气溶胶对北京地区云和降水影响的模拟研究

利用中尺度气象模式WRF中一个含有云凝结核CCN活化过程的双参数云微物理方案（NSSL 2-mom+ccn）,研究不同气溶胶导致的初始CCN浓度对云物理和降水过程的影响。完整地模拟了北京市2015年7月16-17日一次典型的从小雨到暴雨连续降水过程,包括降水主要集中的时间段,雨带的西北—东南走向,降水初期普降小雨、后期转变为中到大雨甚至局部地区出现暴雨,24小时最大累积降水量可以达到65 mm,模拟结果与实测符合较好。模拟得到的区域平均累积降水量随着气溶胶的增加而减少,与其他研究根据地面降水与能见度资料统计分析的结论相一致。比较详细地给出了气溶胶对云的微物理结构、水成物时空分布以及微物理过程的转化率的影响。     

北京地区景观城市化进程对暴雨过程的影响——以“7·21”暴雨为例

利用美国环境预测中心（NCEP）和美国国家大气研究中心（NCAR）等美国科研机构开发的气象模式WRF 3.8版本,采用北京地区不同时期的土地利用数据,选取影响北京的一次典型暴雨过程,应用包含多层城市穹顶模式的模式参数化方案对其进行模拟研究。从小时降水模拟结果来看,景观城市化区域（城市下垫面）的扩张使得暴雨持续更久,使用2010年土地利用数据模拟的2012年7月21日暴雨过程小时降水量大于16 mm的时长较使用1990年土地利用数据模拟的结果增加了1 h;从累积降水结果来看,使用2010年土地利用数据模拟的24 h累积降水大于150 mm的区域较使用1990年土地利用数据模拟的结果增加了1534 km ²。本文中模拟的逐小时降水与实际情况存在一定的差距,未来的工作会深入研究模式的参数化方案和降水产生的机理进而深入地研究景观城市化进程对暴雨过程的影响。进一步研究需针对城市人为活动产生的大气气溶胶粒子、景观城市化密度变化等因子,探究景观城市化对暴雨的可能影响。     

1960—2017年太湖流域不同等级降水时空特征

基于太湖流域1960—2017年逐日降水数据，运用Mann-Kendall非参数检验法、R/S分析等方法，分析太湖流域不同等级降水的时空变化特征，并探讨了不同等级降水对年降水的影响。结果表明：1）近60年来，流域小雨发生率最高，为73.55%；年总降水量中，中雨量所占比例最大，为32.05%。小雨发生率呈显著减少趋势，暴雨贡献率呈显著增加趋势。2）太湖流域大雨、暴雨的降水量和降水日数都呈显著增加，小雨日数显著减少，小雨强度、年总降水强度显著增强。3）不同等级降水变化趋势的空间分布存在明显差异。小雨日数与年总降水日数，以及小雨强度与年总降水强度的变化趋势空间格局相一致。中雨日数、大雨日数、暴雨日数变化趋势的空间分布与其对应的降水量变化趋势的空间格局相似。4）R/S分析结果显示，小雨、暴雨、年总降水相关指标（小雨量除外）都表现出较强的持续性，未来变化趋势与过去相一致。5）近60年来，太湖流域年总降水量、降水日数、年总降水强度的变化，分别受中雨量、小雨日数、暴雨量的影响较大。在旱年流域年降水量偏少受大雨量减少的影响较大，而涝年年降水量偏多受暴雨增加的影响较大。     

1961—2017年华北地区降水气候特征分析

基于华北地区1961—2017年的均一化降水数据，从降水量、降水强度、降水日数和降水量贡献率等方面揭示了华北地区降水的气候特征。结果表明：1961—2017年华北地区年降水量以3.2 mm/10a的速率减少，其主要原因是夏季降水的减少。空间上，降水量大值区的降水趋势变化呈减少特征；降水强度呈增大趋势，降水的时间分布更加集中；小雨、暴雨和大暴雨及以上量级降水日数和贡献率呈减小趋势，而中雨和大雨则有所增加；分析各等级降水对华北地区空间分布的贡献率，小雨事件对华北地区西部降水的贡献最主要，大雨、暴雨和大暴雨对华北东南部地区降水量的贡献最为主要，这进一步解释了小雨、暴雨和大暴雨及以上量级降水量的减少造成了华北地区西部和东南部地区降水总量的下降。华北地区降水气候特征研究可为区域气候变化以及暴雨、干旱等灾害应对提供科学支撑。     

丽江近51年暴雨异常气候特征

利用丽江地区常规观测资料,对丽江地区近51年来暴雨事件发生的频次及强度进行分析,研究结果表明：（1）丽江地区暴雨事件全部发生在汛期内（5～10月）,呈单峰型分布,7月、8月为暴雨集中发生时期,连续性暴雨事件在丽江地区属于极小概率事件.（2）暴雨事件发生频次与降水量均呈现一致上升趋势,在年际尺度上具有3～5年的周期性.（3）丽江地区小雨发生频次最多,占总降水频次比率超过63％.暴雨频次所占比率较小,最高发生在7月,仅为2.69％.大雨与暴雨的频次占总降水频次不足9％,但由极端降水事件产生的降水量却占总降水量超过35％.（4）小雨、中雨的降水量年际变化稍小,呈下降的趋势;大雨、暴雨的降水量年际变化明显,有明显的上升趋势.     

中国强降水过程时空集中度气候趋势

基于日降水资料序列提出一种度量不同强度降水过程时空集中程度的指标,根据中国740个气象站逐日降水资料研究分析了我国强降水过程集中度和集中期及其相关统计特征,结果表明暴雨过程年内集中度与年降水量正相关区与中国降水空间分布有很好的一致性;在对大范围洪涝灾害研究方面,暴雨过程年内集中度和集中期在定量地表征降水量在时空场上的非均匀性时有更高分辨力; 暴雨过程年内集中度比较清晰地反映出长江流域、江淮地区洪涝增加的趋势及黄河中下游、华北强降水减少的趋势。该方法可直接应用到评估水旱灾害及其气候影响等领域。     

贺兰山两侧沙漠及污染城市CCN分布特征的观测研究

 利用DMT公司生产的连续流单过饱和度云凝结核计数器2007年8月在内蒙古自治区阿拉善左旗、宁夏回族自治区石嘴山市惠农区进行观测,并利用机载PMS观测资料,探讨贺兰山两侧云凝结核(CCN)在近地面和高空的垂直变化。分析表明,CCN主要来源于下垫面,污染地区的浓度明显高于沙漠地区,城市污染对CCN浓度的影响很大。CCN浓度的日变化非常明显。不同过饱和度下粒子谱谱型不同,主要表现为单峰型。过饱和度越大,活化的CCN数目越多,产生的粒子半径越大。高空观测表明,CCN、气溶胶数浓度在近地面较高,随高度的上升逐渐降低,遇到逆温层会出现浓度的跃升,其活化液滴谱型表现为双峰型,与地面相比,粒子谱向大粒子端移动,峰值半径在4 μm和6 μm左右。气溶胶粒子浓度主要集中在粒径0.3 μm以下;根据公式N＝CSK对地面的CCN活化谱进行拟合,接近大陆型核谱。不同地区及同一地区不同时间范围,CCN浓度、活化谱及活化后的液滴谱存在差异,需要在不同地区、不同季节对CCN谱型演变特征进行长期连续观测,从而认识CCN浓度及谱型的变化对云雾降水过程及气候变化的作用。不同地区可充当CCN气溶胶的谱分布及表面化学成分不同,其对CCN数浓度及谱分布的影响也不同,在观测中需要增加化学成分的观测,深入了解CCN浓度的时空分布特征。     

乌鲁木齐1991-2010年降雨特征分析

 利用1991—2010年5—9月乌鲁木齐市气象站降水量资料,分析了乌鲁木齐近20 a降雨特征。结果表明,逐小时降水量和降水频次呈现较为一致的日变化特征,均以20时以后至翌日11时左右为高值区,在下午16时达最低值;1 h降水频次最多的是量级≤1.0 mm的降水,其次是1.1 mm≤R1≤3.0 mm,但1.1 mm≤R1≤3.0 mm量级的降水贡献率最高,其次是R1≤1.0 mm。不同量级降水过程均有较为明显的年际差异,小雨过程发生的频次最多,其次为中雨、大雨和暴雨过程。前半夜为小雨、中雨和大雨过程最易发生时段,下午为暴雨过程最易发生时段。小雨、中雨、大雨和暴雨过程发生最多的时段分别为7月中旬、5月中旬、5月中下旬、5月上中旬与7月中旬及8月下旬。短时性降水(1~3 h)主要集中在前半夜,持续4~6 h和7~9 h降水多集中在前半夜到后半夜,持续10~12 h及以上的降水多发生在下午至后半夜。20 a来雨日年际变化不明显,后10 a和前10 a相比,暴雨日数有所增加,而其他量级及总雨日均减少。     

WRF模式对昆明降水量预报的模拟检验

检验分析2013年到2016年WRF模式对昆明降水量预报的TS评分时空分布特征。采用中尺度WRF模式系统模拟昆明典型大尺度天气系统的近两年雨季降水天气,进行模式预报性能的评估研究,并对比分析WRF模式预报与日常业务主观预报。结果表明:降水TS评分空间分布除了小雨外都不均匀,中雨TS评分是南部和西部地区较优,大雨TS评分是西南部和东部地区较优,暴雨TS评分是东南部和西北部地区较优。WRF模式小雨和暴雨TS评分低于主观预报;WRF模式和主观预报在切变线和孟湾风暴系统下预报性能较好;WRF模式在静止锋、南支槽、西南涡和西行台风过程中的中雨以上降水预报能力优于主观预报,而主观预报对两高辐合和切变线过程的强降水预报较好。     

1974～2018年曲靖市各等级降水的气候特征及其与年降水量的关系

收集1974～2018年曲靖市9个大监站降水日数据,利用气候倾向率和突变检验等方法,分析降水日和年降水量气候特征及两者的关系,结果发现:(1)在曲靖市,小雨是主要降水事件,中雨对年降水量贡献最大。(2)各等级降水日和年降水量均呈"东南向西北"递减的空间分布。此外,从历年变化趋势看,降水日、小雨日、中雨日大部呈显著递减,大雨日、暴雨日区域性特征明显,各地表现不同程度的增减趋势。(3)20世纪90年代前,降水量变化相对稳定,90年代后缓慢减少。(4)进入20世纪90年代,小雨日、中雨日持续减少,导致年降水日显著减少,而中雨减少造成年降水量明显减少。2009～2012年大旱期内,中雨、大雨异常偏少,造成年降水量异常偏少。     

1961-2010 年中国降水强度变化趋势及其对降水量影响分析

探讨区域降水强度的时空变化趋势对于揭示区域气候变化规律、有效应对气候变化水资源影响等具有重要意义。利用756 个气象观测站1961-2010 年50 年逐日降水资料,分析了中国不同等级降水（小雨、中雨、大雨、暴雨及年均降水）强度的年际、年代际的变化趋势,以及不同等级降水变化在降水量增量中的贡献。结果表明：在年际变化中,降水强度总体呈现上升趋势,显著上升区域主要分布在中国东部秦岭-淮河线以南的地区;在不同等级降水强度中小雨强度变化趋势最为显著,中雨以上级别降水强度则相对稳定。在年代际变化中,各区域年代际降水强度变化差异明显,20 世纪60 年代和70 年代下降显著,80 年代、90 年代、21 世纪的前10 年则上升明显。此外,降水强度对降水量增量贡献由东至西呈“大-小-大-小”的相间带状分布;在中国西部,小雨、中雨、大雨强度对降水量增量起主导作用,而在中国东部暴雨降水强度在降水量贡献中起主导作用,且在东北区东南、黄淮海西北以及西南中部作用更加明显。     

淮河流域降水过程时空特征及其对ENSO影响的响应研究

基于淮河流域35个站点1961~2008年日降水资料,从成因角度研究不同厄尔尼诺-南方涛动事件（ENSO）事件对流域降水过程时空演变特征的影响。研究表明：① 流域降水过程出现沂沭泗河水系变干、淮河水系降水量缓慢增大的特征。② CPW年,年最长连续降水日数、年最长连续降水量的距平变化幅度大且为负值;EPC年,年最长连续无降水日数较常年明显增多;EPW年,连续降水日数变长、连续降水量减少。③ ENSO对流域强降水影响较大,在CPW和EPW年淮河水系暴雨、大雨日数较常年多,而沂沭泗河水系暴雨、大雨日数比常年少;EPC年与此相反。④ ENSO对连续4 d以上降水影响显著,其中EPC年影响最大。     

草甸草原降水特征与土壤水分对降水脉动响应——以呼伦贝尔草原额尔古纳市为例

利用额尔古纳牧业气象试验站降水量与土壤水分数据,通过降水与土壤水分动态变化及转化过程分析,确定土壤水分响应的降水临界值与不同降水级别引起土壤水分响应的概率,构建了降水过程量与土壤水分增量函数关系。结果表明：（1） 研究区降水量呈“先降后升”变化趋势,年内降水量呈单峰型分布。（2） 研究区以无降水天气为主,降水又以小降水事件占主导,大降水事件发生频次低、过程降水量大,小降水事件则相反。（3） 可以引起研究区0~50 cm各层土壤水分响应的降水临界值分别为8.1 mm、10.1 mm、19.0 mm、27.9 mm和31.6 mm,小雨仅能引起0~10 cm土壤水分响应的概率为28.6%,中雨不能引起40~50 cm土壤水分的响应。（4） 降水量与0~10 cm和10~20 cm土壤水分达到最大值时的滞后时间呈现出极显著负相关关系,与20~30 cm呈显著负相关关系,0~30 cm各层土壤水分达到最大值时的滞后时间与降水量符合幂函数关系。（5） 降水量和0~50 cm土壤水分增量均呈现出极显著正相关关系,降水量与0~10 cm和10~20 cm土壤水分增量符合线性关系,与20~30 cm、30~40 cm和40~50 cm土壤水分增量符合多项式关系。检验结果表明,构建的函数模型可以较好地模拟研究区0~30 cm各层水分增量。研究结果为地方政府抗旱减灾提供了科学依据。     

一种基于频率的GCM日降水偏差校正方法改进及其在长江流域的应用

对全球气候模式（GCM）数据进行偏差校正是气候影响评估的前提和基础。通过在等比分布映射（ERCDFm）校正法中引入对降水频率的校正,增补了降水日数偏少情况下的小雨日数,保留了降水频率的长期变化信号,提高降水日数及总降水量的模拟效果。以长江流域1961—2005年的格点化日降水资料作为观测数据,对5个GCM模式历史期以及RCP4.5情景下未来日降水进行校正。结果表明：改进后的ERCDFm校正方法明显改善了降水频率及降水量的模拟。降水频率与年降水量的RMSE分别较改进前降低了83%和58%,偏差值小于50 mm/a的格点占比由改进前31%提高至49%,解决了由于降水频率模拟偏低导致的降水量低估。校正后的预估结果表明：RCP4.5情景下,相对于1986—2005年,2030—2050年长江流域降水呈增加趋势（平均增幅为6.1%）,春、夏、秋、冬各季节降水量的平均增幅为8.2%、6.4%、4.7%和0.7%。     

陕西省近47a来降水变化分析

利用陕西省78个气象观测台站1961—2007年逐日降水量资料,分析了陕西地区降水变化特征及其对旱涝的影响。结果表明,47a来陕西地区的年降水量呈明显的减少趋势,减少幅度为18.4mm/10a,主要表现为春秋季降水的减少;降水日数的变化呈减少趋势,递减率为3.2d/10a,主要体现在小雨和中雨事件频率的下降;但是平均降水强度总体呈微弱的增强趋势,主要原因是大雨和暴雨频次的增加。在显著变暖的20世纪90年代以后,雨日减少,但暴雨增多,强度增强,该区域降水有向不均衡、极端化发展的趋势,旱涝灾害也有加重趋势。     

云南大理暴雨天气过程GPS大气可降水量特征分析

应用云南大理地基GPS观测站的数据反演得到的1h间隔GPS大气可降水量资料和自动气象站逐时降水资料,分析了云南大理地区4次暴雨过程的GPS大气可降水量的演变特征.结果表明,云南大理地区的暴雨天气过程中GPS大气可降水量呈现明显的1～2天的增湿过程和1～2次跃变过程,跃变过程与降水发生和结束有较好的关系,可为短期预报提供一个明确的水汽演变指标.     

近50 年来祁连山及河西走廊降水的时空变化

利用1960-2009 年的日降水量资料,采用线性趋势、5 年趋势滑动、IDW 空间插值、Morlet 小波分析、Mann-Kendall 突变检验等方法,对祁连山及河西走廊地区不同等级降水日数和降水强度的时空变化特征进行了研究。结果表明:不同等级降水日数和降水强度的多年平均在空间上既表现出东西分异,也表现出南北分异;不同等级降水日数的年际变化在绝大部分区域呈增多趋势,且自东向西增幅减小,大雨强度的年际变化在绝大部分区域呈增大趋势,其它等级降水强度为部分区域呈增大趋势,部分区域呈减小趋势;小雨、中雨日数的年际变化呈显著增多趋势,大雨日数呈明显增多趋势,暴雨日数呈不明显增多趋势,小雨、大雨强度的年际变化呈不明显减小趋势,中雨、暴雨强度呈不明显增大趋势;不同等级降水日数变化的周期集中在2a、5a、8a、11a、19a,不同等级降水强度变化的周期集中在2a、5a、11a、15a、25a;除小雨强度突变减小外,其它等级降水日数均突变增多,降水强度均突变增大,降水量的增加主要是降水日数的增多造成的,其中小雨、中雨日数的增多贡献最大。     

昆明市近50a降水变化特征分析

基于昆明市1967~2016年逐日降水资料,采用M-K突变检验、小波分析法和降水相对变率等方法对昆明市降水变化特征进行分析。结果表明:昆明市年降水量整体上呈减少趋势,并表现出"增加-减少-增加-减少-增加"的年际波动变化;年降水量存在三个突变点,且年降水量呈现15 a和34 a的周期变化;冬季降水量呈增加趋势,其它3季(春、夏、秋)降水量逐渐减少;不同季节降水量相对变率介于21.71%~51.76%之间,冬、春季降水量相对变率较大,容易发生干旱灾害;小雨、中雨年降水日数呈现减少趋势,大雨、暴雨年降水日数有增多趋势且有明显年际波动变化。     

秦岭—黄淮平原过渡带地形对降水影响*

本文首先用统计方法,分析了秦岭—黄淮平原过渡带降水量和暴雨分布的特点,然后探讨了地形对降水过程的影响松制。     

近47年环渤海地区不同级别降水事件变化

利用1961～2007年逐日降水资料,分析了环渤海地区不同级别降水日数、降水量和降水强度的气候特征和变化趋势.结果表明:年及四季雨日均呈减少趋势,雨日的减少主要体现在微雨和小雨日数的显著减少;降水强度略有增加,但主要是源于微雨和小雨降水强度的增加;20世纪90年代以来,小雨和中雨雨量对年总降水量的贡献较大,极端强降水频率和降水量减少,其对年总降水量的贡献偏小,造成环渤海地区年降水量减少,气象干旱加重;雨日的减少使连续无降水事件频率加大,也在一定程度上加剧了干旱程度.