特征参数变化等方面都表现出与对比云明显的差异，从而推断本次作业达到了增加降雨的效果。     

层状云人工增雨机制、条件和方法的探讨

该文提出了新的层状云人工增雨机制，指出人工冰晶除通过贝吉隆过程使过冷云水转化为降水外，还使一部分冰面过饱和水汽转化为降水，凝华潜热的释放导致空气增温和局部升速加大，促进云降水的发展。与此相应提出了适合人工增雨的云层条件、监测识别方法以及最佳催化部位、药剂、剂量等。     

基于飞机真实轨迹的一次层状云催化的增雨效果及其作用机制的模拟研究

层状云降水效率通常较低,但却具有较高的云水资源开发潜力,是人工增雨作业的重要对象。随着中国南方地区生态改善、水库增蓄、抗旱等社会需求的增加,针对这些地区降水云系的人工增雨研究显得愈发重要。使用三维中尺度冷云催化模式,对2018年10月21日湖北省一次层状云飞机人工增雨作业过程进行了数值模拟研究,并将模拟结果与卫星、降水和机载云物理观测数据进行了对比。模式合理地模拟出了云和降水的主要宏、微观特征,观测和模拟结果均显示作业云区具有较好的冷云催化条件,在此基础上,按照实际作业中的飞机播撒轨迹,完整地模拟了此次催化作业过程。对数值模拟结果的分析表明:凝结冻结核化和凝华核化是碘化银催化剂的主要核化方式;90%以上碘化银粒子的局地活化比为0.01%—2%,平均活化比为0.07%—0.27%;云系降水是由冷云降水和暖云降水两种机制共同作用的结果,催化作业使两种降水机制均有增强,增雨效果明显;催化后4 h,整个评估区内的累计净增雨量为2.12×108 kg,局地增雨率为?51.1%—306.7%,区域平均增雨率为8.1%;催化作业也使部分地区出现减雨,主要是由于催化过程中的潜热释放引起过冷层动力场扰动,一部分云区的上升气流减弱,从而导致降水粒子的成长减弱,地面出现减雨;在过冷云区,碘化银核化使冰晶浓度升高,导致冰晶-雪、雪-霰的转化过程增强,雪、霰粒子总量增加,更多的雪、霰粒子从冷区落入暖区,在暖区上层产生更多的大雨滴,从而使暖区的云雨粒子碰并过程增强,最终地面降水增加,这是此次催化作业导致增雨的主要微物理链条。      

大气中的降水与反降水──'98梅雨锋暴雨的天气学成因分析与预报探讨

对我国Ｔ１０６Ｌ１９（客观分析）模式大气,（１９９８年６～７月）做了大气中所有天气学降水（垂直运动形式）的计算。研究表明,’９８长江流域上空暴雨存在着明显的梅雨锋天气（尺度）系统降水,同时,长时间湿空气团的维持及其输运,和在梅雨锋上的非等熵湿绝热运动并不断形成对流不稳定降水,是强降水发生的天气学成因。因此,用模式大气中各种天气学形式的降水去（概率）统计预报实际大气降水,实现了预报因子和预报对象之间     

华北地区汛期降水的一个分析研究

通过历史资料的分析,本文首先指出华北地区的汛期降水量存在着不同时间尺度的低频变化,其中以准两年周期振荡和周期约为16年的振荡比较明显,而且前者同平流层QBO有一定关系。另外,在汛期多雨年,华北降水量有明显季节内(30—60天)振荡;而在汛期少雨年,降水量的30—60天振荡却不太清楚。 ENSO对华北的汛期降水有重要影响,El Nino年华北汛期雨量平均偏少,仅El Nino年华北汛期平均雨量偏多。El Nino年所出现的大气环流异常是造成华北汛期降水量变化的重要原因。关于高纬度和极区环流对华北汛期降水量的影响也进行了初步探讨。