多普勒雷达回波资料网格化设计

对多普勒雷达回波资料转换为网格点资料的方法进行了初步设计,供MICAPS、SURFER等应用系统调用,为后续开展数值模拟工作创造条件。所使用的网格点精度有1×1、5×5、10×10、20×20km,范围可单部或多部雷达,时间为每6min1次,产品有原始网格点文本、MICAPS数据格式、等值线图、向量图和网状结构三维图等,网上传输压缩比为90%。     

150年来大气甲烷浓度的长期变化

应用作者建立的全球二维大气化学模式 ,采用 2种CH4 排放源的长期增长方案 ,同时考虑了CH4 排放源以及对OH自由基浓度有重要影响的CO和NOx 排放源的长期变化 ,模拟了CH4 和OH从 1840～ 2 0 2 0年的长期变化趋势。考虑了世界人口增长的排放源方案可以更好地模拟CH4 的长期变化 ,模拟结果表明 ,工业革命前的大气CH4 浓度和年排放总量分别为 76 0× 10 -9(V/V)和 2 80× 10 9kg ,1991年大气CH4 的浓度和年排放总量分别为16 11.9× 10 -9(V/V)和 5 33 .9× 10 9kg ,对流层OH自由基数浓度从 1840年的 7.17× 10 5分子数 /cm3 下降到 1991年的 5 .79× 10 5分子数 /cm3,降低了 19%。工业革命以来大气CH4 的增长一方面是由于CH4 排放源的增长 ,另一方面是由于大气OH浓度的下降。     

台风“温比亚”（1818）造成山东极端强降水的成因分析

利用气象卫星、多普勒天气雷达、区域自动气象观测站及常规气象观测资料,结合NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料（0.25°×0.25°）,对2018年18号台风“温比亚”及其残骸长时间影响山东引发特大暴雨的成因进行分析发现：1）此次极端降水可分为三个阶段,分别受台风外围螺旋云系、倒槽和变性后温带气旋冷锋影响,其中弱冷空气与台风倒槽相互作用对强降水的产生和维持起到了重要作用。2）“温比亚”缓慢北上过程中,强降水落区从台风东侧逆时针转至其北部倒槽附近,并逐渐远离台风中心,台风强度逐渐减弱。3）冷空气在对流层中层与台风倒槽相互作用,中层冷暖平流增强形成锋区,斜压不稳定能量增强,暖湿空气在锋区附近上升,并与低层倒槽辐合上升运动相配合,引发了倒槽附近特大暴雨的发生。4）此次过程中,低空急流稳定维持,源源不断地将水汽自东海输送至台风倒槽附近,水汽输送集中在800 hPa以下,850 hPa水汽通量辐合强度大于8×10-6 g·cm-2·hPa-1·s-1区域与暴雨落区的形态和位置对应良好。5）对流层中层的弱冷空气和低层的强暖湿气流促进了对流不稳定层结的发展和维持,低层强风速带在鲁中山区迎风坡强迫抬升不断触发中尺度对流系统,在中高层气流引导和地形作用下产生“列车效应”,也是此次过程中局地特大暴雨产生的重要因素。     

基于ERA5资料的陕西地区云水资源评估

利用1981—2020年欧洲中心高分辨率ERA5再分析资料及站点实测降水资料,通过中国气象局人工影响天气中心发布的云水资源监测评估方法,对陕西云水资源进行了评估。结果表明：陕西年均水汽总量28 6702×108 t,水凝物总量1 9384×108 t,降水总量1 3907×108 t,云水资源总量5477×108 t,“南多北少”的纬向分布特征明显;近40 a陕西全域云水资源呈下降趋势,含量丰沛的南部地区下降最为明显;液态水凝物主要位于低层850~600 hPa,固态水凝物主要位于中层650~350 hPa,根据水凝物垂直分布,春、秋两季人工影响天气的适宜催化高度约为3~5 km,冬季2~4 km,夏季4~8 km;陕西西、南边界水汽和水凝物净流入,东、北边界净流出,区域整体净收支为正,多年气候倾向率为负,呈下降趋势。     

内蒙古一次极端暴雪事件中冻雨成因分析

利用常规观测资料、地面自动站资料、NCEP 1°× 1°再分析资料及雷达资料等多源资料对 2020 年 11 月 18~19日发生在内蒙古东南部罕见历史极值特大暴雪事件的背景下通辽市冻雨灾害天气成因进行了分析。结果表明：冻雨发生时段,各站地面气温稳定波动较小,基本维持在-1℃~-2℃,降水量和降水强度较小,占总量的25%,强度在2mm/h以下。550 hPa至450 hPa之间存在干冷空气侵入,湿层深厚达550hPa,存在双逆温层结,近地层930 hPa(-4℃)至860hPa(3℃)存在强逆温层,其暖层最高气温为2℃至4℃,冷层最低气温为-2℃至-4℃,气温零上和零下两个层结在探空T-lnP图中面积相当,存在典型的“冷-暖-冷”层结特征。近地层冷垫是强冷高压南侵,受到江淮气旋和地形阻挡,在平原地区堆积形成,有持续的近地层冷平流补充条件重要,冷平流强度在-10×10^-5℃.s ^-1至-20×10^-5℃.s ^-1。中层暖区融化层是700、850hPa低涡前部,西南暖湿低空急流顶端到达冷垫上空并沿冷垫爬升叠置形成,持续的暖平流特征明显,暖平流强度在10×10^-5℃.s ^-1至20×10^-5℃.s ^-1。两层之间具有明显的锋区特征,雷达观测在冻雨区具有明显的回波强度增大的特征。最后讨论了冻雨复杂的成因和多种气象条件影响及预报着眼点。     

甘肃省春季沙尘暴强弱年份大气环流特征对比分析

文中使用NCEP/NCAR1955～2000年全球月平均再分析网格点资料(2.5°×2.5°纬度/经度)和甘肃省区域性沙尘暴过程资料,分别选取了甘肃省5个春季典型沙尘暴年份和5个春季非沙尘暴年份,对其气候平均的大尺度环流场和有关物理量场的动力和热力结构差异进行了对比分析。初步探讨了甘肃省春季沙尘暴发生与全球海温异常的关系。分析结果表明,甘肃省春季沙尘暴年和非沙尘暴年大尺度高低空环流场和有关物理量场差异明显,从而揭示了沙尘暴形成的大尺度环流以及动力和热力因子影响的事实,以期对我国西北地区沙尘暴气候成因有更全面深入的了解,为沙尘暴短期气候预测提供理论依据和强信号。     

闪电产生NOX机制及中国内陆闪电产生NOX量的估算

对闪电产生NOX的物理机制及化学过程进行了分析,并根据闪电物理及不同经纬度上观测到的闪电资料,对中国内陆地区闪电产生的NOX进行了估算.结果表明各纬度上每100km2内闪电产生NOX估算的年平均值(WLNOX)从南到北随纬度的增高而降低,在广东、陇东、北京和东北地区的最高值分别为6.41×106gN/100km2/yr、4.26×106gN/100km2/yr、3.65×106gN/100km2/yr和3.52×106gN/100km2/yr.闪电产生的NOX主要分布于35°N以南的地区,从陇东地区向南到广东地区的闪电产生的NOX占整个中国内陆的2/3以上.整个中国内陆地区闪电产生NOX的年平均估算值为 3.84×1011gN/yr.就广东地区而言,强雷暴的活动月闪电产生的NOX比弱雷暴活动月的大一个量级.在雷暴天气过程中闪电产生NOX浓度的峰值都无一例外地出现在雷暴云发展的成熟期,其直接原因主要是雷暴云成熟期的高闪电频数.     

黑色“杀手”——沙尘暴

今年 3月以来 ,在大约两个月中 ,我国先后出现了 12次扬沙和沙尘暴天气 ,波及西北地区东部、华北地区、东北地区南部和长江中下游广大地区。所经之处 ,尘土蔽日 ,一片混沌。有近 2 0个省会城市遭受沙尘的严重污染。其影响范围之广 ,前所未所。在荒漠和半荒漠地区尘暴与沙尘暴往往是同时发生 ,从而形成了沙尘暴。特大的强尘暴称之为黑风暴。我国气象上定义 :发生沙尘暴时 ,最大瞬间风速≥ 2 5米 /秒 ,能见度 <50米时 ,就称之为黑风暴。沙暴现象发生时 ,风力一般在 4— 8级 ,近地面的细沙和粉尘被输送到 15— 30米的高度 ,水平能见度可维持在…     

塔克拉玛干沙漠区域性与塔中局地性沙尘暴特征比较

利用2005—2014年塔克拉玛干沙漠腹地塔中及沙漠周边15个气象台站沙尘暴资料,根据塔中发生沙尘暴时周边台站响应数和范围,划分出影响塔中的区域性与局地性沙尘暴,分析沙尘暴的持续时间、能见度、类型、时间变化等特征。研究结果表明:(1)10 a塔中发生沙尘暴日数为170 d比沙漠南北缘14个气象台站的平均值高,比肖塘少,其中区域性沙尘暴日数为80 d,局地性沙尘暴日数为90d;(2)总体上,塔中区域性沙尘暴的持续时间比局地性沙尘暴长,能见度比局地性沙尘暴低;(3)区域性沙尘暴可按盛行风向分为5类,这5类沙尘暴的季节分布不均匀;(4)区域性与局地性沙尘暴10 a波动增长,区域性沙尘暴多发生在春季,局地性沙尘暴多发生在夏季,区域性沙尘暴的年际和年内变差系数都小于局地性沙尘暴,区域性与局地性沙尘暴白天发生频率大于夜晚,局地性沙尘暴主要发生在午后,区域性沙尘暴各个时间段均可发生。     

闪电辐射场的宽带频谱测量及地闪首次回击放电参数的估算

我们用一台自制宽带电场接收机和四台窄带电场接收机对同一闪电的辐射场进行了测量,得到了从2kHz到80MHz频段内云闪和地闪的绝对振幅谱。云闪和地闪的谱峰值分别出现在4kHz到10kHz和20kHz到80kHz频段内。在10kHz到2.8MHz内,地闪的平均谱按1/f衰减,2.8MHz到80MHz内,按1/f~(1·4)衰减。在40kHz以上,云闪的平均谱按1/f~(1·4)衰减。40kHz以下,地闪是主要的辐射源,40kHz以上,云闪和地闪有几乎相等的辐射强度。50km距离上,地闪首次回击辐射电场峰值的平均值为15.16V/m,标准差为8.38V/m。1MHz以下,地闪首次回击辐射总能量为0.84×10~5J,标准差为1.57×10~5J。峰值功率为0.85×10~(10)W,标准差为0.98×10~(10)W。峰值电流为27.80kA,标准差为17.12kA。电流时间变化率峰值为109.30kA/μs,标准差为91.53 kA/μs。我们对观测到的一些特殊的闪电现象也做了初步解释。     

沙尘暴影响下北京沙尘气溶胶的垂直分布及溯源分析

采用云-大气气溶胶激光雷达红外探索卫星观测系统(Cloud-Aerosol Lidarand Infrared Pathfinder Satellite Observations,CALIPSO)资料,得出了2013年3月8-11日的一次途经新疆、甘肃、内蒙古等地的沙尘暴,对造成北京的沙尘天气影响下的沙尘气溶胶的空间垂直分布图。在此基础上研究了衰减后向散射系数、退偏振比、色比等光学特性参数。结果表明:在此次沙尘暴影响下造成的北京地区沙尘天气过程中,气溶胶的退偏振比在0.1~0.4之间,色比大于0.3。3月10-11日北京地区的沙尘气溶胶分布高度从3km以下被抬升至约4km。再利用欧拉-拉格朗日混合单粒子轨道模型(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)和NAAPS全球气溶胶模式,模拟分析了这次沙尘的来源和传输过程,表明此次沙尘起源于南疆盆地和内蒙古中西部,影响甘肃大部、内蒙古中西部、宁夏、山西北部和河北西北部、北京等地区。并用双波长迭代反演法初步反演了3月10、11日北京地区处于沙尘天气情况下的气溶胶光学厚度,分别为0.334和0.621。     

2010年民勤沙地近地面沙尘气溶胶浓度特征

为了更好地研究沙尘气溶胶起沙和输送特征,2010年4—5月,在民勤周边沙地利用EZ LIDAR ALS300&ALS450型激光雷达和 GRIMM 180型颗粒物采样器进行了大气气溶胶的外场连续观测,取得了晴天、浮尘、扬沙和沙尘暴天气条件下沙尘气溶胶总后向散射垂直剖面图和PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0质量浓度采样资料,其中包含“0424”特强沙尘暴过程资料。结果表明：春季民勤近地层大气中沙尘气溶胶浓度较高,且随气象要素的变化很大;在整个观测期内,PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0的平均质量浓度分别为202.3、57.4 μg/m³、16.7 μg/m³。在不同天气条件下,PM₁₀、PM_2.5、PM_1.0质量浓度的变化有很好的相关性,但变化趋势有所不同。在沙尘暴天气条件下,PM₁₀的日平均质量浓度高达2469.1μg/m³,是背景天气条件下PM10日平均质量浓度的100多倍,是浮尘天气条件下PM10日平均质量浓度的8倍,是扬沙天气条件下PM₁₀日平均质量浓度的2倍。PM_2.5在沙尘暴天气下日平均质量浓度为460.3 μg/m³,是背景天气条件下PM_2.5日平均质量浓度的45倍,是浮尘天气条件下PM_2.5日平均质量浓度的6倍,是扬沙天气条件下PM_2.5日平均质量浓度的1.4倍。PM_1.0在沙尘暴天气条件下的日平均浓度为92.7 μg/m³,是背景天气条件下PM_1.0日平均浓度的13倍,是浮尘天气条件下PM_1.0日平均浓度的7倍,是扬沙天气条件下PM_1.0日平均浓度的1.3倍。可见,风速增大时沙尘粒子浓度的增加对粒子粒径是有选择的,小粒子比重随沙尘浓度增加而相对减小,大粒子比重随沙尘浓度增加而相对增多;通过对“0424”特强沙尘暴过程的研究表明,一次沙尘暴过程往往包括沙尘暴、扬沙和浮尘天气中的两种类型;通过对激光雷达数据分析发现,在强沙尘暴发生过程当中,民勤沙地发生了非常严重的风蚀起沙现象。     

利用星载和地基激光雷达分析2019年5月东亚沙尘天气过程

2019年5月中旬,中国北方出现大范围沙尘暴天气,此次天气过程持续时间较长,影响范围较大。利用星载激光雷达CALIOP（Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization）和地基激光雷达AD-NET（Asian Dust and aerosol lidar observation NETwork）数据,对此次沙尘天气过程中沙尘气溶胶的分布特征以及沙尘传输过程进行分析;利用国家气象信息中心提供的小时天气实况数据对星载激光雷达资料以及后向轨迹模型HYSPLIT（the HYbird Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory）得到的传输路径进行验证,同时结合空气质量数据分析此次天气过程对空气质量的影响;利用欧洲中心ERA-Interim再分析资料对此次沙尘天气成因进行分析。结果表明:（1）2019年5月10～16日沙尘天气主要分为两阶段,第一阶段为5月10～12日,第二阶段为13～16日。（2）通过CALIOP垂直特征层产品,发现在太平洋地区5～10 km的较高高度上,存在沙尘气溶胶,到达日本地区时,沙尘气溶胶的退偏比和色比平均值分别为0.14和1.29。（3）经过星载和地基激光雷达数据的综合分析,发现5月13～18日期间,沙尘气溶胶对日本长崎站点和韩国济州岛地基激光雷达站点的平均贡献率均值分别为42.16%和39.25%。（4）筛选了星载激光雷达经过日本和韩国站点的轨迹,对比分析两种数据的衰减后向散射系数以及表观散射比,发现两种数据的表观散射比廓线分布具有相近的变化趋势。（5）在沙尘天气期间,颗粒物浓度显著增加,PM₁₀浓度最大值超过1500 μg m?3,是国家一级浓度标准的30倍;而5月11日PM_2.5浓度在甘肃省最大,最大值达到国家一级浓度标准的7倍,14日最大值甚至达到12倍;PM₁₀与PM_2.5的浓度比值也在甘肃新疆多地达到6以上。（6）内蒙古西部的小槽的加深以及南压,使得西北冷空气稳定南下;在14日,不稳定层结加深导致沙尘天气再一次爆发。     

一次雷暴大风引发的强沙尘暴天气的中尺度系统分析

使用探空、地面和张掖多普勒天气雷达观测资料对2013年7月30日发生在河西走廊的一次强沙尘暴天气进行了分析。结果表明：这次雷暴大风沙尘天气是对流层低层冷平流作用下,不稳定能量释放形成的β、γ中尺度对流系统造成的,雷暴下击暴流的辐散流和密度流是引发地面强风和沙尘暴的直接因素。高层干、中层相对湿和低层干的层结,易产生雷暴大风天气。1 h正变压和负变温演变能很好地反映雷暴下击暴流形成的雷暴高压和冷池的强弱变化,同时也反映了下击暴流的辐散气流和冷池密度流造成的地面大风及沙尘天气的变化。     

南疆西部沙尘天气长期变化及突变特征分析

利用南疆西部15个国家气象站1961—2019年逐日沙尘天气资料，采用气候倾向率和统计检验等方法对南疆西部沙尘天气的时空变化特征进行分析。研究表明：春季为南疆西部沙尘暴及浮尘天气出现最多的季节、扬沙天气出现次多的季节，分别占全年沙尘暴、扬沙、浮尘的49%、38%、43%；夏季为扬沙天气出现最多的季节、是沙尘暴、浮尘天气出现次多的季节，分别占全年沙尘暴、扬沙、浮尘的35%、43%、35%；冬季为低频季节，发生占比分别为7%、6%、14%。南疆西部沙尘天气呈东多西少特征，山区沙尘天气日数明显少于平原，浮尘天气平原地区分布均匀，沙尘暴、扬沙平原东部和南部区域多于平原腹地。沙尘天气日数年际变化振幅较大，沙尘暴、扬沙、浮尘日数整体呈明显减少趋势。浮尘年际变化周期显著，其次为扬沙与沙尘暴，1984和1977年为沙尘暴、浮尘统计定义上的突变年份，扬沙存在2个突变点，分别为1982和1992年。沙尘暴和扬沙的主导风向为偏西北风，浮尘主导风向为偏东北风，主导风向与地形影响关联密切。     

水平螺旋度在沙尘暴预报中的应用

为了更准确地预报中国北方沙尘暴的强度和范围,应用2002—2010年3—6月逐日08和20时高空流场资料、高空图资料和地面每3 h的天气图资料,计算近地面至500 hPa的水平螺旋度。结果表明,螺旋度负值中心值越大,辐合上升运动越强,风速越大,对应沙尘暴的强度就越强。螺旋度负值中心常常在河西走廊附近最强,沙尘暴发生在螺旋度负值中心附近或下游。在沙尘关键区(40°—48°N,84°—120°E)当出现螺旋度≤-600 m2/s2的负值中心时,6 h内该区或其下游将产生能见度低于500 m的强沙尘暴,螺旋度负值中心与下游沙尘暴发生区有良好的对应关系。通过对中国北方区域性强沙尘暴典型个例、甘肃省河西走廊东部沙尘天气的对比分析,螺旋度有较强的日变化,白天强于夜间,对冬春季中国北方干旱区的冷锋型沙尘暴天气有较强的预报能力。     

雷暴云特征数据集及我国雷暴活动特征

基于FY-2E气象卫星相当黑体亮度温度（TBB）和云分类数据（CLC）及全球闪电探测网（WWLLN）闪电数据,通过对TBB不超过-32℃的云区进行椭圆拟合,定义1 h内上述云区或椭圆区域有WWLLN闪电发生的个例为雷暴云,获得雷暴云时间、位置、形态、结构、闪电活动等特征参量,构建雷暴云特征数据集,并基于该数据集初步分析了我国陆地和毗邻海域的雷暴活动特征。研究表明:我国华南、西南、青藏高原东、中部和南海雷暴最为活跃,华北和东北地区是北方雷暴活动较强的区域。雷暴活动时间变化海陆差异明显,陆地雷暴活动峰值出现在6—8月,南海雷暴活动一个峰值出现在5月左右,另一峰值出现在8月后,且纬度越低出现越晚。陆地大部分地区雷暴活动在14:00—20:00（北京时）达到峰值,毗邻海域雷暴活动峰值主要出现在早上。雷暴云TBB不超过-32℃面积符合对数正态分布,峰值区间位于1×103~1×104 km2,平均值为3.0×104 km2。南海雷暴云面积最大,陆地上大于雷暴云面积平均值1.2×105 km2的区域主要分布于我国地形的第一阶梯和柴达木盆地。     

2013年春季沙尘天气特征及其成因

2013年春季,我国共出现了7次沙尘天气过程,其中沙尘暴2次,扬沙5次,是沙尘天气频次总体偏少,但发生时间偏早、影响范围较广的一年。通过对2012/2013年冬季及2013年春季天气气候特征的分析表明：（1）2012/2013年冬季,西伯利亚高压脊较常年平均明显偏弱,影响我国北方地区的西北气流及冷空气偏弱,我国大部地区气温偏高,不利于冬季土壤冻结,土质较为疏松,加之蒙古国及内蒙古大部地区纬向风为偏西风的正距平区,有利于起沙及沙尘粒子向偏东方向输送,这是造成2013年沙尘天气早发的主要原因;（2）2013年春季,我国北方大部地区处于该弱脊脊前西北气流,我国北方除东北地区气温较常年偏低外,其他大部地区气温均偏高,土壤解冻较早,加之3~4月降水偏少,植被状况偏差,土质疏松,是形成沙尘天气的主要原因;（3）气温偏高、降水偏少、土壤湿度降低,但2013年春季沙尘暴反而减少了,说明这些因素并不是沙尘暴发生的直接因素,而是造成沙尘暴发生的短期天气气候变化的间接原因。     

塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴发生条件分析

利用塔中气象站1997—2002年的气象资料, 从沙尘源丰富程度、风动力条件和空气稳定度等方面分析了塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴的成因。结果表明:在塔克拉玛干沙漠腹地, 沙尘源极为丰富, 为沙尘暴发生提供了必要条件, 降水基本不能改变沙面的湿润状况, 沙尘源丰富度不是沙尘暴发生的限制因子; 风动力是沙尘暴发生的重要条件, 而月平均风速和大风日数是风动力的重要定量表征指标; 空气稳定性也是沙尘暴发生的重要条件, 温度和天气过程是其重要标志, 沙尘暴发生与温度呈正相关, 沙尘暴多发生在夏季和午后; 降水是沙漠腹地天气过程的重要指标, 月降水日数和降水总量与沙尘暴日数呈正相关; 20世纪90年代以来沙尘暴逐年减少, 这种变化趋势可能与全球气候变化有关。     

甘肃省近30年沙尘暴、扬沙、浮尘天气空间分布特征

通过对甘肃省1971－2000年共30年沙尘暴、扬沙、浮尘天气发生日数的分析，给出了年平均和四季的空间分布特征，并分析了沙尘天气形成的原因。分析发现，从武威开始，经景泰、白银、会宁到天水、徽县存在一个沙舌区，是浮尘天气的多发区。该沙舌与甘肃中部至陇南的干舌基本吻合，与青藏高原东北边缘的地形走向基本一致。该沙舌的存在是甘肃省中东部生态环境脆弱、荒漠化进一步发展的重要因素。