一次典型降水层状云的结构特征和增雨潜势分析

利用FY-2C卫星资料、雷达资料和逐时降水资料及NCAR/NCEP(1°×1°)再分析资料,对2005年9月24～25日河南省出现的层状云降水过程进行了分析.结果表明:影响降水过程的是低槽-切变云系,切变线云系为暖云云系,结构较均匀,低槽云系主体为冷云,云顶亮温不均匀,有低亮温带结构,当东移的低槽云系与北抬的切变线云系叠加后,叠加区上有中小尺度云团活动,促使降水加强.强降水出现在700 hPa、850 hPa切变线之间及500 hPa低槽前部,并与云顶亮温的发展变化趋势表现出相似性;500 hPa槽前、700 hPa切变线北侧的降水,雨强与亮温值的对应关系不确定.这主要是由于低槽云系和切变线云系的叠加部位不仅具有深厚的湿层,而且具有较强的动力抬升和水汽辐合条件;切变线北侧处于低空辐散区且水汽条件较差,自然降水产生的条件不是很好.最后借助于FY-2C卫星资料反演的云物理参数,对低槽-切变云系的增雨潜势进行了简要分析,认为低槽-切变云系上云顶温度较高的部位符合"播云窗"概念,具有很好的增雨潜势,切变线北侧的低槽云系由于云顶温度低、低空水汽不充分,"播撒-供应"机制不能很好地建立,其增雨潜势条件也弱.     

一次冷锋降水云系结构和人工增雨条件模拟分析

利用中尺度模式ARPS对2013年10月13—14日华北南部到河南一次冷锋降水过程的数值模拟结果和卫星、雷达、飞机等观测资料,分析了冷锋云系不同部位宏微观结构和多种增雨潜力要素分布特征,初步探讨了冷锋云系增雨潜力区判别方法及分布特征。结果表明:此次降水过程冷锋云系结构具有不均匀性,云中含水量及其变化梯度自云系前部到后部逐步减小。冷锋云系不同位置垂直结构特征不同,云系前部自云底到云顶为整层上升气流区,云中存在典型的"催化-供给"结构,动力辐合和水汽条件较好,对应区域地面出现较大降水。云系后部上升气流区集中在中高层,4.0 km以下为下沉气流,云中冰相粒子丰富,但中低层液态水含量少,"催化-供给"结构不明显,动力辐合和低空水汽条件差,对应区域地面降水微弱或不产生降水。利用模式模拟结果逐步判别云系增雨潜力条件,结果显示:增雨潜力区主要位于冷锋云系前部、地面冷锋与700 hPa切变线之间约150 km宽的狭长带状区域,云体是具有"催化-供给"结构的冷暖混合云,可催化层高度为3.5—7.0 km。     

“0711”山西晋城极端强降水过程的宏微观特征分析

利用ERA5逐小时0.25°×0.25°再分析资料、地面自动监测站以及FY-4A卫星、多普勒雷达、激光雨滴谱仪等精细化监测资料,对2021年7月11日山西晋城极端强降水过程的宏微观特征进行分析。结果表明：（1）此次极端强降水是继1961年以来晋城7月降水出现的第二高极端降水;高空急流入口区右侧强辐散、低空急流出口区风速辐合、低涡暖式切变线附近强辐合是极端强降水的宏观动力条件;低空急流将水汽源源不断向极端强降水区输送,整层大气可降水量高达65 mm以上是极端强降水发生的宏观水汽条件;500 hPa高度槽超前700 hPa和850 hPa冷式切变线是此次极端强降水发生的宏观动力不稳定条件。（2）极端强降水落区位于500 hPa高度槽、 850 hPa和700 hPa暖切变线、地面干线所围成的不规则四边形区域,且与500 hPa T-Td≤4℃、 700 hPa T-Td≤3℃、 850 hPa T-Td≤2℃、 Ki指数≥38℃、 Si指数≤-1℃所控制的区域相重叠,在对流云团西南侧亮温梯度的大值区和云团西南部的低亮温区,即在地面干线和地面中尺度切变线0～30 km范围内极端降水量最大。（...     

河北一次降水层状云系结构和增雨条件的模拟研究

利用中尺度模式模拟结果和卫星、雷达、飞机、地面雨量站等观测资料,对2012年9月21日河北一次西风槽降水层状云系的宏微观结构和增雨条件进行了分析。结果表明:此次西风槽降水过程的影响系统为500 h Pa低槽和700 h Pa切变线,地面并没有伴随冷锋系统;西风槽云系不同部位具有不同云层性质和垂直结构特征,前端为高层冷云,云顶温度为-35℃,云体由冰相粒子和过冷水组成,没有暖云,有少量冷云降水;槽线附近云系为冷暖混合云,云顶温度为-20℃,云体最为密实,地面降水较强;槽后云系为低层液态水云,云顶温度为-5℃,有少量暖云降水;云水分布对应上升运动和高饱和区,高饱和区越深厚、上升运动越强,产生的云水值越大;利用模式过冷水含量、上升运动区、冰晶浓度、温度和逐时雨强对冷云催化增雨作业条件进行分析,槽线附近云系过冷水含量较多,存在强可播区,播撒高度为3.8~6.5 km,最适宜冷云播撒增雨作业。     

2002年河南春季的一次层状云降水特征研究

对2002年4月4—5日发生在河南省的大范围春季层状云降水进行探空、雷达、卫星等综合加密观测,分析了锋面移动过程中的云系特征和降水特点。结果发现此次降水主要是700～500hPa大气位势不稳定( θse/ z<0)造成的,位势不稳定区与地面降水极值中心有较好的对应。另外,在位势不稳定层出现前后,高空250～200hPa均存在一个急流中心,而在位势不稳定层的上方或下方则会有风向切变与之对应。云层厚度小、云顶高度低、云系结构不均匀是此次降水云系的主要特点。700～500hPa之间的位势不稳定度小、水汽输送量小和云顶温度低是造成此次降水量小的主要原因。     

新疆北部暖区强降雪中尺度环境与落区分析

利用常规气象观测资料、ECMWF、T639(1°×1°)再分析资料和FY-2C卫星云图资料,对2003—2013年11月至次年3月新疆北部出现26次12 h暖区强降雪天气过程的中尺度环境场特征和降雪落区进行了分析。结果表明:强降雪产生在极涡型和短波低槽型两种环流形势下,强降雪区位于低槽前部,低空急流出口区前侧辐合区和高空急流入口区右侧辐散区以及700 hPa和850 hPa辐合线和暖切变线东部、北部及干线东南部,地面辐合线附近减压升温的重叠区域内。强降雪区上空,对流层整层为80%高湿区;500 hPa以下具有不稳定层结、风垂直切变大、斜压性强;700hPa辐合线和850 hPa暖切变线及干线、地面干线及辐合线易触发不稳定能量的释放,从而为暴雪的产生提供水汽、热力和动力条件。暖区强降雪主要发生在中尺度冷云团开始缓慢减弱东移的前部及云顶亮温TBB梯度最大区域的前部。通过上述分析总结出暖区强降雪落区三维空间配置模型。     

辽宁一次区域性暴雨的特征条件与成因分析

利用ERA5再分析资料、FY-4A卫星反演云特征参量、地面自动站风和雨量资料,对2020年5月17-19日辽宁东南部一次区域性暴雨、局地大暴雨、伴有短时强降水过程进行详细分析。研究表明：东北冷涡叠加北上强烈发展的气旋是此次过程的天气形势特征,短时强降水出现在冷涡发展接近成熟、气旋强烈发展加深阶段,局地地面辐合型切变线是导致短时强降水的中尺度条件。冷涡东南侧水汽输送通道与来自孟加拉湾热带低压东侧经南海海域由西南低空急流向北输送的水汽通道合并,成为了暴雨产生和维持的必要条件。辽宁中东部的降水产生在冷涡系统的东北部-北部-西北部区域,降水落区与850 hPa风场的相关性最高,降水产生及维持阶段700 hPa以下为辐合区,辐散出现在600～200 hPa,降水强度大于5 mm·h-1的区域上升运动区近似直立地贯穿整个湿层,降水区域上空假相当位温密集区向西北方向倾斜,400 hPa高度之下存在热力不稳定。冷涡发展强盛到成熟阶段,干冷空气的入侵使冷涡云系内部边缘逐渐清晰,形成“逗点状”云系。强降水区呈条带状分布,云顶高度普遍大于9 km,云光学厚度大于60,属于水凝物含量丰富的冷暖混合云;远离冷涡...     

2009年11月10—12日陕西特大暴雪诊断分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、FY-2C卫星资料,对2009年11月9—12日陕西大范围特大暴雪过程进行了诊断分析,结果表明:500 hPa短波槽、700、850 hPa切变线是这次暴雪的主要影响系统,中尺度对流云团是造成此次暴雪的直接原因。尺度分离的流场能清晰地分辨中尺度天气系统,强降水中心与中尺度对流云团和云顶亮温的冷中心有较好的对应。暴雪区发生在ζMPV1为正值中心的东侧,ζMPV2的负值区。湿斜压性的增强主要是由于抬升的暖气流偏南风与低空冷气流偏北风之间形成较强的风向垂直切变,同时暴雪区附近存在较大的▽θse所致。强降雪过程中垂直螺旋度正值区长轴始终与低层切变线走向一致,且位于切变线的东侧。     

我国中部区域人工增雨天气系统分型及典型天气系统特点

利用常规气象观测资料、自动站观测资料和探空资料等,对所选取的2004—2013年共78例降水过程进行分析,将中部区域春秋季降水过程分为3个类型:低槽/切变线冷锋型、低涡(西南涡/西北涡)气旋型、低槽/切变线冷高压型。统计结果表明,中部区域春秋季降水出现概率最多的类型依次为切变线冷锋型、低槽冷锋型和西南涡类型,各天气类型的雨区移动方向均以自西向东为主,低层700 h Pa和850 h Pa多存在西南或偏南急流,水汽主要来自于孟加拉湾。分析中部区域3种主要降水类型特征及其增雨潜力区位置发现:1)低槽冷锋类型降水一般出现在500 h Pa和700 h Pa低槽前部、地面冷锋后部,多为连续性降水;其增雨潜力区主要位于500 h Pa低槽前部、700h Pa槽前和西南急流出口区的左侧,以及地面冷锋后部或锋线附近区域。2)切变线冷锋类型降水多出现在地面冷锋后部、低层切变线两侧附近;其增雨潜力区主要位于700 h Pa和850 h Pa两切变线之间且较靠近700 h Pa切变线一侧、急流出口左侧的带状区域。3)西南涡波动类型降水一般出现在低涡中心及700 h Pa暖式切变线两侧附近,降水持续时间较长;其增雨潜力区主要位于700 h Pa和850 h Pa低涡中心附近及暖式切变线北侧区域。     

濮阳市一次大暴雨过程成因分析

应用常规天气图资料、郑州站探空层结资料、FY-2E红外云图和濮阳站降水实况等资料,对2016年7月14—15日发生在濮阳市的区域性暴雨、大暴雨天气过程进行综合分析。结果表明:(1)此次大暴雨过程是由500hPa和700hPa的低涡及其分裂东移的低槽、700hPa和850hPa的切变线、地面辐合线及南下的冷空气共同影响造成的。(2)500hPa槽前西南气流与584dagpm线外围的西南气流叠加加强了西南暖湿气流的输送,为降水提供了水汽来源;地面辐合线的存在加强了动力抬升作用。(3)涡度场和散度场同时表现出的低层辐合、高层辐散的配置,为暴雨的产生提供了有利的动力条件。(4)FY-2E红外云图上,对流云团的持续影响,使降水较长时间维持,造成濮阳市出现区域性的暴雨、大暴雨天气。     

利用FY-4A卫星反演产品对飞机增雨作业的分析

本文利用FY-4A卫星反演的云降水微物理特征参数,分析了2018年10月8日的一次飞机增雨前层状云的微物理结构和特征参数变化,得到四川盆地秋季层状云增雨潜力区的分布,结果表明:①此次作业过程,四川盆地大部分地区覆盖中低云,局部有高云,中低云含有丰富的过冷水,云底粒子较小10～15μm,主要通过凝结过程增长;②此次作业过程,云系随时间的演变特征为从中午到傍晚,云层加厚,云顶升高,粒子有效半径增长,有大片过冷水区,但是缺乏大滴和冰晶,降水不充分;③在无高云配置下,中低云区产生的地面降水较小,而有高低云共同配置和粒子有效半径较大的地区,降水更为充沛;④利用统计检验中的区域对比分析、双比分析和区域历史回归分析方法对本次飞机增雨进行分析后表明,对具有丰富过冷水区的中低云进行人工引晶后,绝对增雨量分别为1.81mm (对比分析)、1.26mm (双比分析)、1.69mm (区域历史回归分析)。利用FY-4A卫星反演方法能够提供云和降水高时空分辨率的物理特征参数演变,丰富了云和降水宏微观物理信息,为人工增雨判别增雨潜力区和准确把握增雨时机提供了一种新的方法。      

基于云亮温和降水回波顶高度分类的夏季青藏高原降水研究

本文利用热带测雨卫星(TRMM, Tropical Rain Measuring Mission)第七版逐日逐轨测雨雷达(PR, Precipitation Radar)及可见光和红外扫描仪(VIRS, Visible and Infrared Scanner)的融合数据集,研究了夏季青藏高原上降水类型的特征.统计结果表明第七版PR降水回波强度及降水率廓线资料(2A25)仍旧误判青藏高原上以层云降水为主(比例高达85%);以云顶相态定义的青藏高原降水类型统计表明,冰相云顶和冰水混合相云顶的降水分别占43%和56%;以降水回波顶高度定义的降水类型统计表明,深厚弱对流降水和浅薄降水分别占77%和22%,而深厚强对流降水仅占1%.空间分布的统计表明,冰相云顶降水和冰水混合相云顶降水的频次和强度自高原西部向高原东部和东南部增加,其降水回波顶高度自高原西、中部向东部降低.深厚强对流降水和浅薄降水的频次由西向东增加,而深厚弱对流降水频次分布是西少、北少、南多,高原南部比北部的深厚弱对流降水频次高出近1倍;深厚弱对流降水和浅薄降水的平均强度也表现了自高原西部、中部向东部的增大,而其降水回波顶高度分布则相反.总体上,夏季青藏高原降水频次和强度自西向东增多和增大,而云顶和降水回波顶高度则相反.     

台风利奇马(1909)与台风摩羯(1814)云特征对比

利用FY-2H,Aqua,CALIPSO (Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation)和GPM(Global Preciptation Measurement)卫星产品,对比同在浙江温岭沿海登陆且路径相似的台风利奇马(1909)和...     

FY-2C高时间分辨率扫描数据在强对流云团监测中的应用研究

利用我国首次获取的静止气象卫星平均10 分钟观测间隔的高时间分辨率数据对2011 年6 月28 日～29日发生的一次强对流云团特征进行分析。Hovm?ller 分析图清晰地展示出在高时间分辨率观测条件下云团中心冷核的演变特征。高时间分辨率卫星资料与地面降水量进行联合分析,可推知对流云团中冷核的演变与地面小时降水量大值的落区间有很好的一致性;10 分钟雨量资料联合前推1 小时内7 次平均10 分钟观测间隔的卫星红外1通道亮温,分析可知地面雨量较大时,云顶像元亮温具有持续降低或维持低温状态的特点。反映出在对流性强降水中,冷且具有一定稳定性的云顶是产生大降水的主要特征。研究结果显示,静止气象卫星的高时间分辨率观测可很好地捕捉到强对流云团发展的演变特征,利用FY-2C 静止气象卫星红外1 通道亮温、红外1 通道与水汽通道亮温差在高时间分辨率观测中的时差特征变量,可实现对强对流云团初生的有效监测,为强对流云团的预测预报提供支撑。     

积层混合云结构特征及降水机理的个例模拟研究

积层混合云是我国一种重要的降水系统, 其降水既有对流云又有层状云特征。基于积层混合云的重要性, 本文利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting Model), 结合三维粒子运行增长模式对2012年5月29日北京地区的一次积层混合云降过程进行了模拟研究。模拟的降水与雷达回波与实测结果基本一致。在此基础上, 重点分析了混合云系中积状云与层状云各自的微物理结构特征与降水的发生机理等。结果表明:降水过程云内存在着明显的“播种—供给”机制, 层状云中“播种—供给”机制相对简单。而对流云区中由于降水粒子可以发生上下多次的循环增长, “播种—供给”机制可在云的上下层间双向进行, 云中粒子群可以增长得更大。在积层混合云中, 在低层, 层状云中已有的水凝物粒子进入内嵌的积云块中, 而在高层水成物粒子又从积云中落到层云中, 积层混合云系充分发挥了积云和层云各自的优势, 从而降水效率较高。     

中国东部云-降水对应关系的分析与模式评估

为评估和改进模式中不同类型云与降水的对应关系,利用1998—2007年卫星-台站融合降水资料和国际卫星云气候计划的卫星观测云资料,采用诊断方法分析了中国东部季风区冬季层云、夏季对流云、层云与降水的水平分布及季节变化对应关系,并评估了BCC_AGCM模式的T42和T106分辨率版本对云-降水对应关系的模拟能力。观测资料分析结果表明,中国东部冬季云带和雨带都稳定少动,降水主要来自雨层云和高层云,南部沿海层云和层积云也对降水有贡献;夏季,中国东部表现为层积混合云降水特征,对流云带与降水带具有较好的对应关系,并具有一致的移动特征。对流降水主要来自深对流云和卷层云,深对流云云量和降水中心完全吻合,卷层云云带则表现出比深对流云主体和降水带偏北的现象;层云降水主要来自高层云和层积云。模式评估结果表明,中、低分辨率版本的BCC_AGCM模式均模拟出了冬季层云和稳定少动的降水带、夏季深对流云、卷层云和降水带的对应关系及随季风推进的移动特征。与T42模式版本相比,T106模式版本在夏季对流云云量的模拟及其与降水带的对应关系方面有所改善,说明改进的BCC_AGCM积云对流参数化方案与高分辨率模式网格更匹配,但冬季层云云量模拟误差变大,与降水带的对应关系变差,其原因值得进一步分析研究。     

中国东部暖季对流云与层状云的比例及与降水的对应关系

基于1985~2011年逐时地面台站观测云资料,分析了对流云和层状云及其比例关系的时空演变特征,结合逐日融合降水资料研究了对流云、层状云与季风雨带的对应关系。结果表明,中国东部暖季（5~9月）对流云发生频率平均为15.4%,层状云为30.0%。对流云与层状云发生频率的比例在广东、广西、海南省东部和贵州省大部分地区大于1,其它地区均小于1。伴随季风雨带的北进南退,层状云发生频率和云量中心均与降水中心对应,且层状云云带与季风雨带位置吻合,随时间的演变趋势也相同,说明季风雨带主要由层状降水构成,对流云发生频率和云量大值中心则位于季风雨带南侧。对流云和层状云发生频率/云量的变化在华南地区和江淮流域呈显著负相关,云的类型主要由大气稳定度决定。对流云和层状云发生频率在华北地区呈显著正相关,水汽是形成云的决定因素。就降水频率而言,华南地区层状云降水和对流云降水各占一定的比例,而江淮流域和华北地区层状云降水频率更大。     

“21·7”河南暴雨环境场及云的宏微观特征

利用FY-4A静止气象卫星、FY-3D极轨气象卫星资料和ERA5再分析资料,深入分析“21·7”河南暴雨环境场及云宏微观特征,首次利用FY-4A观测研究此次事件对流云微物理特征。结果表明:“21·7”河南暴雨是一次极端强降水事件,河南省位于大陆高压和副热带高压之间的鞍型场内,有利于其上空低涡云系的发展和维持。2021年7月20日两股水汽输送交汇于河南中北部,为郑州极端降水提供了有利条件。20日14:00—16:00（北京时,下同）郑州长时间位于对流云团冷云区边界亮温梯度大值区,该时段对流发展旺盛;12:00—14:00云光学厚度跃增,且在15:00仍维持较大值,表明该时段云中液态粒子大量合并,液态水含量丰富,光学厚度峰值出现时间先于降水量峰值出现时间,FY-4A云光学厚度跃增且维持较大值对强降水出现时间及量级有重要的预警意义。对流云粒子有效半径（r_e）随温度（T）的增长曲线（T-r_e关系）表明:20日16:00河南上空的雨胚形成区最为深厚,云中不同高度的r_e整体维持在20~25 μm,表明云中上升气流较强,有利于地面强降水发生。     

TRMM卫星对一次冰雹降水过程的观测分析研究

利用TRMM卫星上时空匹配较好的测雨雷达(PR)、微波成像仪(TMI)、可见光和红外扫描仪(VIRS)观测资料,研究了1999年5月9日发生在黄淮地区的一次冰雹降水过程。根据卫星接连3个轨道的观测,综合分析了此次强对流降水过程在不同阶段的降水结构、云顶亮温和降雨厚度以及相应的微波亮温变化特征。观测分析表明,此次降水过程由对流很强的冰雹降水逐渐演变到对流渐弱的暴雨降水。冰雹降水阶段,云中有多个强对流单体,云体中高层有大量的固态降水粒子,使得中高层降水量在降水柱含量中贡献远大于融化层降水量的贡献;暴雨降水阶段,若干对流单体被大面积的层云降水包围,降水高度逐渐降低,云体中高层降水量明显减少,融化层降水量对柱含量的贡献明显增加。降水率廓线中不同高度的降水量对降水柱含量贡献的比较表明:中高层降水量占的比例越大,降雨云对流越强,反之,融化层降水量占的比例越大,降雨云越趋向为稳定的层云。微波亮温信号在不同降雨阶段随雨强的响应程度大不相同,这表明在反演地面降雨时,最好结合降雨云的结构特征及其发展阶段,针对不同降雨类型选取最为有效的微波通道组合来建立最佳反演模式。     

基于TRMM卫星资料的江西一次大暴雨过程降水结构特征

利用热带测雨卫星(TRMM)的降水雷达(PR)和微波成像仪(TMI)连续2个轨道的探测结果,分析了2013年6月26—29日发生在江西省北部地区的中尺度降水过程不同降水阶段的降水水平结构、雨顶高度、降水廓线的变化特征。结果表明,此次降水过程由强对流云降水逐渐演变为对流性较弱的层状云降水。对流云降水阶段降水系统由成片层状降水云团中分布的多个零散强对流降水云团组成,降水分布不均匀,强对流云降水对总降水量的贡献大。层状云降水阶段,层状云中强对流单体消失,对流云降水像素及对流云降水率对总降水量的贡献减少,降水雨强谱变小,降水高度逐渐降低,云体高层降水量减少。对流云降水和层状云降水廓线存在差异,最大降水率出现的高度越高且中高层降水量越大,降水的对流性则越强。