云顶参数与降水间关系的统计分析和数值模拟

利用FY2C静止卫星云顶物理参数及地面加密雨量观测等,结合MM5中尺度非静力数值预报模式,综合分析了典型层状云降水过程的云系演变和结构特征,揭示了云顶参数与单站雨强之间并不是简单的量化统计关系：即降水大,每小时降水量与云顶高度、有效粒子半径是较好的正相关,与云顶温度是较好的负相关;反之则不尽然,云顶高度高、云顶温度低、有效粒子半径大却不一定降水大。并用模拟结果分析解释了形成这种现象的机理。     

华北云特征参数与降水相关性的研究

利用河北省、河南省和山西省2013—2014年的每日10—15时逐时FY2E卫星反演得到的云结构特征参数和地面小时降水,统计分析了云顶高度、云顶温度、云光学厚度和云粒子有效半径等4类云结构特征参数与地面降水的关系。主要结论有:随着云光学厚度的增加,降水概率呈增加趋势。云光学厚度比其他云参数对降水更具有指示意义,当云光学厚度大于20时,降水概率显著增大。双参数、多参数组合下,对地面是否出现降水的判断和识别要优于单个云参数的判别结果。4类云参数中,云光学厚度与降水强度呈正相关关系,对降水强度的影响最为显著;云顶温度和云顶高度对降水强度的影响次之;云粒子有效半径与降水强度的关系不明显。地面降水时,当云光学厚度小于20或云光学厚度介于21—30、云顶温度大于-15℃时,出现小雨的概率最大;当云光学厚度介于21—30、云顶温度小于-15℃或云光学厚度大于30、云顶温度大于-30℃时,出现中雨的概率最大;当云光学厚度大于30、云顶温度小于-30℃时,出现大雨或暴雨的可能性最大。云光学厚度、云顶温度、云顶高度和云粒子有效半径等云结构特征参数组合使用,对判断降水概率和降水强度具有较好的指示作用。     

基于CERES资料的新疆云物理参数时空分布特征

利用2011—2020年ERA5再分析降水资料、CERES云物理参数产品，分析新疆云参数的时空变化分布特征，归纳总结云物理参数与降水的相关性，结果表明：1）云水路径（冰相）值、云粒子有效半径（冰相）、云光学厚度与降水量的空间分布一致，均为山区最大，北疆次之，南疆最小。2）夏季（6—8月）在南、北疆、山区云水路径（液、冰相）、云顶（底）温度、云光学厚度与降水量呈同位相变化；云粒子有效半径（液、冰相）、云顶气压与降水量呈反位相变化。3）夏季（6—8月）北疆、山区的云水路径（液、冰相）值、云顶（底）温度、云光学厚度，南疆云光学厚度与降水量呈正相关；北疆云粒子有效半径（冰相），南疆云粒子有效半径（液相）、云顶气压，山区云粒子有效半径（液、冰相）、云顶气压与降水量呈负相关。     

利用卫星反演云参量分析一次人工消(减)雨作业过程

利用FY-2C卫星云参数产品分析了2008年8月8日北京消(减)雨作业过程。结果显示,同一时刻液水路径、云粒子有效半径、云顶高度、云顶温度的绝对值和云体过冷层厚度的大值区分布一致;作业前后液水路径、云粒子有效半径、云顶高度、云顶温度和云体过冷层厚度变化明显。     

一次飞机增雨作业的云参数变化响应分析

本文利用FY－2C静止卫星资料,以2013年5月8日四川盆地一次飞机增雨作业为例,反演了云顶温度、云顶高度、云粒子有效半径、液水路径、云光学厚度等云物理量参数,结合自动气象站资料和探空资料等,对此次飞机增雨效果进行了物理检验。结果表明:作业前,云顶温度－13℃,云粒子有效半径10μm,云体较厚,含有丰富的过冷水,具有较好增雨潜力;作业后,作业区云层增厚,云顶温度降低,云粒子有效半径增加至25μm,云顶冰晶化,冰水转化过程加快,产生了较多的降水,降水量增幅明显;作业后,对比区降水不充分,各云物理参数无明显变化。      

FY2C/D卫星反演云特性参数与地面雨滴谱降水观测初步分析

针对2008年4月11-12日一次北方层状云降水过程,将FY2C/D静止卫星反演的云参数和地面同时段的雨滴谱仪的观测资料进行联合分析,发现反演得到的一些特征云参数对地面降水有一定的指示意义:一般降水发生前,云系发展,云顶抬升,云顶温度和云黑体亮温都降低,云光学厚度增大,云参数先于地面降水变化,两者大概相差2小时。其中,云光学厚度与地面降水量和降水粒子数关系密切,其相关性比云顶高度、云顶温度和云黑体亮温的相关性都好;一般地面降水强,光学厚度一定大,若云层光学厚度较小,即便云顶发展得很高,地面几乎无降水或降水较小,但云光学厚度大时,地面降水强度并不一定都大,可能降水粒子数浓度大,地面多降毛毛雨。     

FY-3D MERSI-II云顶产品算法及精度检验

云顶温度和云顶高度作为基本的云参数,在云的热辐射强迫估计,航空气象保障,数值天气预报,天气气候研究等方面具有十分重要的意义。FY-3D/MERSI-II云顶温度产品基于云在红外波段的发射率假设,利用两个红外分裂窗通道(11.0 μm、12.0 μm)结合一维变分方法寻找最优云顶温度层,再利用数值天气预报廓线产品插值反演对应的云顶高度和压强。利用AQUA/MODIS所提供的云产品数据对FY-3D/MERSI-II云顶温度、云顶高度、云顶压强产品进行精度检验,结果表明:FY-3D/MERSI-II水云云顶温度精度为-1.2±4.6 K,云顶高度精度为1.4±1.8 km,云顶压强精度为-140.9±114.5 hPa;厚冰云云顶温度精度为7.0±6.0 K,云顶高度精度为-1.0±0.9 km,云顶压强精度为37.1±36.0 hPa;混合云云顶温度精度为1.5±8.5 K,云顶高度精度为0.8±2.2 km,云顶压强精度为-87.4±157.8 hPa,单层卷云和多层云的反演偏差较大。辐射传输模式在云顶性质反演中有十分关键的作用,但目前对冰云特别是卷云的性质认识不足,因此如何精确描述冰晶辐射特性,提高冰云特别是卷云辐射传输的模拟精度将是下一步的工作重点。      

云顶高度和温度预报多方案对比检验与集成

基于WRFV3.6.1模式,选取3个单参数方案Lin、WSM6、Thompson和3个双参数方案Morrison 2-mom、CAM5.1、NSSL 2-mom模拟影响江苏地区的云系过程。针对云顶高度和云顶温度2个云宏观变量,利用卫星反演资料进行定量检验,评估各方案的预报能力,挑选出最优参数方案。同时,考虑到单一方案预报的不确定性,利用多方案集成技术来减小预报的系统性的偏差。结果表明,各方案均能较好地模拟出云带的基本走向与分布,但对云带范围的模拟仍存在差异,CAM5.1与NSSL 2-mom方案模拟云系范围较实况偏大,其他方案则偏小。CAM5.1方案为最优方案,NSSL方案虽然可以较好地模拟出云顶高度高值中心和云顶温度低值中心位置,但量级误差较大,预报效果最差。3个单参数方案WSM6、Thompson和Lin对云顶高度和温度的模拟效果大致相当,优于双参数方案Morrison。简单集合平均和消除偏差集合平均有效地减小了预报误差,预报效果优于6个方案中最优的CAM5.1方案,其中消除偏差集合平均结果相对于简单集合平均预报更为准确。     

2009年天津地区首场降雪过程分析

基于NCEP再分析资料、多普勒天气雷达产品与风云卫星云参数反演产品,对天津地区2009年的首场降雪过程进行了分析,研究表明:①造成此次降雪的主要天气系统是东移高空槽和地面倒槽;②降雪回波具备典型层云稳定性降水回波的特点,最强回波不超过35 dBz,伴随着降雪结束,回波顶高有所下降;③降雪过程云粒子有效半径数值维持在20μm,云体过冷层厚度、云顶高度较大,云顶温度在-30℃左右.随着降雪结束,云粒子有效半径、云体过冷层厚度和云顶高度数值逐渐减小,云顶温度则有所升高;④地面降水量和云粒子有效半径、云顶高度、云体过冷层厚度呈现正相关,与云顶温度呈现负相关.     

FY?4A卫星云顶参数精度检验及台风应用研究

基于2018年中国东南沿海台风观测实例,以美国EOS/MODIS极轨气象卫星和日本第二代静止气象卫星Himawari?8为参照,对我国FY?4A静止气象卫星的云顶高度(Cloud Top Height,CTH)、云顶温度(Cloud Top Temperature,CTT)和云顶气压(Cloud Top Pressure,CTP)三个产品的精度进行了对比,并分析了其在台风应用中的表现。结果表明:FY?4A卫星云顶参数产品与MODIS和Himawari?8同类产品均具有很好的线性相关关系,其中FY?4A与MODIS的相关系数最大(r≥0.98),平均值偏差最小,特别是在具有深厚密蔽云的台风中心和内雨带区,各卫星反演参数的精度更加接近,如在台风中心,FY?4A与Himawari?8的CTT、CTH和CTP分别相差0. 78℃、30 m和0. 2 hPa。FY?4A云顶参数产品质量可靠,与MODIS和Himawari?8等国际同类卫星精度相当,适合深厚的台风云系分析。偏差产生主要受透明薄卷云和小尺度云存在的影响,这与仪器的空间分辨率、不同仪器对云的探测能力以及云检测算法相关。     

用相关分析法从红外云图上提取云团平均尺度特征量

用相关分析法从红外云图上提取云团平均尺度这一特征量，考察了云团平均尺度与合地面观测资料所估算的云厚以及实测局地降雨之关系。初步分析表明，所得的云团平均尺度具有明显的天气学意义。     

雹云识别的物元可拓模型在低纬高原的构造及其效果检验

雹云识别是一个多参数的模式识别问题,应用物元可拓思想将单参数雹云识别的不相容性转化为相容性问题。在与成都地区雹云识别的物元可拓模型进行对比后,根据低纬高原地形及气候特点,通过适当增加参数,构造完成低纬高原雹云识别的物元可拓模型,以此进行雹云识别,准确率达86％以上。     

太赫兹频段雷达探测的冰云微物理参数反演算法模拟研究

在假设冰云粒子呈球形以及粒子谱服从对数正态分布的条件下,利用离散偶极子近似法(DDA),计算出太赫兹频段(220 GHz)冰云粒子的雷达反射率因子,及其与瑞利假设下雷达反射率因子的比值。忽略衰减和多次散射的影响,根据太赫兹波段冰云的雷达反射率因子,基于最优估计理论反演冰云的微物理参数,并验证该算法的可靠性。反演结果表明,当冰云粒子大小在设定的尺度范围内时,有效粒子半径(r_e)的反演误差小于4%,粒子谱宽(σ)的误差小于2.5%、粒子数密度(N_T)的误差小于1%,冰水含量(IWC)的误差小于5%。还分析了当N_T和σ为定值时,反演结果随粒子尺寸的变化情况,当冰云粒子尺寸在模拟计算设定的范围内时,r_e的反演误差小于0.04%,σ的反演误差小于0.02%,N_T的反演误差小于0.50%,IWC的反演误差小于0.08%,如果冰云粒子大小超出模拟计算设置的范围,反演误差随着r_e增加而增大。该结果证明了基于最优估计理论反演得到的冰云微物理参数与模拟设定值有良好的一致性,说明该方法可应用于太赫兹频段云雷达的冰云观测及云微物理参数的反演和研究。      

层状冷云人工增雨可播性实时识别技术研究

该文综合分析了4次层状冷云人工增雨过程的雷达回波、粒子测量系统(PMS)探测资料，以及GPS定位资料，提出应以PMS的FSSP-100探头探测的云中粒子浓度以及2D-C探头探测的云中大粒子浓度作为判别云中可播性的主要技术参量，并发展了层状冷云飞机人工增雨实时监测指挥技术。FSSP-100探测的粒子浓度不小于20/cm3的云区才具有一定的可播性。其中2D-C探测的大粒子浓度小于20/L时，可确定为强可播区，否则为可播区。     

海冰-海温非线性耦合系统的研究

对Ｓａｌｔｚｍａｎ模式进行了两个方面的改进试验：（１）引入气溶胶非线性参数方案并提高模式阶次;（２）在改进（１）的基础上,对Ｓａｌｔｚｍａｎ模式的云反馈机制再进行修正。定态解析解表明,改进试验（１）,（２）均克服了Ｓａｌｔｚｍａｎ模式中海温二个平衡态仅相差０．００１２Ｋ这一严重缺陷。数值模拟表明,系统存在二个平衡态,而当气溶胶光学厚度增大时,两极的冰冻面积将以指数形式增大。     

雷达判别宁南山区冰雹云的综合指标

本文采用多因子综合相关概率法、双参数点聚图法,综合对六盘山区151个暴雹个例进行了统计分析,找出了六盘山区雷达识别冰雹云的定量综合指标。结果表明,综合指标达到2.9时,识别雹云的成功率达92.1％。     

云参数对RTTOV5模式模拟误差的影响分析

该文根据1998年8月的业务TOVS反演的温度、水汽垂直廓线资料以及其它资料, 利用RTTOV5模式模拟NOAA14极轨气象卫星上相应红外探测 (HIRS) 通道的辐射亮温值, 将模拟值对比实测TOVS探测资料, 结果表明, 晴空模式模拟亮温与实测值的误差小于部分有云时的误差, 模拟误差受云的影响呈反相变化, 对水汽敏感的中低层探测通道在晴空时的误差小于部分有云情况; 通过对比白天和夜间短波窗区探测通道模拟误差, 分析了其受地面反射太阳光辐射的影响的大小及其原因所在; 并利用RTTOV5的伴随模式和Jacobine模式分析了模式模拟误差对初始场云参数的敏感性。该研究为TOVS/ATOVS探测资料在3DR或4DR变分同化中的直接应用奠定了基础。     

山西地区一次层状云降水过程的微观特征观测分析

针对山西省2010年5月27日一次层状云降水过程,利用机载DMT探头和Parsivel激光降水粒子谱仪进行探测试验,分析了云微物理特征,并对空中和地面雨滴谱进行比较。结果显示：空中云垂直和水平结构分布不均匀,CDP、CIP探测最大粒子浓度分别为165．20、1．08cm^（-3）。地面雨滴微物理量的平均值说明本次降水是典型的层状云降水,雨强主要由雨滴数密度决定,雨滴微物理参量随时间分布不均匀。建立地面雨强,与雷达反射率因子Z、雨水含量W、雨滴数浓度N、Gamma分布的谱参数眠、A的相关关系,Z-I、W-I,相关性很好,N-I、N_0-I、λ-I,相关性较差。地面平均雨滴谱较空中平均雨滴谱窄、谱型陡。结合粒子图像和雨滴特征量分析空中雨滴谱随高度的分布发现,本次降水是冷云和暖云降水共存。     

逐步消空法在雹云识别中的应用

介绍了用天气型、对流参数、雷达回波参数作雹云识别因子,采用逐步消空法找出雹云识别指标集合以及对雹云进行识别的具体方法。     

层积云覆盖的海洋边界层云详细微物理过程的数值模拟

文中建立了一个含显式分档的云微物理模式和辐射传输模式的一维 3阶湍流闭合模式 ,该模式可用于研究海洋边界层云中气溶胶和云的相互作用过程 ,同时提出了一种新的动力模式和微物理模式耦合方法 ,该方法可使动力模式中液态水相关项可以直接由微物理模式变量计算得到。作为模式的初步应用模拟了 2 0 0 1年APEX/ACE Asia在西太平洋上所观测到的一个个例。模拟结果和观测资料比较表明该模式基本上模拟出层积云覆盖的海洋边界层的基本结构