人工消除冷雾的个例模拟分析

本文在中尺度数值模式MM5的Reisner2方案中引入了液氮粒子与云相互作用的过程,在中尺度模式MM5中实现了催化功能.利用加人催化方案的中尺度模式针对2007年12月26日北京地区的一次冷雾天气过程进行了消雾的数值模拟研究,探讨了消雾的效果和机理,并针对催化剂的播撒量和播撒位置进行了两组敏感性试验.结果表明:在此次模...     

基于多源陆面通量数据相融合的新资料及其在中国夏季风影响过渡区的应用

夏季风影响过渡区是陆面能量交换与区域气候相互作用显著的热点区域。然而,目前缺乏适用于该区域的高精度长期通量数据集,这限制了陆面水热交换与气候相互作用的研究。如何融合目前已有的多源通量资料进行重构建以及应用显得十分必要。本研究综合包括中国北方协同观测试验和中国通量网的多种下垫面通量观测以及多种格点资料,试图重构中国夏季风影响过渡区的陆面能量通量数据集。在筛选具有优良下垫面代表性站点并考察模拟和观测散点分布规律的基础上,利用多元回归模型构建了一套适用于夏季风影响过渡区并且受观测资料约束的月平均感热、潜热和净辐射数据集。交叉验证结果表明构建的数据集相对于几种原始格点数据集精度有一定提高,最大程度上消除了原始格点资料的系统偏差。进一步分析表明在地表能量平衡分量中,陆面湍流通量对夏季风的响应更为显著,并且夏季风影响过渡区陆面湍流热通量对夏季风持续时间呈现对数分布的年际变化规律;当夏季风处于低持续影响状态时陆面湍流热通量年际变化更为显著,偏弱的夏季风系统可能导致陆面过程对气候变化更强的影响。本文基于多源通量数据融合构建的新数据集可以为气候变化研究提供数据支撑,同时增加了对陆面过程与季风系统相互作用的认识。     

北京层状云人工增雨数值模拟试验和机理研究

在中尺度WRF 模式的Morrison 双参数方案中引入了AgI 粒子与云相互作用的过程,在WRF 模式中实现了催化功能。利用加入了催化方案的中尺度模式对2008 年3 月20～21 日环北京地区一次层状云系降水过程进行模拟和催化试验。模拟自然降水与实测结果一致,分析微物理特征并在所得分析基础上进行催化试验。研究在不同催化剂量、高度和时刻进行试验对降水的影响。结果表明:以20 g 的碘化银进行催化作业,在催化后的前30min 之内,地面雨量轻微减小,最大累积减雨量为2010 t,30 min 后,净增雨量迅速增加,最大累积增雨量达到了3.4×105 t。催化开始阶段的减雨主要是由于播撒AgI 后,云水减少而雪晶增多,导致雨滴碰并云滴,云滴向雨滴自动转化过程的减少以及雪晶碰并雨滴过程的增多,然而空中增多的雪晶尚未下落到暖区融化成雨滴。而第二阶段的增雨则是空中增多的雪晶逐渐下落到暖区,雪晶融化成雨滴过程增多。AgI 的播撒率对降水量有明显影响,过量催化会使雪晶平均质量减少,下落速度锐减,从而雪融化成雨水减少,导致雨量减弱,不同催化高度和催化时间的催化结果表明在过冷水含量比较丰富而冰雪晶含量偏少的区域进行催化,增雨效果显著。     

黄土高原陆面过程观测试验的仪器精度和观测误差分析

利用"黄土高原陆面过程观测试验"2009年定西站的平行对比观测资料,分析了微气象观测仪器的精度和观测误差.结果显示:在大多数情况下,A301P型风杯风速计和HMP45D型温湿传感器对风温湿的观测偏差分别不超过±0.10m.s-1、±0.16℃和±1.00%;107型和109型温度传感器对土壤温度的观测偏差分别不超过±0.1℃和±0.03℃;HFP01型热通量板对土壤热通量的观测偏差不超过±11W.m-2;涡动协方差系统(CAST3+Li7500)观测计算得到的感热、潜热和动量通量的偏差分别不超过±8W.m-2、±8W.m-2、±0.02kg.m-1.s-2.此试验对于大气风速、温度、相对湿度、土壤湿度和温度、地表辐射以及地表通量这些要素的观测,相同型号仪器之间的数据都很一致.并且不同型号仪器进行对比观测风速、土壤温度、净辐射、向下长短波辐射和土壤热通量得到的结果也较一致.结果表明,该试验大多数仪器有比较高的精度,仪器之间也比较一致,观测误差较小,基本能够满足陆面过程观测的要求.     

黄土高原不同气候区裸地水、热特征对比

为了更好地理解陆地表面水、热通量的空间差异,利用2009年和2010年1月黄土高原陆面过程观测试验（LOPEX）的陆面过程资料,对比分析了不同气候区主要地表水、热通量特征。结果表明：半干旱区的定西在近地层气象要素、土壤湿度、动量通量、地表能量及CO2通量等主要陆面特征物理量与半湿润区的平凉、庆阳差异明显;气候背景相接近的平凉、庆阳的主要陆面特征量比较接近。虽然地形、地势、海拔、下垫面影响因子也是影响陆面特征的重要因素,但是气候背景差异愈明显,陆面特征差异也愈大,即一个地区的气候背景是陆面过程特征的主要决定因子,对陆面特征产生综合影响,而地形、地貌只对一个或几个陆面物理量有影响。     

黄土高原自然植被下垫面陆面过程参数研究

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站的观测资料,分析了黄土高原自然植被下垫面陆面过程相关物理参数.研究了总体输送系数的不同季节平均日变化和频率分布特征,考察了地表粗糙度的变化趋势以及降水的影响.降水正常年份的总体粗糙度为0.009 m,偏干年份总体粗糙度为0.006 m,月平均粗糙度变化与正常年份相比较为平缓,降水通过增加植被覆盖和生长高度,使地表粗糙度增大.对总体输送系数与粗糙度以及总体理查森数的关系分别进行了讨论,在中性层结下黄土高原地区动力输送作用占主导地位,发现动量总体输送系数和奈曼流动沙丘下垫面很接近,而感热输送系数与戈壁下垫面接近.分析了反照率和太阳高度角以及土壤湿度的关系,并拟合得到以这两个物理量为因子的参数化公式.总体上,黄土高原自然植被下垫面的反照率比敦煌荒漠小,而大于长白山松林下垫面,这与3个地区植被覆盖和土壤质地的不同有关.通过对参数化公式模拟效果的检验,发现低太阳高度角下的反照率对土壤湿度和太阳高度角以外的其他因素敏感,而对应高太阳高度角的反照率受土壤湿度和太阳高度角的控制较强.最后,计算了土壤热传导率和热扩散率等土壤热力参数,相同湿度的热传导率比敦煌荒漠要大,并拟合得到热传导率以土壤湿度为自变量的参数化公式.     

震动诱发煤矿瓦斯灾害预警初步研究

矿区震动能诱发多种灾害,以瓦斯突出尤为严重。以鹤岗矿区为研究对象,统计了历年来鹤岗地区地震及矿震活动规模,分析了以往典型的矿震引起的瓦斯灾害事例,总结了矿震作用下瓦斯灾害的机理,基于统计数据,提出了矿震瓦斯灾害预警需要解决的关键问题。初步研究表明:震动事件与煤矿灾害之间具有很强的关联性,呈现震动在前、灾害在后、时间间隔数分钟至数日不等的“先震后灾”的特点,基于此,通过建立矿震监测台网,给出了震动诱发煤矿瓦斯灾害预警可行性,并提出了震动引起瓦斯灾害预警思路。     

不同机载设备观测的气象要素与飞行参数对比分析

为了了解机载探测不同数据源之间差异,检验飞机探测数据质量,结合新舟60增雨飞机2018年10月21日一次飞行案例,对该飞机平台和飞机任务系统不同机载设备对关键飞行参数与气象要素的观测对比分析。结果表明:飞机平台全球卫星定位系统(GPS)和任务系统北斗卫星导航系统(BDS)、机载综合气象测量系统(AIMMS-20)三套定位源的经度、纬度和海拔高度定位偏差较小,飞机气压高度表观测海拔高度则明显低于任务系统BDS和AIMMS-20。飞机平台大气数据系统(ADS)与任务系统AIMMS-20、云粒子图像探头(CIP)观测的真空速、环境气压、温度以及相对湿度各参数变化趋势一致。ADS与AIMMS-20真空速观测值非常接近,AIMMS-20对环境风速瞬时变化响应更灵敏,CIP探测真空速明显小于ADS和AIMMS-20,平均偏慢约10 m·s~(-1);AIMMS-20和CIP环境气压变化趋势完全一致,且观测值非常接近,ADS环境气温比AIMMS-20平均偏低1.4℃,偏低最大时观测存在明显逆温。CIP环境气温比AIMMS-20平均偏低0.6℃,环境湿度比AIMMS-20平均偏低8.6%。机上不同设备对环境与气象参数的观测差异,一方面因机载设备安装位置不同所致,另一方面也受大气与云结构不均匀的影响。飞机平台与任务系统不同设备观测对比分析,不仅为云物理机载探测数据合理应用提供指导,还能够为国家和地方人工影响天气飞机机载设备系统集成设计提供重要技术支持。     

北京春季不同天气条件下气溶胶垂直分布特征

对2005年和2006年北京地区春季没有沙尘和云影响下17次晴空大气气溶胶（粒径范围0.1～3.0μm）飞机垂直观测资料进行分析,给出了三种天气条件（地面高压、地面两高压之间和地面低压）下气溶胶的垂直分布,并计算了对应天气条件下的风通量和理查森数。结果显示：在北京地区处于地面高压控制下（简称类型1）,气溶胶的垂直混合和水平传输都很强,气溶胶浓度垂直分布平坦,地面气溶胶浓度平均约为1200个/cm^3;在北京地区处于地面两高压之间（简称类型2）,气溶胶的垂直混合较强,边界层上没有阻挡,气溶胶浓度随高度递减,地面气溶胶浓度平均约为7200个/cm^3;在北京地区处于低压控制下（简称类型3）,气溶胶在边界层顶垂直混合较弱,形成一个较强的阻挡,阻碍了气溶胶从边界层内向自由层扩散,同时边界层内水平传输较弱,结果是在边界层以上气溶胶浓度迅速递减,地面气溶胶浓度非常高,约为10000个/cm^3。     

基于BJ RUC系统的人影冷云催化潜力识别模式平台设计

提前准确识别冷云催化潜力,有助于提升人工影响天气作业的科学水平,是实现气象现代化的重要保障。北京市人工影响天气办公室基于BJ—RUC系统,设计研发了北京人影冷云催化潜力识别模式平台(BJ—CCSPR平台)。该平台通过后台支撑系统和前台分析系统的有机结合,具有自动处理数据监测、模式计算、人影业务产品制作与显示等功能,并能实现人机交互操作。冷云综合催化潜力指标基于BJ—RUC系统输出的三维云宏微观物理量条件、热力和动力条件设计研发,可直观地提供人影催化潜力区的空间和地域分布,具有较强的科学性和可信度。业务应用表明:该平台性能稳定,自动化程度较高,易于扩展,实用性强;与BJ—RUC系统结合,业务产品基本可以反映未来24 h内人影相关物理量场的变化情况;地基增雪和飞行增雨典型实例说明冷云综合催化潜力指标可直接服务于人影决策指挥,在实际业务中发挥重要作用。