陕西气象科技服务在公共气象服务中科学发展的战略思考

对流有效位能（CAPE）是强对流天气分析预报的重要参数。通过理论推导,提出了载水气块和非载水气块两种情况下对流有效位能的两个新的计算公式,便于业务应用;并讨论了对流有效位能的局地变化因子和预报思路。     

对流有效位能计算的新方案

对流有效位能是强对流天气分析预报的重要参数。本文通过理论推导,提出了载水气块和非载水气块两种情况下,对流有效位能的两个新的计算方案,分别记作CAPEw和CAPE。该方案与以往的方案有很大的不同和根本的区别,更加合理和符合实际。编制了相应的计算程序,可以计算两种情况下的对流抑制能量CINw、CIN,对流有效位能CAPEw、CAPE,抬升凝结高度LCL(二者相同),自由对流高度LFCw、LFC,对流凝结高度CCL(二者相同)以及平衡高度ELw、EL;可以预报对流温度Tg(二者相同);可以分析地面和高空温度、湿度、等压面高度发生变化时,CINw、CIN和CAPEw、CAPE等的数值变化情况,便于业务应用和理论研究。还讨论了影响对流有效位能局地变化的因子和预报思路。     

江淮地区龙卷超级单体风暴及其环境参数分析

利用多普勒雷达探测资料和NCEP再分析资料,对2003—2010年发生在江淮地区的6个龙卷超级单体风暴及其环境参数进行了分析。研究表明：（1）龙卷超级单体风暴H_BASE平均为1.7 km,H_TOP平均为9.1 km;H多在风暴的下部,近于下部的1/4处。H_BASE平均值比江淮地区各种超级单体的平均值低得多,H_TOP则略低。（2）龙卷超级单体I_VIL平均为25.6 kg/m²,Z_MX平均为54.8 dBz。和江淮地区超级单体相比,龙卷I_VIL要小得多,而龙卷Z_MX略低。（3）龙卷超级单体的中气旋M_BASE、M_TOP和M_SHR平均值分别为1.2 km、3.9 km和14.4×10^-3s^-1,和江淮地区超级单体相比,龙卷M_BASE、M_TOP明显低,而M_SHR略高。（4）TVS参数最强时的V_AD在12—45 m/s,V_LLD多大于30 m/s,V_MXD多超过30 m/s,V_MXD的高度不低于0.8 km,T_DPT在2.4—6.4 km,T_BASE在0.7—1.5 km,T_TOP在2.3—6.4 km,T_MXSHR超过22×10^-3s^-1。TVS参数最强时间与龙卷实际时间基本吻合,平均相差4.2 min;平均而言,TVS出现后6 min有龙卷发生。（5）雷达推算的龙卷超级单体的0—6 km风垂直切变比江淮地区超级单体的风垂直切变平均值高15.2%;龙卷发生前I_CAPE平均为1752 J/kg,I_K为38℃,850 hPa到地面风切变平均超过12 m/s,850—500 hPa温差平均为23.7℃。龙卷发生前能量处在中等到强的状态,大气不稳定性较强,风垂直切变大。     

ECAP等环境参数在强对流天气分析中的应用

引入大气热力学变量密度温度T_ρ,采取与实际大气较为相符的可逆饱和湿绝热抬升过程,利用MM5V3.5模式输出资料,计算了对流有效位能E_CAP。在此基础上,介绍了能量螺旋度指数I_EH。分析了2003年7月江淮梅雨暴雨等强对流天气发生过程中对流有效位能E_CAP及能量螺旋度指数I_EH的量值变化。结果表明:E_CAP、I_EH等参数对强风暴的发生发展有一定的指示作用,值得在业务工作中推广应用。     

江淮之间夏季雨滴谱特征分析

分析了2011—2013年夏季(6—8月)滁州地基雨滴谱观测资料,根据雨强及其随时间的变化将降水分成对流降水和层云降水,分析不同降水类型的雨滴谱特征。结果表明:滁州地区对流降水的质量加权直径D_m和标准化参数lgN_w的平均值分别为1.67 mm和3.91 mm^-1·m^-3,层云降水D_m和lgN_w的平均值分别为1.18 mm和3.57 mm^-1·m^-3,对流降水雨滴平均尺度更大。N_w相比Γ分布参数N₀能更好地反映总数浓度N_t的大小。Γ分布3参数均随雨强的增大而减小,当雨强增长到一定程度时,μ(谱型)和Λ(斜率)趋于常数。研究了μ-Λ关系和Z(反射率因子)-R(雨强)关系。对流降水和层云降水的Z-R关系分别为Z=408R^1.20和Z=301R^1.21。新的Z-R关系和经典Z-R关系(Z=300R^1.40)反演的雨强相比实际观测值均偏小,但新的Z-R关系反演的雨强与实际观测值更接近。     

中国区域性大气加权平均温度线性模型精度评估

以欧洲中期天气预报中心的再分析资料ERA5为参考数据,评估由探空数据建立的中国区域88个单站大气加权平均温度（T_m）与地表气温（T_s）线性关系模型的精度.各站T_m-T_s线性模型计算的T_m（计算值）与ERA5 气压层数据积分所得的T_m（参考值）间偏差均方根值（RMSE）为1.8~5.5 K.不同站模型计算值与参考值间存在-1.22~4.54 K 的系统性偏差,且绝大多数测站（82个站）系统性偏差为正值,即模型计算值总体上大于参考值.补偿各站系统性偏差后,模型计算值与参考值间RMSE降为1.5~3.5 K.与使用中国区域统一模型相比,使用单站模型平均能提高0.6 K的T_m计算精度,尤其在中国西部、西北和内蒙区域,精度提高可达1~3.9 K.对所有测站模型计算值和参考值间偏差时序进行分析,发现超过半数测站的偏差存在明显季节性变化.     

线状中尺度对流系统内多个强降水单体的结构演变及闪电活动特征

利用多普勒雷达、SAFIR3000三维闪电定位系统和气象自动站等观测资料,以线状中尺度对流系统内多个γ中尺度强降水单体为研究对象,揭示了单体之间、单体与β中尺度线状对流系统的多种相互关系,设计多种雷达参量对单体的结构演变进行定量化描述,进一步建立了对流单体结构演变与闪电活动的相互关系。得到以下结论：（1）线状中尺度对流系统内顺义、房山、固安、宝坻对流单体分别造成了1 h降雨23、50、27、70 mm,在其演变过程中,顺义单体被另一个单体追逐、供给,房山单体包括2个更小单体的合并过程,而固安、宝坻单体的初生和发展与线状中尺度对流系统是被喂养、吞食的关系。（2）设计的雷达参量V₄₀（40 dBz强回波核的体积大小）、V_40UP-6（6 km高度以上40 dBz强回波核的体积大小）、S_ET11（回波顶在11 km处的回波范围大小）量化描述了单体的三维结构演变特征,F_ic（云闪频数）和F_cg（地闪频数）与上述雷达参量关系密切,如与V_40UP-6的相关系数为0.63—0.97;而F_ic比F_cg更敏感地呼应单体结构的变化。（3）固安单体在成熟阶段,主正电荷区（即辐射点最大密集区所处的地方）维持在较低位置,远低于其他单体在成熟阶段主正电荷区的高度。（4）在对流单体合并后,F_ic和F_cg增大且主正电荷区明显抬升、闪电频数陡增对应降水强度增大、闪电频数峰值超前于降雨强度极值等特征,对灾害天气的预警具有积极意义。     

三维变分同化中多变量平衡约束设计

在现代变分同化系统中,背景场误差协方差起着决定观测信息的空间分布特征、匹配不同变量间的关系和保证分析增量平衡的作用。基于NMC(National Meteorology Centre)方法,设计了一个新的多变量平衡约束算子:在物理变换中,构建相对湿度和其余控制变量间的平衡约束算子;同时分别采用经验正交函数方法和递归滤波器来模拟控制变量(ψ,χ_u,T_u,h_ru,p_su)^T的垂直误差协方差和水平误差协方差。利用2009年6月2日到8月9日间WRF模式的预报差值场,对新的背景场误差协方差进行模拟分析。单点观测试验表明,新的背景场误差协方差实现了观测信息在干湿变量之间的传递,而且相对湿度具有与温度相似的增量场分布。     

锋生切变型强对流概念模型在浙江中西部“3·21”过程中的应用探究

利用ECMWF 0.25°×0.25°再分析资料,对照浙中西的强对流概念模型,对2019年3月21日发生在浙江中西部地区(简称"浙中西")的一次雷暴大风为主的强对流过程(简称"3·21"过程)进行诊断分析、经验总结。结果表明:该过程符合浙中西锋生切变型的强对流概念模型,出现该过程的环境条件是700 hPa西南急流脉动、850 hPa偏北和偏南两支气流强烈发展、地面低压倒槽和低层湿舌增强;探空曲线表现为上干下湿,对流层中层有明显的干侵入,大风指数I_w、对流有效位能 (Convective Available Potential Energy, CAPE)和500 hPa以下垂直风切变异常偏强形成动力强迫;对比不同强对流天气有不同的预报着眼点,设定阈值或可提高预报警报效率,如雷暴大风天气大风指数I_w > 18.5 m·s^-1、CAPE> 1 700 J·kg^-1、500 hPa的相对湿度小于46 %,冰雹天气则0 ℃层、-20 ℃层高度低于4.6 km和7.6 km且850 hPa与500 hPa气层温差高于26 ℃等,深刻理解该类强对流概念模型,是做好此类致灾性强对流潜势预报的关键点。     

基于L波段雷达资料的威宁降雪天气预报模型初探

利用威宁站逐日地面降雪观测资料和L波段雷达每天08时、20时的探空资料,采用数理统计方法,分析2008—2019年探空各规定标准等压面温度、湿度和风向风速的分布特征,找出其降雪预报指标,建立降雪预报模型。结果表明：①威宁降雪天气主要与中低层的湿度及其风向风速、近地面~500 hPa的温度关系密切;②降雪预报模型主要包含湿度指标（H_近地面≥80%、H₇₀₀≥80%、H₆₀₀≥60%）、温度指标（T_近地面≤0.5 ℃、T₇₀₀≤-1.2 ℃、T₆₀₀≤-4.8 ℃、T₅₀₀≤-8.2 ℃）和风向风速指标（V_近地面≤5 m·s^-1、V₆₀₀≥17 m·s^-1）3个方面,随着高度的增加,风速增大,南北风切变明显;当湿度、温度指标同时满足时,直接判断将有降雪天气出现,不再进行风向风速指标的判别;③预报模型对2020年冬季(12月、1月、2月)降雪进行检验,其预报准确率达70%,预报可靠性高,对威宁降雪预报具有较强的指导性。     

合肥市PM_(2.5)对城市辐射和气温的影响

本文利用2013年2月—2014年3月安徽省合肥市地面总辐射(即向下短波辐射)、气温、地面温度、相对湿度等气象资料和PM_(2.5)浓度资料,分析了合肥地区PM_(2.5)和地面总辐射、地温和气温的关系,研究发现:(1)PM_(2.5)浓度是影响总辐射的重要人为因子,在中午无云条件下,地面总辐射与PM_(2.5)的浓度呈现较强的负相关关系,相关系数为-0.62。归一化地面总辐射和PM_(2.5)的相关系数为-0.76,在早晨和傍晚的相关系数较小。平均而言,白天无云时PM_(2.5)浓度每增加1μg·m-3,地面总辐射下降0.92 W·m-2。(2)在白天无云时,气温、地面温度和PM_(2.5)浓度有明显负相关关系,PM_(2.5)浓度对地面温度的影响远大于对气温的影响,在夏季的影响高于其它季节。气温、地温和PM_(2.5)浓度的线性拟合直线的平均斜率分别为-0.022和-0.12,相当于PM_(2.5)浓度增加10μg·m-3,地温和气温分别平均下降0.22℃和1.2℃。(3)在天气尺度上,PM_(2.5)浓度对总辐射、气温和地面温度有非常明显的影响,在2013年9月清洁个例和2013年12月的污染个例中,PM_(2.5)浓度每增加1μg·m-3,将引起总辐射下降1.8 W·m-2和0.5 W·m-2,地温下降0.11℃和0.02℃,气温下降0.03℃和0.01℃,因此在天气预报过程中也需要考虑空气污染状况。     

雷击风险评估中Lo损失因子在多线路系统下的细化和改进

2008年推广施行的新国标GB/T 21714.2已广泛应用于各地雷击风险评估业务中。但在实际应用过程中人们也发现用其建立评估模型时,标准的一些简约化约定,使得其计算结果不够精准,特别是描述和处理也显得越来越困难,影响和制约了它的应用范围和前景。为此,本文针对带有多种电气和电子系统的复杂结构建筑,提出按其进线分布特点,对Lo损失因子取值方法进行改进(下文均称"Lo优化取值法"),为多线路进线建筑物的雷击风险管理提供更细化的依据和算法,并举例证实。结果表明:细化考虑不同线路的Lo对于建筑物雷击风险评估更为切近真实。     

雷电监测预警对雷击风险评估的影响分析

利用雷电监测设备预警雷电,以便于及时采取规避措施减免人员伤亡和经济损失,从而降低评估场所的雷击风险值。本文从这一角度出发,分析了雷电监测预警系统的应用,着重研究了采取预警措施后影响到的参数L_X及其取值方法,结合预警系统的命中率、漏报率,推导建立了风险评估计算公式。给出了安装预警设备后的风险评估流程图,归纳总结了重要场所安装预警设备后影响到的主要风险类型。并以某石化工厂为例,进行了实例应用分析和风险对比。为采取雷电监测预警措施的场所进行合理的雷击风险评估提供可借鉴的方法。     

The NO2 Absorption Spectrum. IV: The 200–400 nm Region at 220 K

Previous experiments in the 400–500 nm region (Coquart et al., 1995) have been extended to the 200–400 nm region to determine the absorption cross-sections of NO₂ at 220 K. The NO₂ and N₂O₄ cross-sections are obtained simultaneously from a calculation applied to the data resulting from measurements at low pressures. A comparison between the NO₂ cross-sections at 220 K and at ambient temperature shows that the low temperature cross-sections are generally lower, except in the region of the absorption peaks. Comparisons are also made with previous data at temperature close to 220 K.     

斜生栅藻对乙酰甲胺磷的急慢性毒性响应

为了解有机磷农药乙酰甲胺磷污染对本土水生敏感性物种斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)的毒性效应,在实验室条件下采用静态毒性试验,研究了乙酰甲胺磷对斜生栅藻96 h急性毒性效应,并在急性试验基础上进行慢性试验,分析了斜生栅藻连续染毒14 d的叶绿素质量浓度、可溶性蛋白质量分数以及丙二醛(MDA)质量摩尔浓度的变化.结果表明:乙酰甲胺磷的96 h EC₅₀为482.9 mg/L,属低毒农药,但在1 mg/L低质量浓度下可促进藻细胞生长;乙酰甲胺磷对栅藻光合作用无明显影响,但可通过干扰藻细胞代谢活动和引起膜脂过氧化反应,对斜生栅藻产生毒性作用;可溶蛋白和MDA可作为有效的生物标志物对农药引起的毒性做出评价.研究结果可为本土水生敏感性物种的保护和农药安全使用标准的制定提供理论依据.     

沙尘暴垂直输运的两相流理论Ⅰ:气块模式

沙尘暴是风蚀荒漠化中的一种天气现象,其形成受到两方面因素的共同影响:(1)自然因素,包括大风、降水减少及沙源;(2)人类活动因素,人类活动因素是指人类在发展经济过程中对植被的破坏以后,导致沙尘暴爆发频率数增加.沙尘暴已经成为中国西北、华北地区严重的气候灾害,而对沙尘的研究主要集中在起沙问题与沙尘沉降的问题,在理论上对前者研究较多,而对后者的研究则比较缺乏.假设空气块中带有沙尘,沙尘颗粒很小,随空气一起运动,可不计沙尘Stockes末速度,这样由空气和沙尘组成两相流.在两相流情况下,分析了均匀环境和非均匀环境条件下沙尘沉降的条件和速率.通过分析得到在均匀背景场下有利于沙尘沉降的条件为大的初始沙尘浓度扰动与小的初始温度扰动.进一步考虑更为真实的环境场,模式给出3种特征沉降区域:(1)速降区,沉降速率较快;(2)缓降区,沙尘先上升后下降,沉降时间较长;(3)波动区,沙尘在空气中不断地上下波动,此时很难判断沙尘何时沉降,取决于地面状况.同时也分析了沙尘不断上扬的背景条件.     

黄山地区气溶胶吸湿增长特性数值模拟研究

应用多种化学组分气溶胶的绝热气块分档模式,对2008年春季黄山地区气溶胶吸湿增长特性进行了模拟分析.结果表明:黄山地区气溶胶吸湿增长因子f的大小与粒子半径、相对湿度、粒子化学组分、上升速度及上升高度密切相关,且小粒子吸湿增长比大粒子显著.吸湿增长因子与相对湿度呈正相关,相对湿度越接近粒子的临界饱和比,吸湿增长因子变化越显著.可溶性有机气溶胶,通过增加溶液中溶质的百分比来影响临界饱和比,使吸湿增长因子增大.若不考虑不可溶粒子的成核作用,会高估粒子的吸湿性.随着上升速度增大,吸湿增长因子降低,降低程度与粒子初始高度的相对湿度有关.上升高度通过改变气块相对湿度的变化来影响气溶胶吸湿增长因子.     

北亚热带落叶阔叶林土壤呼吸时间变化特征

利用LI-8100开路式土壤碳通量系统测定龙王山森林土壤呼吸速率,研究北亚热带落叶阔叶林土壤呼吸速率的日变化和季节性变化规律.结果表明:北亚热带落叶阔叶林土壤呼吸速率在12—14时达到最大,与土壤温度变化基本一致;森林土壤呼吸速率随土壤温度的季节性变化而变化,在夏季土壤呼吸速率较高,在冬季土壤呼吸速率较低;土壤呼吸速率与土壤温度间存在着明显的指数关系,土壤呼吸温度敏感系数Q₁₀为2.81.     

Measurement of the photodissociation coefficient of NO2 in the atmosphere: II,stratospheric measurements

The photodissociation coefficient of NO₂, J _{NO 2}, has been measured from a balloon platform in the stratosphere. Results from two balloon flights are reported. High Sun values of J _{NO 2} measured were 10.5±0.3 and 10.3±0.3×10^-3 s^-1 at 24 and 32 km respectively. The decrease in J _{NO 2} at sunset was monitored in both flights. The measurements are found to be in good agreement with calculations of J _{NO 2} using a simplified isotropic multiple scattering computer routine.