2009—2010年梅雨锋暴雨雨滴谱特征

2009、2010年夏季利用Parsivel激光降水粒子谱仪在淮南和南京同时观测到两次梅雨锋暴雨过程,获得了3 617个雨滴谱样本资料。采用阶矩法对Gamma函数进行拟合,分析了梅雨锋暴雨降水微结构特征。结果表明:主雨带和雨带边缘的雨滴谱存在明显差别,处于主雨带中的降水粒子尺度明显大于雨带边缘的粒子尺度;梅雨锋暴雨过程中0.25 mm<D≤1.0 mm的粒子所占比例最大,但对于雨强贡献最大的则是1.0 mm<D≤2.0 mm的粒子;雨滴谱谱型以双峰型为主,几乎不存在无峰型;与其他微结构特征量不同的是,雨滴谱峰值直径D_p随着雨强的增大先增加后减小,而雨滴谱分布参数N₀、μ、λ则随着雨强的增大而一直减小,其中μ-λ间存在较好的二项式函数关系;梅雨锋暴雨的Z-R关系为Z=212R^1.38。     

南京市城市不同功能区PM10和PM2.1质量浓度的季节变化特征

使用Anderson-Ⅱ型9级撞击采样器测量了南京市鼓楼商业区、江北工业区、钟山风景区和宁六高速公路交通源春、夏、秋三季的大气气溶胶质量浓度。分析结果表明:南京市PM_2.1和PM₁₀的质量浓度存在明显的季节变化,秋季>春季>夏季;ρ_PM10春季为167.47 μg/m³,夏季为 85.99 μg/m³,秋季为238.99 μg/m³;ρ_PM2.1春季为59.66 μg/m³,夏季为42.80 μg/m³,秋季为100.15 μg/m³。不同季节中ρ_PM10和ρ_PM2.1均存在较好的相关性,夏季相关性最好,相关系数为0.952;秋季次之,相关系数为0.783;春季相对较差,相关系数为0.613。城市不同功能区之间ρ_PM2.1和ρ_PM10的质量浓度值差异很大,交通源>工业区>商业区>风景区。城市不同功能区的质量浓度谱分布基本一致,均为双峰型分布,峰值分别位于0.43~0.65 μm/m³和9.0~10.0 μm/m³。南京市春、夏、秋三个季节大气粒子质量浓度谱为双峰分布,粒子主要集中在0.43~3.3 μm/m³的粒径段。江北工业区ρ_PM10和ρ_PM2.1质量浓度的相关系数为0.814,略高于鼓楼商业区的0.797。     

南京市城市不同功能区PM10和PM2.1质量浓度的季节变化特征

使用Anderson-Ⅱ型9级撞击采样器测量了南京市鼓楼商业区、江北工业区、钟山风景区和宁六高速公路交通源春、夏、秋三季的大气气溶胶质量浓度。分析结果表明:南京市PM_2.1和PM₁₀的质量浓度存在明显的季节变化,秋季>春季>夏季;ρ_PM10春季为167.47 μg/m³,夏季为 85.99 μg/m³,秋季为238.99 μg/m³;ρ_PM2.1春季为59.66 μg/m³,夏季为42.80 μg/m³,秋季为100.15 μg/m³。不同季节中ρ_PM10和ρ_PM2.1均存在较好的相关性,夏季相关性最好,相关系数为0.952;秋季次之,相关系数为0.783;春季相对较差,相关系数为0.613。城市不同功能区之间ρ_PM2.1和ρ_PM10的质量浓度值差异很大,交通源>工业区>商业区>风景区。城市不同功能区的质量浓度谱分布基本一致,均为双峰型分布,峰值分别位于0.43~0.65 μm/m³和9.0~10.0 μm/m³。南京市春、夏、秋三个季节大气粒子质量浓度谱为双峰分布,粒子主要集中在0.43~3.3 μm/m³的粒径段。江北工业区ρ_PM10和ρ_PM2.1质量浓度的相关系数为0.814,略高于鼓楼商业区的0.797。     

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。     

武汉和宜昌地区降水的Z-R关系

应用1987-1989年观测的850份雨滴谱资料,统计分析了武汉和宜昌地区降水的Z-R关系。得出武汉地区:层状云降水Z=200.7 R^1.259 对流性降水Z=292.4R^1.265 宜昌地区:层状云降水Z=259.3R^1.407 对流性降水Z=361.9R^1.477。     

二阶奇异动力系统的非平凡周期解

应用Leray-Schauder非线性二择一原理研究二阶动力系统x+k²x=f(t,x)+e(t)非平凡周期解的存在性,其中0<k<π/T,f∈C((R/TZ)×R^N\{0},R^N)在原点具有排斥的奇性.不需要任何的强制性条件,既可以处理强奇性,也可以处理弱奇性.     

安徽滁州夏季一次飑线过程的雨滴谱特征

选取2014年7月31日安徽滁州一次飑线过程,使用地基雨滴谱仪资料分析此次过程的雨滴谱特征。根据雷达回波和地面降水强度将这次降水过程划分为对流降水、过渡性降水和层云降水,并以10 mm·h-1为临界值将对流降水进一步划分为对流前沿降水、对流中心降水、对流后沿降水。结果表明:对流中心降水、过渡性降水、层云降水的质量加权直径均比较稳定,平均值分别为1.8 mm, 1.0 mm, 1.7 mm。对流降水的标准化截距相比层云降水更大。对流中心降水各粒径段雨滴数浓度均较高;层云降水小雨滴浓度较低,且有少量大雨滴;过渡性降水由小雨滴组成。当雨水含量相同时,层云降水的质量加权直径相比对流降水更大。当雨强相同时,层云降水的反射率因子相比对流中心降水更大。更为精细的降水类型划分可有效改善Z-I关系。     

春季粤北地区降水微物理特征分析

为揭示春季粤北降水微物理过程,选取2020年2—3月粤北2个站点雨滴谱仪观测资料,统计分析了春季粤北地区层云降水、混合性降水、对流性降水的微物理特征,结果表明:(1)对流性降水过程中大雨滴是影响雨强大小的重要因素;层云降水过程,小雨滴数浓度占比大于90%,平均雨强小于1 mm/h,雨滴数是影响雨强的重要因素。(2)层云性降水雨滴谱呈单峰结构,谱宽小;对流性降水雨滴谱为多峰结构,谱宽最大;混合性降水谱型与对流性降水相似。3类降水峰值均在0.2~0.3 mm范围,均是Gamma分布谱型拟合最优。(3)春季粤北地区对流性降水的Z-I关系为Z=173.9I^(1.452),混合性降水的Z-I关系为Z=72.77I^(1.97),层云性降水过程的Z-I关系为Z=194.3I^(1.296)。     

风廓线雷达资料反演雨滴谱和水汽通量的研究

对2010年7月20日南京浦口地区发生的一次强降水过程,用WP-3000风廓线雷达反演了其雨滴谱分布和垂直水汽通量。并对雨滴谱进行了M-P指数拟合,求得了降水前期、中期、后期和即将停止时的浓度参数n₀和尺度参数λ随高度的变化。同时利用该雷达反演了这次降水过程的回波强度、折射率结构常数和信噪比时间序列图,发现三者有很好的对应关系。结果显示:(1)n₀和λ随着降水的发展而发生变化,n₀在降水达到最强之前达到最大值,λ在降水最强时出现最小值;(2)n₀在大气低层波动比高层明显,λ则在整层少有波动;(3)雨滴大小,随雨强的变化而变化,小雨滴数量多于大雨滴,但影响雨强的主要是大雨滴;(4)整个降水过程中近地面垂直水汽通量处在不断变化之中,但在雨后,表现为水汽向上输送。     

武汉大气能见度与PM2.5浓度及相对湿度关系的非线性分析及能见度预报

武汉作为中部地区高湿度代表城市,大气污染严重,霾天气多发,但有关该地区大气能见度与PM_2.5浓度及相对湿度(RH)的定量关系尚不明确。利用2014年9月—2015年3月武汉地区逐时能见度、相对湿度及颗粒物质量浓度观测数据,研究分析了武汉大气能见度与PM_2.5浓度及相对湿度的关系,并进行能见度非线性预报初探,得到以下结论:武汉霾时数发生比例高,霾的发生和加重是能见度降低的主要原因;能见度降低伴随大量细粒子产生和累积,这是武汉大气能见度恶化的重要诱因。细颗粒物浓度与相对湿度共同影响和制约大气能见度变化,高湿高浓度时能见度显著下降,湿情景下(RH≥40%),能见度恶化主要是由湿度增高诱使细颗粒物粒径吸湿增长导致其散射效率增大造成的。当RH >90%时,能见度随湿度升高成线性递减,相对湿度每升高1%,武汉平均能见度降低0.568 km。而干情景下(RH<40%),能见度迅速降低的关键因素是PM_2.5质量浓度升高。在城市大气细粒子污染背景下,能见度与相对湿度成非线性关系,这主要与PM_2.5对能见度的影响及吸湿性颗粒物的散射效率变化有关。PM_2.5浓度与能见度成幂函数非线性关系,80%≤RH<90%湿度区段下相关性最强。PM_2.5浓度对能见度的影响敏感阈值是随着湿度升高而减小的,干情景下能见度10 km对应的PM_2.5浓度阈值为70 μg/m³,湿情景下该阈值为18—55 μg/m³。当PM_2.5质量浓度低于约40 μg/m³时,继续降低PM_2.5可显著提高武汉大气能见度。预报试验表明,基于神经网络方法建立大气能见度非线性预报模型是可行的,预报能见度相关系数为0.86,均方根误差为1.9 km,能见度≤10 km的TS评分为0.92。网络模型具有较高预报性能,对霾的判别有较高准确性,为衔接区域环境气象数值预报模式,建立大气能见度精细化动力统计模型提供参考依据。     

Wavelet analysis on the runoffs of the Changjiang River and the Huanghe River

Summary The Runoff of the Changjiang River and the Huanghe River were investigated with the method of wavelet transform. Several significant periods were found. Comparison between wavelet analysis and Fourier analysis was made, which shows the advantages of the former. Finally, the application of the wavelet analysis to operational prediction is discussed.This study is supported by the State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics (LASG), Chinese Academy of Sciences.With 6 Figures     

气候变化对石羊河流域生态环境的影响分析

为探讨气候变化对石羊河流域生态环境的影响，利用流域多年（1959-2018年）气象、水文和卫星遥感资料，采用线性倾向率、滑动t检验等方法,分析流域气温、降水、河流流量、植被覆盖、沙尘暴的变化事实及趋势，并使用相关系数（pearson）法研究气温和降水分别与环境要素的关系，得到气候变化对流域生态环境的影响程度。结果表明:气温呈显著上升趋势，增温速度为下游0.42℃．（10a）-1＞中游0.36℃．（10a）-1＞上游0.35℃．（10a）-1, 近10年增温最显著，较60年代升高了1.67℃。四季气温均呈显著上升趋势，增温速度为冬季＞秋季＞春季＞夏季。降水呈波浪略增加趋势，增幅为上游8.3mm．（10a）-1＞中游7.0mm．（10a）-1＞下游4.1mm．（10a）-1，近10年增加最显著，较60年代增加了17%。四季降水呈弱增加趋势，增加幅度为夏季＞春季＞秋季＞冬季。河流流量以波浪式持平变化；植被覆盖面积和归一化差异植被指数（NDVI）显著增大；沙尘暴频次显著减少，近10年较60年代减少了13.05d。流域气候暖湿化近20年较显著，气候变化有利于增加本地水资源总量、提高地表植被覆盖率、抑制沙尘暴的发生，对生态环境和大气环境质量改善有积极作用。     

松花江干流洪水发生规律与1998年松嫩流域洪水成因

松花江干流洪水发生有２４年和３￣４年的变化周期,洪水出现的阶段性明显,其可分为４段：即１９１１￣１９１４,１９３０￣１９４０,１９５４￣１９５８,１９８４￣１９９８年。洪水随时间推移,发生频次明显增加。嫩江流域及第二松花江和拉林河流域７、８月过量降水是造成洪水发生的直接原因。分析了造成洪水的５００ｈＰａ环流背景：７、８月西藏高原至阿拉斯加距平场分布为“＋－＋－”流型,鄂霍茨克海为阻塞高压,东北区为     

嫩江、松花江流域降水与暴雨分析

利用1951－2000年夏季（6－8）月嫩江、松花江流域39个基本地面气象观测站的降水资料分析了夏季降水和暴雨的天气气候特征，利用NCAR／NCEP的再分析资料讨论了形成这些特征的原因，并分析了降水量出现异常时的环流状况。结论指出：嫩江、松花江流域夏季多年平均降水量基本上是呈南北的带状分布，历年的分布中以嫩江和第二松花江流域的差别较大，逐年变化的起伏比较大，但有较明显的阶段性；暴雨日的空间分布与季降水量分布基本一致，集中出现在7、8月，以7月下旬最多，其次是7月中旬和8月上旬；第二松花江流域暴雨日出现的机会要比嫩江和干流流域都多，7月中间以前基本上是嫩江流域大于干流流域，7月下旬开始干流流域明显大于嫩江流域；850hPa高度候平均图表明，影响嫩江、松花江流域夏季降水的环流系统为西风带阻塞形势下的低值系统和东亚夏季风，包括西南季风和东南季风两支；当这两个系统发展强盛时，该流域暴雨日出现较多，降水量偏多。     

嫩江、松花江流域洪涝与降水的关系

利用嫩江、松花江流域的气象和水文资料,采用相关分析、经验正交分析等方法,讨论了该流域洪涝发生的规律及其与流域内降水分布的关系。结论指出,嫩江、松花江流域的水位变化有明显的阶段性,目前正处在80年代以来洪涝较严重的阶段;嫩江、松花江流域汛期水位变化与全流域降水的相关远远通过0.001的信度检验;嫩江流域降水异常偏多对松花江流域洪涝的影响比第二松花江的作用要大得多,更应引起警惕;1998年夏季,嫩江、松花江流域出现超历史纪录的特大洪水的关键原因是,嫩江流域6～8月降水距平百分率为63.2%,远超过历史出现的最大值。     

松花江、嫩江洪水等级划分标准及规律分析

松花江（哈尔滨江段）、嫩洒（江桥站）洪水可划分成５个等级。第Ⅰ级为无洪水,又可分为２个副级,即１ａ级为中水,１ｂ级为枯水;第２组为警戒洪水;第３级为一般洪水;第４级为大洪水;第５级为特大洪水。各级划分是采用流体力学能量方程,位能与动力之各用Ｅ指数表示,再将Ｅ值按Ｐ－Ⅲ型分布将其密度函数转换成Ｚ指数,按Ｚ值正态分布特点划分洪水等级。松花江在９８年中共发生过１９次洪水,嫩江在４７年中共发生过１０次洪水     

2003年淮河流域大洪水的雨情、水情特征分析

利用地面加密资料，分析了2003年淮河流域6~7月降水的时空分布和气候统计特征以及降水雨情、水情特征，并与历史同期进行了比较。结果表明:2003年淮河流域梅雨期经历了7次强降水过程，降水总量和洪水流量都超过1991年同期，但低于1954年梅雨期；2003年淮河流域降水的突出特点是:雨带稳定、暴雨集中和突发性强；水情特点是:洪峰逐次递减；造成淮河流域全线超警戒水位的重要原因是:2003年春季降水偏多、7月份副热带高压位置偏南以及淮河中游下段河床剖面倒比降。     

从1999年叶尔羌河和克孜河洪水看新疆河流水情变化趋势

1999年南疆西部的叶尔羌河发生了冰川湖大洪水，克孜河暴发了暴雨泥石流堵塞的特大溃坝洪水，给喀什地区造成很大灾害；同时随着全球气候变暖，新疆的暴雨洪水和冰川湖洪水以及融水与暴雨混合洪水发生频次明显增加，但总的干旱背景不会改变。     

近57a长江黄河源区径流量变化异同特征分析

利用1956~2012年长江和黄河源区内2个水文站点逐月流量数据,分析了近57a两江源区径流的长期变化趋势、突变特征以及周期特征的异同。结果表明:长江源区径流量月变化呈单峰型,峰值在7月;黄河源区则表现为双峰型,峰值分别出现在7月和9月。近57a来,长江源区各季节及年平均径流量均呈现上升趋势,而黄河源区表现为年平均、春季和秋季平均流量呈下降趋势,而夏季和冬季则表现为上升趋势的特征。长江源区1960年和1968年前后的突变点比较可靠,在1998年前后可能也存在一次突变;而对于黄河源区,则在1960年和1968年前后的突变点具有较高的可靠性。长江源区年径流量主要存在9~10a和准22a的变化周期,而黄河源区年径流主要存在4a、7~8a和准16a的变化周期。      

Tide,Wind, and River Forcing of the Surface Currents in the Fraser River Plume

A long-term record of surface currents from a high-frequency radar system, along with near-surface hydrographic transects, moored current meter records, and satellite imagery, are analyzed to determine the relative importance of river discharge, wind, and tides in driving the surface flow in the Fraser River plume. The observations show a great deal of oceanographic and instrumental variability. However, averaged quantities yielded robust results. The effect of river flow, which determines buoyancy and inertia near the river mouth, was found by taking a long-term average. The resulting flow field was dominated by a jet with two asymmetric gyres; the anticyclonic gyre to the north had flow speeds consistent with geostrophy. The mean flow speed near the river mouth was 14.3?cm?s^–1, while the flow further afield was 5?cm?s^–1 or less. Wind stress and surface currents were highly coherent in the subtidal frequency band. Northwesterly winds drive a surface flow to the southeast at speeds of nearly 30?cm?s^–1. Southeasterly winds drive a surface flow to the northwest at speeds reaching 20?cm?s^–1; however, there is more spatial variability in speed and direction relative to the northwesterly wind case. A harmonic analysis was used to extract the tidally driven flows. Ellipse parameters for the major tidal constituents varied considerably in both alignment and aspect ratio over the radar domain, in direct contrast to a barotropic model which predicted rectilinear flow along the Strait of Georgia. This is a result of water filling and draining the shallow mud flats north of the Fraser's main channel. The M₂ velocities at the surface were also weaker than their barotropic counterparts. However, the shallow water constituent MK₃ was enhanced at the surface and nearly as strong as the mean flow, implying that non-linear interactions are important to surface dynamics.