An Atmospheric Dry Intrusion Parameter and Its Application

Dry intrusion plays an important role in the explosive development of cyclones and the evolution of cold fronts. Characteristics of dry intrusion during a rainfall event that occurred in northern China are analyzed in detail in this paper. The IM (ingredients-based methodology) developed by Doswell et al. in 1996 and Wetzel and Martin in 2001 is utilized. All the physical representations of dry intrusion defined in the past studies, such as low relative humidity, cold advection, and high potential vorticity (on either isobaric or isentropic surfaces), are combined into a simple and convenient physical parameter to characterize dry intrusion. This is a new attempt to extend the IM that was primarily applied to research on heavy rainfall to the study of dry intrusion. The new dry intrusion parameter is used to analyze the isentropic evolution of dry intrusion during the rainfall event. The results show that this parameter can better quantify the intensity of dry intrusion and diagnose its evolution shown in satellite infrared and water vapor imageries.It is found that dry intrusion maintains during the rainfall period. The intensity of precipitation increases with the increasing dry intrusion, which has pushed the rainy region southeastward. From the results on the isentropic surface and the corresponding isobaric surface,it is inferred that the analyses of dry intrusion on both surfaces are consistent with each other. The isentropic analysis of dry intrusion reveals that cold and dry air at the upper level overruns that in the lower troposphere where moist and warm air is located.Thus, potential instability is built up in the vertical direction, which favors the occurrence of precipitation.In practice,we may identify dry intrusion regions by tracking strong signals of the dry intrusion parameter,and further identify the instability near the dry intrusion regions.This will aid in improving the accuracy of precipitation forecast.     

2015年10月4日佛山龙卷过程的观测分析

受1522号台风彩虹外围螺旋云带影响,2015年10月4日15时28分—16时（北京时）广东佛山出现了EF3级强龙卷并造成严重灾害。为了综合分析龙卷发生的多尺度环境背景场和龙卷的结构及强度变化等特点,进行了灾情调研,航拍龙卷灾情路径,走访龙卷目击者,确认龙卷路径及灾情级别,再结合多渠道获取的龙卷视频照片等资料以及观测资料进行分析研究,结果表明:（1）产生此次龙卷的超级单体存在于台风彩虹外围螺旋云带内;龙卷向西北偏北方向移动,触地时长为32 min,受灾路径长度为31.7 km,最大受灾直径为577 m,平均速度约为60 km/h,具有“移动速度快,影响范围广,破坏力强”的特点,其移动速度快慢似与超级单体强度和地面的粗糙度有关。（2）佛山地区中高层受偏南气流控制,水汽充足,地面有弱冷空气;珠三角喇叭口地形有利于气流的辐合与局地涡旋的产生;抬升凝结高度低,风垂直切变大,有利于龙卷的生成。（3）地面自动气象站气象要素表现出受龙卷环流影响的特征。3 s极大风速的大值带和3 s最低气压的低值带以及1 h累计降水大值中心呈现出与龙卷走向一致的东南—西北向带状分布;龙卷到来时其周围自动气象站气温和气压明显降低,风速明显增大,风向明显改变;降水在龙卷靠近前5—10分钟就开始明显增大,其大值中心位于龙卷路径的西侧。龙卷离开后气压比龙卷来临前有所升高,但气温较前降低。（4）龙卷出现在钩状回波前进方向的右后侧;降水大值区与雷达组合反射率大值区基本一致。地面风场的辐合中心与龙卷触地的位置基本一致,并且钩状回波的入流区与地面偏东风区相对应。龙卷风暴单体发展高度在4 km左右,具有低重心对流的特点。其前部存在回波悬垂,一条很窄的向西北倾斜的回波大值带可能与龙卷漏斗云墙有关。对应径向速度剖面图上为一条向西北倾斜的正、负速度交界区,构成一个逆时针旋转的涡旋带,切向剖面图上存在较强的辐合。（5）龙卷发展过程中伴随着龙卷风暴顶和风暴底的逐渐下降以及单体质心的下降,中气旋与龙卷涡旋特征的顶和底也随之逐渐下降。龙卷风涡旋特征的顶高和底高都略低于中气旋,并在龙卷触地时降至最低。龙卷涡旋的切变值远大于中气旋的切变值,且在龙卷强度最强时最大。      

粒子下落末速度和粒子谱形参数对降水模拟影响的数值研究

数值模式能否准确地对降水过程进行预报,很大程度上取决于云微物理参数化方案能否准确地对云内的物理过程进行描述。目前显式云微物理参数化方案中对粒子的下落速度、不同直径粒子的浓度分布两方面的微物理特征,分别使用质量加权下落末速度和粒子谱进行描述。因此,参数化方案中不同的描述方式直接影响数值模式对降水过程的模拟结果。本文使用耦合了一种新的体积水法双参数云微物理参数化方案的WRF模式（Weather Research and Forecasting Model）3.5.1版本对发生在2013年5月8日的一次华南强降水过程进行模拟,分别对Ferrier和Locatelli两种质量加权下落末速度计算方法,以及常数参数和根据东亚地区实际观测结果改进的谱形参数两种粒子谱形参数设置的模拟结果进行分析,并对他们的四组参数组合预报结果进行评估。结果表明:（1）质量加权末速度的改变对降水强度有一定影响;（2）粒子谱形参数对模拟降水的强度和发展都有明显的影响,且谱形参数对本次降水模拟的影响强于下落末速度的影响;（3）Ferrier质量加权末速度和改进的谱形参数的组合试验组对降水的预报效果,相对其他三组试验有较明显的优势。     

贵州省不同强度区域性凝冻过程环流形势对比分析

利用贵州省84个气象站逐日观测资料以及再分析资料,对4种不同强度区域性凝冻过程进行对比分析。结果表明：500 hPa位势高度场上中高纬度的亚洲东部区域距平场呈现“+-”的分布或有切断低压分布,贝加尔湖至中国华北地区以经向环流为主;850 hPa风场上云南南部以南受偏南风和西南风控制,并且在江南至华南存在西南或西风急流,是4种不同强度凝冻过程中形势场共性特征。500 hPa高度场上中高纬度地区呈两槽一脊或一槽一脊分布;风场上850 hPa东北风回流和700 hPa西南急流形成上暖下冷的形势场,同时850 hPa形成稳定低层切变线;温度场上存在冷-暖-冷的夹心结构,近地面层0 ℃线维持在900 hPa以下,均是较强等级以上的区域性凝冻过程中形势场共性特征。而对于一般性区域性凝冻过程,500 hPa位势高度场上呈多槽脊分布,风场上是否存在东北风回流和低层切变线,温度场上是否存在冷-暖-冷的夹心结构以及近地面层0 ℃线位置等特征均不统一。温度剖面图上,当近地面层0 ℃线位置最低时或出现冷-暖-冷的夹心结构时段与凝冻过程影响范围最广、灾情最重的时间段对应。     

赤峰中心地震台地面与井下地震观测系统监测能力对比分析

为分析总结地面与井下地震观测系统的特点,以赤峰中心地震台地面与井下观测系统为研究对象,在噪声分析、噪声功率谱分析、地震监测能力和观测动态范围等方面进行分析。结果表明,2套观测系统的RMS均可达到Ⅱ级环境地噪声水平,井下观测系统噪声小于地面观测系统。对2套观测系统的功率谱密度、有效动态范围的对比均表明,井下观测系统的动态范围比地面观测系统超出约10%,因此,井下观测系统地震监测能力优于地面观测系统,井下观测系统能更有效地记录观测数据。     

“一带一路”地区能源金属矿床分布规律及开发工艺

对"一带一路"地区的能源金属锂和铀的矿床分布规律进行统计,并对典型矿床的地质特征与开发工艺进行概述,为了解"一带一路"地区的锂矿和铀矿提供基础信息,同时为中国进行"能源金属"的开采提供科学依据。研究认为,"一带一路"地区共有大型及以上锂矿36个,成因类型有硬岩型、盐湖型、沉积型和煤伴生型4种,资源储量分别为784×10~4t、1702×10~4t、237.5×10~4t和623×10~4t。盐湖型锂矿分布于中国和阿富汗,硬岩型锂矿分布在俄罗斯等国家,沉积型锂矿分布在塞尔维亚等国家,煤伴生型锂矿只分布于中国。鉴于盐湖型锂矿开发的环境影响较小,建议有关国家加大对盐湖型锂资源的勘探与开发。"一带一路"地区共有大型及以上铀矿130个,成因类型主要为砂岩型和火山岩型,主要集中在哈萨克斯坦等国家,铀资源储量(可靠回收成本≤130$/kg)达181.94×10~4t,占"一带一路"地区总资源储量的92.12%,建议中国与相关国家进行交流与合作,加大对中国境内北方地区砂岩型铀矿的寻找力度,同时进行火山岩型铀矿的勘探开发。     

大气二氧化碳遥感反演精度检验及时空特征分析（可下载全文）

 利用卫星遥感探测大气二氧化碳(CO₂)浓度,相比传统的地面观测方法,具有稳定、连续、大尺度观测等诸多优点,能更好地获得全球CO₂的时空分布与变化特征。随着卫星遥感技术的发展,一系列具备大气CO₂探测能力的卫星相继发射升空,大气制图扫描成像吸收光谱仪(SCIAMACHY)、温室气体观测卫星(GOSAT)、大气红外探测仪(AIRS)等卫星传感器,已经获得了多年的全球CO₂浓度分布产品。对这些卫星资料进行对比分析,并与本底观测数据进行全球范围的长时间序列的对比验证。研究显示,3种CO₂卫星遥感产品中,SCIAMACHY数据系统性略高于本底数据,且观测范围局限性较大;GOSAT数据稳定性较好,但系统误差较大,平均低于本底数据近9ppmv;AIRS数据产品相比前两者优势突出,单月全球覆盖率达到90%左右,与本底观测数据平均误差小于2ppmv(0.5%),相关系数达到0.9以上,能够较好地反映全球大气CO₂浓度的时空特征。卫星遥感产品与本底观测资料显示,全球CO₂浓度空间分布呈现出明显的纬度分布规律与海陆分布规律,时间变化规律方面则表现出明显的季节性周期变化。     

西藏多龙矿集区地堡铜(金)矿床年代学、流体包裹体、地球化学特征及其成因类型研究

多龙矿集区位于班公湖-怒江成矿带西段北侧、羌塘地块南缘,是我国近年来发现的最大斑岩-浅成低温热液型Cu(Au)矿集区。地堡是多龙矿集区最西南边缘的矿床,资源潜力巨大,有望达到超大型规模,但研究程度薄弱。本次工作对地堡Cu(Au)矿开展了锆石U-Pb测年、流体包裹体、地球化学等方面的研究,为推动资源勘查和矿集区成矿规律的总结提供理论依据。含矿斑岩锆石206 Pb/238 U平均加权年龄为111.2±0.4Ma(MSWD=0.67),与矿集区成矿岩浆活动时限一致,是矿集区重要组成部分。石英脉流体包裹体显示矿床主成矿期成矿流体温度集中于140~382℃,主要集中在240~280℃。成岩阶段石英斑晶中Ⅰ型包裹体盐度范围为0.2%~20.7%NaCleqv.,含盐子晶包裹体盐度为33.6%NaCleqv.和43.9%NaCleqv.;成矿阶段不含石膏石英脉Ⅰ型包裹体盐度范围为0.2%~20.8%NaCleqv.,黄铁矿石英脉Ⅰ型包裹体盐度范围为1.1%~11.1%NaCleqv.,石膏中Ⅰ型包裹体盐度范围为0.5%~9.3%NaCleqv.。对钻孔DNZK6428样品进行主微量元素测试并进行因子分析计算,结果表明F1、F2、F3代表成岩阶段,因子主成分为Y-Ho-Er-Tm-Yb-Dy-Lu-Tb-Eu-Gd-Sm-La-Ce-Pr-Nd-SiO_2-Al_2O_3-CaO等,F4和F5代表铜金矿化阶段,因子主成分为Sn-Sb-Ba-Fe_2O_3-Sr-|SiO_2|-Ni-Cu-U-In-Cd-Au-Zn。黄铁矿δ34SV-CDT值总体较为集中,呈"双峰塔式"分布,变化范围为-7.8‰~4.1‰,均值为-4.23‰,为深源岩浆硫,硫的来源接近地幔硫。矿床粒状黄铁矿Co/Ni比值为0.207~10.775,平均值4.39,脉状黄铁矿Co/Ni比值为0.353~23.155,平均值3.802,均为热液成因。矿相学与岩相学研究结果显示矿床具明矾石和硫砷铜矿典型高硫化浅成低温热液矿床的矿物组合,地堡Cu(Au)矿为高硫型浅成低温热液矿床。     

Optimal Perturbations Triggering Weather Regime Transitions: Onset of Blocking and Strong Zonal Flow

In this paper, the approach proposed by Mu and Jiang (2008) to obtain the optimal perturbations for triggering blocking (BL) onset is generalized to seek the optimal perturbations triggering onset of the strong zonal flow (SZF) regime. The BL and SZF regimes are characterized by the same dipole-like anomaly pattern superposed on the climatological flow, but with opposite sign. The results show that this method is also superior at finding the initial optimal perturbations triggering onset of the SZF regime, especially in the medium range. Furthermore, by comparing the two kinds of conditional nonlinear optimal perturbations (CNOPs) trig-gering onset of BL and SZF regimes, we find that in the linear approximation, there is symmetry in the sensitivities for BL and SZF onset, and the perturbations that optimally trigger onset of BL and SZF regimes at times when linear approximation is valid are also characterized by the same spatial pattern but with opposite sign. Whereas when the optimization time is extended to 6 days, the two kinds of CNOPs lose their out-of-phase behavior. The nonlinearity results in an asymmetry between the sensitivity for BL and SZF onset. Additionally, we find that the optimal perturbations have one common property, which is that the second baroclinic mode contributes more to the initial perturbations while the barotropic mode dominates the final structures.     

Nonlinearity and finite-time instability in a T21L3 quasigeostrophic model

In this paper, a nonlinear optimization method is used to explore the finite-time instability of the atmospheric circulation with a three-level quasigeostrophic model under the framework of the conditional nonlinear optimal perturbation (CNOP). As a natural generalization of linear singular vector (SV), CNOP is defined as an initial perturbation that makes the cost function the maximum at a prescribed forecast time under certain physical constraint conditions. Special attentions are paid to the different structures and energy evolutions of the optimal perturbations.