Development of a rain‐on‐snow detection algorithm using passive microwave radiometry

Currently observed climate warming in the Arctic has numerous consequences. Of particular relevance, the precipitation regime is modified where mixed and liquid precipitation can occur during the winter season leading to rain‐on‐snow (ROS) events. This phenomenon is responsible for ice crust formation, which has a significant impact on ecosystems (such as biological, hydrological, ecological and physical processes). The spatially and temporally sporadic nature of ROS events makes the phenomenon difficult to monitor using meteorological observations. This paper focuses on the detection of ROS events using passive microwave (PMW) data from a modified brightness temperature (T_B) gradient approach at 19 and 37 GHz. The approach presented here was developed empirically for observed ROS events with coincident ground‐based PMW measurements in Sherbrooke, Quebec, Canada. It was then tested in Nunavik, Quebec, with the Advanced Microwave Scanning Radiometer for the Earth Observing System (AMSR‐E). We obtained a detection accuracy of 57, 71 and 89% for ROS detection for three AMSR‐E grid cells with a maximum error of 7% when considering all omissions and commissions with regard to the total number of AMSR‐E passes throughout the winter period. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

固体聚合膜电解浓集法测量天然水中低含量氚的化学淬灭效应研究

固体聚合膜电解浓集法是浓缩氚含量较低(1 Bq/m~3)的天然水样的常用方法,但因水样自身含有杂质离子或电解装置聚合膜带入杂质进入浓集液,使浓集液偏酸性,在测量过程中易产生化学淬灭效应,导致氚的测量值偏低。本文研究了水样自身存在的杂质离子和聚合膜上残留的杂质离子、样品溶液的pH值及其电导率所产生的化学淬灭效应的影响,实验表明,为减少化学淬灭效应,提高测量低含量氚的准确性,需保证水样溶液呈中性,电导率≤1μS/cm,同时避免杂质沉积在聚合膜上。如果水样溶液的pH值偏酸性、电导率大于1μS/cm,可采用酸碱混合型离子交换树脂去除水样中自身的杂质;对于聚合膜引入的杂质,可在电解后的水样中加入微量氨水将其pH值调节至中性。     

上扬子会泽地区早三叠世飞仙关组砂岩物源特征:来自重矿物铬尖晶石和碎屑锆石的限定

上扬子会泽地区早三叠世飞仙关组主要为河流相的紫红色砂岩,物源主要来自于西部和西北部。碎屑重矿物组合表明物源主要来自于岩浆岩,且重矿物中发现大量碎屑铬尖晶石和锆石。本文运用电子探针微区成分分析和碎屑锆石U-Pb测年方法,对上扬子早三叠世飞仙关组砂岩中铬尖晶石和碎屑锆石进行分析。铬尖晶石电子探针化学成分分析显示,其具有高铬、低Fe~(3+)和高TiO_2含量的特征,源岩分析指示这些铬尖晶石来源于与洋岛/板内、岛弧以及大火成岩省相关的火成岩。同时,碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄测定表明,飞仙关组的物源主要来自于248~272Ma和715~997Ma的岩浆岩。铬尖晶石和碎屑锆石综合分析表明,248~272Ma的物源岩石具有大火成岩省玄武岩特征,主要为峨眉山玄武岩及同期基性侵入岩;715~997M的物源为洋岛/板内玄武岩类,主要为研究区周缘与新元古代苏雄组及其同期的岩浆岩;铬尖晶石指示的岛弧性质物源则可能源自1000~1100Ma的岩浆岩。同时,碎屑锆石还指示古元古代和早寒武世发育岩浆作用,且存在古老的新太古代结晶基底。这些资料为上扬子地区构造演化提供了沉积学的证据。     

The Upstream “Strong Signals” of the Water Vapor Transport over the Tibetan Plateau during a Heavy Rainfall Event in the Yangtze River Basin

A heavy rainfall event that occurred over the middle and lower reaches of the Yangtze River Basin(YRB) during July11–13 2000 is explored in this study. The potential/stream function is used to analyze the upstream "strong signals" of the water vapor transport in the Tibetan Plateau(TP). The studied time period covers from 2000 LST 5 July to 2000 LST 15 July(temporal resolution: 6 hours). By analyzing the three-dimensional structure of the water vapor flux, vorticity and divergence prior to and during the heavy rainfall event, the upstream "strong signals" related to this heavy rainfall event are revealed. A strong correlation exists between the heavy rainfall event in the YRB and the convective clouds over the TP. The "convergence zone" of the water vapor transport is also identified, based on correlation analysis of the water vapor flux two days and one day prior to, and on the day of, the heavy rainfall. And this "convergence zone" coincides with the migration of the maximum rainfall over the YRB. This specific coupled structure actually plays a key role in generating heavy rainfall over the YRB. The eastward movement of the coupled system with a divergence/convergence center of the potential function at the upper/lower level resembles the spatiotemporal evolution of the heavy rainfall event over the YRB. These upstream "strong signals" are clearly traced in this study through analyzing the three-dimensional structure of the potential/stream function of upstream water vapor transport.     

东北地区春季首场透雨的变化特征及与青藏高原地面加热场强度的关系

利用1958—2012年4—5月东北地区(39°~55°N、118°~135°E)101个站点逐日降水资料、青藏高原地区(25°~40°N、73.75°~103.75°E)JRA-55的地面感热和潜热通量月平均再分析资料以及NCEP/NCAR-I大气环流场的月平均再分析资料,分析了春播期首场透雨出现日期的时空变化特征及其与透雨量和播种期降水量间的关系,以及对青藏高原地面加热场强度异常的响应及其可能机制。结果表明:透雨日期自1958年以来在东北地区的西北和东南大部分区域呈现略微偏晚的趋势;中部有略微偏早的趋势。春播期首场透雨出现时间偏早(晚)的地方,首场透雨量小(大),春播期总降水量多(少)。同时,4月青藏高原地面加热场强度增强(减弱),有利于(不利于)来自北方的冷空气和南方的暖湿气流在东北上空交汇,且上升气流增强(减弱),水汽输送充沛(减少),导致该地区春季首场透雨出现的时间偏早(晚)。     

Logistic判别模型在强降水预报中的应用

利用Logistiv判别模型进行强降水预报,并设计3种方案进行对比分析。方案1直接使用14个影响因子进行判别预报,受因子共线性作用及噪音信号影响,虽然拟合效果较好,但预报效果明显下降。方案2对14个影响因子进行主成分分析,利用前6个主成分建模,虽然拟合效果较方案1降低,但由于消除了因子共线性作用以及噪音信号影响,预报效果较方案1提高。方案3运用Bootstrap抽样技术得到符干样本并建模计算模型参数,打乱了原有时间序列中的波动,仪保留平稳信息,拟合自由度进一步降低,导致拟合效果较方案案2下降,但预报效果却是3种方案中最好且最稳定的。在上述研究基础上,利用欧洲中心数值预报模式的预报场资料,建立基于Logistic判别模型的强降水客观预报系统,并在中央气象台业务运行。2013和2014年连续两年汛期预报检验结果表明,概模型对强降水预报的TS评分高于数值模式本身,具有一定的业务参考价值。     

中国东部7类暴雨异常环流型

近年来的研究发现,瞬变扰动天气图上的扰动场天气系统对区域暴雨的落区指示能力强于传统天气图上的总场天气系统。为供预报员在业务预报中参考,本文划分1998年发生在中国东部地区的41日次区域暴雨为7类扰动场天气系统。与区域暴雨相联系的7类异常环流型分别是:华南切变线、华南涡旋、华南倒槽、长江切变线与槽、沿江涡旋、华北涡旋和东北涡旋。无论是在对流层的垂直剖面上,还是在850 hPa水平分布上,扰动天气图上位势高度低值和风扰动辐合处并配合大的水汽扰动对应有区域暴雨,而传统天气图上的低值系统和高水汽区与暴雨之间存在位置上的偏移。由此建议,用实况大气变量和中期数值模式产品绘制扰动天气图有助于预报员确定区域暴雨落区。     

华南暖区暴雨研究进展

华南前汛期暴雨预报一直是我国大气科学界的一个研究热点,特别是发生在锋前的暖区暴雨,由于其天气尺度斜压性强迫不明显,环境大气水汽含量丰富,热动力不稳定性强,边界层触发机制复杂,以及特殊的地形和海陆热力差异的外强迫作用,导致暴雨突发性强,地域性特征显著,也是困扰预报业务人员的难点问题。目前我国预报业务中使用的全球数值预报模式对暖区暴雨的预报能力十分有限,高分辨率中尺度数值模式的预报效果也不尽人意。该文回顾了近40年华南前汛期暴雨大部分研究成果,针对华南暖区暴雨的提出及典型背景场、暖区暴雨与低空急流的关系、暖区中尺度对流系统的形成及传播、暖区暴雨触发机制等独特的天气动力学特征进行了系统梳理与分析,并依据前人研究成果及中央气象台预报实践经验,总结提炼了3类华南暖区暴雨类型——边界层辐合线型、偏南风风速辐合型,以及强西南急流型的天气系统配置及触发因子。最后提出针对华南暖区暴雨需要进一步研究的科学问题。     

承德市2015年2月20-21日强降雪成因分析

利用常规观测资料、卫星云图和NECP (1?? 1?)逐6h再分析资料,对承德市2015年2月20～21日强降雪过程环流形势和物理量场进行了分析。结果表明：在此次强降雪过程中,中、低层的西风槽、切变线和地面上东移加强的蒙古气旋构成了有利天气形势,在这些系统的共同作用下不断有干冷空气侵入承德地区与低层西南暖湿气流交汇,持续的西南暖湿气流对此次强降雪的形成和维持至关重要。相对湿度、水汽通量、垂直速度、涡度及垂直螺旋度的分布和演变很好的反映出了此次强降雪过程中物理量场特点：相对湿度和水汽通量的分布说明强降雪区上空湿度较大且有充足的水汽供应,水汽通量的增大与降雪的增强相一致,水汽通量大值中心与强降雪有很好对应关系。强降雪区上空伴有较强上升运动;降雪区上空均为正涡度时最有利于上升运动和降雪;降雪区上空垂直螺旋度均为正或呈"上负下正"的垂直结构均有利于降雪,低层正垂直螺旋度对强降雪变化有很好的指示意义。     

无锡梅雨期湿沉降综合分析

利用2008—2014年梅雨期间酸雨观测资料及2014年6月16—27日降水个例加密采样资料,结合大气污染物资料分析了近7 a无锡梅雨期酸雨特征,研究降水过程中空气污染物、p H值、电导率的变化及降水对污染物的清除作用。结果表明:无锡市梅雨期酸雨年平均p H值呈现逐年递增趋势。降水过程中,颗粒物质量浓度显著降低;气体浓度变化受其自身日变化及排放源影响大于雨水的清除作用;样品的p H值、K值每个过程变化并不一致,K值变化与颗粒物质量浓度变化大致保持一致。降水、风对颗粒物质量浓度影响大于对气体浓度的影响。长时间连续降水时,降水对颗粒污染物的清除存在极限。小时雨量在0~0.5 mm时,降水对颗粒物浓度做负清除,其值反而略有增加;小时雨量在0.6~5.0 mm时,降水对颗粒物质量浓度做正清除;小时雨量达到5.1 mm及以上时,对PM_(2.5)和PM_(2.5-10)做正清除,对PM_(10)做负清除。降水对SO_2有稀释清除作用;对NO_2的稀释作用取决于其开始浓度值;对CO、O_3的清除作用不显著。