X波段双线极化雷达差分反射率的衰减订正

同时发射水平和垂直极化电磁波的双线极化雷达,能同时获取两个通道的反射率和相位.使用极化雷达极化分集的物理基础是降水粒子在下落过程中总是呈现扁椭球形状,在平衡时,降水粒子椭率与其体积有关,差分反射率就是衡量粒子椭率大小的物理量.但是由于水平和垂直方向的差异,导致了这两个方向的衰减出现差异,进而导致差分反射率不能真实地反映粒子的椭率大小,所以必须进行衰减订正.本文使用实际雷达回波资料,利用反射率和差分反射率之间的约束关系,同时考虑了探测仰角对差分反射率的影响,通过统计拟合的方法,确定了差分衰减与差分传播相移之间的关系.在此基础上,比较了一次层状云个例的两个比较均匀降水区域在订正前后的差异.结果表明,雷达RHI、PPI图像在订正前后发生了明显的变化,差分反射率与反射率之间的关系得到改善,说明这种订正方法的可行性和实用性.这种使用实际雷达资料本身的约束关系进行订正的方法,可以灵活地根据不同的雷达、不同的地点、不同的天气环境统计相应的订正参数,因此避免了诸如温度等的变化对订正参数的影响,具有较好的实际应用前景.     

中国华东高海拔地区春夏季臭氧质量浓度变化特征及来源分析

利用统计方法和数值模拟对2008年4月18日-7月28日和2009年5月19日-8月20日在黄山光明顶的两次外场观测中臭氧（O3）数据进行了分析,讨论了中国华东高海拔地区O3的质量浓度特征和来源。结果表明,5、6和7月的月平均质量浓度分别为107．73、101．93和68．02μg·m^-1,其中5月和6月的月平均质量浓度相对于国内其他本底站（除上甸子外）以及南极地区高出25～60Iμg·m^-1,7月与其他地区质量浓度相差较少。该地区的0,质量浓度相对于其他地区整体上维持在一个较高的水平,但高质量浓度超标事件发生的次数很少,只占总观测时间的3．9％。质量浓度EI最大值多出现在夜间21时一次日06时（北京时间,下同）,呈多峰分布,并且变化幅度很小,在15—20μg·m^-1,通过利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式模拟当地上空对流层顶高度和晴空湍流等要素的变化发现,O3质量浓度和对流层顶折叠现象有关。不同天气条件下,其质量浓度在晴天最高,雨天最低,雾天和阴天在二者之间。臭氧质量浓度与温度、相对湿度和其他污染气体（CO、N0和NO3）浓度之间有很强的负相关,而与风速相关性相对较弱;5月北面来风占主导,各风向所对应的O3质量浓度分布较均匀,而6月和7月西南风占主导,北面来向的风对应的质量浓度要高于南面来向。在利用KZ过滤器将O3原始数据分解成不同组份后,发现当地O3质量浓度整体上受低频组份（CBL组份）的控制,其余各高频组份（CSY、CDU和CID组份）只是会使其质量浓度在基准线附近波动。随后对发生在2009年5月28—31日和6月12—15日期间的两次0,质量浓度超标事件中CSY、CDU和CID对基线的贡献做了定量分析。     

污染气溶胶对山西一次降水过程影响的数值模拟

利用耦合Morrision双参数物理方案的WRF(Weather Research and Forecasting)中尺度数值模式,对发生在2007年6月13日山西地区的一次强降水过程进行了模拟,并对清洁和污染背景下气溶胶对云微物理结构和降水变化的影响进行了敏感性试验和对比分析.结果显示:污染背景下,降水区域没有明显变...     

巨凝结核对冰雹云降水结构影响的数值模拟研究

利用RAMS数值模式,研究了巨凝结核数浓度改变对半干旱地区春季冰雹云降水特征的影响,研究显示巨核浓度改变对冰雹云中微物理过程及地面降水都有重要影响.累积带对冰雹生成有重要贡献.巨核数浓度增加时,冰雹云中冰雹混合比含量及其云中水平覆盖面积增加;云中过冷雨水和大云滴生成的过冷云水增加,冻结作用增强;地面降雨量增加但降雹量减少;总的地面累积降水量增加但累积冰相降水量减小.对降水的作用在污染云中要比清洁云中明显.地面流场分布随着巨核数浓度的改变而不同.在不同背景气溶胶下,春季冰雹云的判别指标不同于夏季冰雹云.     

双偏振雷达在地面自动雨量观测资料质量控制中的应用研究

采用雨量计联合双偏振天气雷达对雨量计数据进行综合质量控制,使用反距离权重法(inverse distance weighting,IDW)从空间一致性上对自动雨量计进行质量控制,并用质量控制后的数据对双偏振雷达定量降水估测值(quantitative precipitation estimation,QPE)进行订正。利用订正后的QPE与雨量计观测值进行统计分析以确定质量控制规则,从空间及观测一致性上对自动雨量计进行综合质量控制。使用一次台风降水过程对质量控制算法的效果进行了验证,结果表明:单纯使用IDW法对雨量计进行空间一致性质量控制存在较多误判,主要是由于降水的局地突发性、结构不均匀性以及雨量计分布的稀疏性造成。结合偏振雷达,能够有效降低单纯使用空间一致性质量控制所引起的误判。经过雨量计校准订正后的QPE有了较大改善,从而提高了偏振雷达对雨量计质量控制的有效性。在台风降雨过程中,平均每小时约有5%的雨量计被认为是错误站点。综合质量控制法在雨量计分布稀疏或者处于降水边缘地带时存在一定的误判。     

三维冰雹分档强对流云数值模式研究Ⅰ.模式建立及冰雹的循环增长机制

针对现行冰雹云参数化模式中假定冰雹谱服从特定的负指数分布，冰雹增长率依赖其加权平均末速度以及粒子间的数浓度转换不守衡等局限性，作者建立和发展了一个包括云滴、云冰、雨滴、雪团，霰和雹的云中主要水成物场及凝结、撞冻等37种主要微物理过程，可用于预测和研究三维强冰雹云降雹过程的冰雹分档模式，模式能够提供在雹云参数化模式中无法提供的关于冰雹增长与分布的信息。研究共分三部分：模式的建立及冰雹的循环增长机制；冰雹的分档分布特征；冰雹产生与增长的微物理过程。第一部分，通过建立模式及模拟一个多单体风暴个例，对多单体中冰雹的增长机制进行了数值模拟研究。     

The Longmen Cloud Physics Field Experiment Base, China Meteorological Administration

Aiming at the needs of mechanism analysis of rainstorms and development of numerical prediction models in south China, the Guangzhou Institute of Tropical and Marine Meteorology of China Meteorological Administration and the Chinese Academy of Meteorological Sciences jointly set up the Longmen Cloud Physics Field Experiment Base,China Meteorological Administration. This paper introduces the instruments and field experiments of this base, provides an overview of the recent advances in retrieval a...     

Thermodynamics and Microphysical Characteristics of an Extreme Rainfall Event Under the Influence of a Low-level Jet over the South China Coast

In this paper, the data of Automatic Weather Stations (AWSs), ERA5 reanalysis, sounding, wind profile radar, and dual-polarization radar are used to study an extreme rainfall event in the south China Coast on 11 to 12 May 2022 from the aspects of thermodynamics and microphysical characteristics under the influence of low-level jets (LLJs). Results show that: (1) The extreme rainfall event can be divided into two stages: the first stage (S1) from 0000 to 0600 LST on May 12 and the second stage (S2) from 0700 to 1700 LST on the same day. During S1, the rainfall is mainly caused by the upper-level shortwave trough and the boundary layer jet (BLJ), characterized by strong upward motion on the windward side of mountains. In S2, the combined influence of the BLJ and synoptic-system-related low-level jet (SLLJ) increases the vertical wind shear and vertical vorticity, strengthening the rainstorm. In combination with the effect of topography, a warm and humid southwest flow continuously transports water vapor to farther north, resulting in a significant increase in rainfall over the study area (on the terrain’s windward slope). From S1 to S2, the altitude of a divergence center in the upper air decreases obviously. (2) The rainfalls in the two stages are both associated with the mesoscale convergence line (MCL) on the surface, and the wind field from the mesoscale outflow boundary (MOB) in S1 is in the same direction as the environmental winds. Due to a small area of convergence that is left behind the MOB, convection moves eastward quickly and causes a short duration of heavy rainfall. In S2, the convergence along the MOB is enhanced, which strengthens the rainfall and leads to strong outflows, further enhancing the surface convergence near the MOB and forming a positive feedback mechanism. It results in a slow motion of convection and a long duration of heavy rainfall. (3) In terms of microphysics, the center of a strong echo in S1 is higher than in S2. The warm-rain process of the oceanic type characterizes both stages, but the convective intensity in S2 is significantly stronger than that in S1, featuring bigger drop sizes and lower concentrations. It is mainly due to the strengthening of LLJs, which makes small cloud droplets lift to melting levels, enhancing the ice phase process (riming process), producing large amounts of graupel particles and enhancing the melting and collision processes as they fall, resulting in the increase of liquid water content (LWC) and the formation of large raindrops near the surface.     

基于X波段双偏振雷达对雷暴单体中水成物粒子演变特征的研究

为了解雷暴单体内部水成物粒子分布结构及演变过程,综合X波段双线偏振天气雷达的参量及环境温度参数,结合小波去噪和自适应约束算法进行资料预处理后,基于模糊逻辑算法对北京一个结构演变相对完整的典型雷暴单体内水成物粒子分布随时间演变特征进行系统的分析,得到如下结果:（1）按雷暴单体的宏观特征将其演变过程分为发展、成熟和消散阶段。三个阶段中单体平均高度分别为11、12、10 km;回波强度最大可达40~45 dBZ、大于50 dBZ和40~45 dBZ;霰粒子占各自阶段单体内所有粒子百分比分别为2%、12%和1%。（2）各阶段主要微物理过程及演变特征是:发展阶段,单体0℃层以下由暖云过程主导,毛毛雨占5%,雨滴占24%;少量液态粒子上升至0℃层以上与冰晶反应生成1%干霰,冷云过程较弱。成熟阶段,相较发展阶段0℃层以下毛毛雨减少约2个百分点,雨滴增多约2个百分点,粒子碰并加强,暖云过程增强;较多液态粒子上升至0℃层以上,约有4%的雨滴与5%的冰晶通过凇附作用生成7%的霰,冷云过程增强。消散阶段,下层液态粒子难以上升至0℃层以上形成初始冰晶,使暖云及冷云过程都减弱,0℃层以下毛毛雨相较成熟阶段平均增多约1个百分点,粒子碰并减弱;0℃层以上冰晶消耗减少2个百分点,霰生成减少5个百分点。（3）基于雷暴单体内各类水成物粒子分布、演变及其动力场背景特征建立了雷暴单体演变过程微物理模型。本文研究有助于加深对典型雷暴单体内部水成物粒子分布和微物理过程的认识,可以为雷暴天气的预警和预报提供必要的指导。     

台风“妮妲”（1604）登陆期间近地层风特性分析

利用深圳350 m气象梯度观测铁塔获取的台风“妮妲”（1604）登陆期间近地多层风观测资料,分析“妮妲”登陆期间风场和阵风系数等变化特征。结果显示：“妮妲”登陆期间,近地面风速随时间呈增强—减弱—增强—减弱的“M”型特征,风向由西北方向转为南东南;风速随高度增加而增加,其中风速垂直变化最大的时段为“妮妲”后风圈经过期间;垂直方向上,“妮妲”前外围向前风圈过渡期间风向多变,而其他时段风向随高度基本不变;在“妮妲”前外围、前风圈和眼区经过期间,350 m高度以下的风速随高度的变化遵循对数关系,而在“妮妲”后风圈和后外围时段仅适用于150 m以下高度;在“妮妲”登陆过程中,铁塔观测的粗糙度长度约为0.52 m;阵风系数随高度增加而减小,“妮妲”登陆前和眼区的阵风系数较大;另外,阵风系数与风速呈负相关关系,随着风速增加而减小,尤其是风速小于10 m/s时。