青藏高原和四川盆地夏季降水云物理特性差异

利用2008 2010年7、8月的Cloud Sat资料,统计分析了青藏高原(下称高原)、四川盆地及其过渡区域夏季降水云的宏微观物理特性和差异,并结合FY-2D的TBB和台站降水资料进行个例分析,深入探讨研究区域云物理特性的差异及其导致的降水差异。结果表明:(1)云宏观特性差异:在7、8月,高原降水云以Cu和Ci主,低云所占比例大于中云和高云,过渡区和四川盆地降水云主要为Ns和Ci,与四川盆地相比较,高原云底高、云顶低,云的厚度薄,对流较浅薄时便可降水。(2)云微观物理特性差异:高原降水云以冰云为主,混合相云次之,水云最少,四川盆地混合相云降水比例最大。统计时段多为云发展初期,高原已有比四川盆地和过渡区云中的冰相粒子有效半径大、谱宽较宽的趋势,而数浓度相近,利于冷云过程的发展,四川盆地冷云降水过程启动较慢。     

1979～2016年西南地区夏季持续性降水的变化特征

本文基于1979～2016年西南地区25个站点的逐日降水资料分析了西南地区夏季降水和持续性降水的变化特征,得到的结论如下:(1)西南地区夏季降水总天数总体呈减少趋势,无雨时段平均持续天数总体呈增加趋势,有雨时段平均持续天数仅川内呈增加趋势。(2)长、短持续性降水平均持续天数均呈减少趋势,其中长持续性降水平均持续天数减少趋势显著。各站长、短持续降水事件的总降水天数占持续性降水总天数的比例呈南北反向的变化趋势,长(短)持续降水事件的总天数占持续性降水总天数的比例呈北增(减)南减(增)。(3)长、短持续性降水异常年差值合成环流的相似之处:在对流层低层,我国东南部存在气旋性环流异常,与我国北方反气旋性环流在西南地区产生辐合。垂直速度场均为负异常(< -0.015Pa/s)-上升运动。上述结论可为气象灾害预测、预警提供线索。      

雷暴预警预报的研究进展

雷暴作为极端天气事件中的一种,不仅常产生强降水、破坏性大风和冰雹等严重的天气灾害,而且还伴有雷电,造成雷击灾害,给工农业生产和人民生活都可带来严重的损失。因此对雷暴的预警预报研究变得尤为重要,也促使其理论、技术及应用都取得了很大的发展。本文对有关雷暴预警预报技术的一些研究结果和进展如雷暴的潜势预报、雷暴的临近预报、雷电活动的观测信息在雷暴天气预警中的指示作用及雷暴云的数值模拟等方面进行了归纳和综述,总结了各方面研究所涉及的重要问题及主要进展,并对未来发展进行展望。     

河南省春季和秋季降水时空变化的特征研究

进行人工增雨作业和规划必须了解目标地区的气候背景,才能有较好的作业效果,因此根据河南省1971～2001年114个气象站点4月和10月的降水资料,采用具有分类显著性检验的聚类统计检验分析方法进行分区,并在此基础上对降水距平百分率、降水强度和雨日数等参数作分析,研究其各分区降水的时、空变化特征和演变规律.结果表明:(1)河南省4月和10月降水量和雨日数具有明显的区域性分布特征,均呈现北少南多、东北少西南多的特点;月平均降水量从北向南增大主要是雨日数从北向南的增加起决定性的作用,其中以中雨雨日数的增加起主导作用.(2)4月各分区降水量和雨日数的年际演变趋势均呈减少趋势;10月各分区的降水量呈减少趋势,但雨日数的年际演变呈现不同的趋势,个别分区强度较小降水(小雨和中雨)的雨日数呈增加趋势.(3)从旱涝年份情况上看,4月和10月各分区在31年中均以干旱、少雨年居多,并且均以无降水日、小雨雨日占多数.其中,4月河南省最北部的分区(分区1)和最南部的分区(分区5)是干旱年出现最为频繁的区域,其余分区干旱年出现的频数较接近;各等级强度降水的雨日数均以分区5最多,以分区1最少;10月河南最北部的分区(分区1)是旱涝年发生最为频繁的区域,其余分区旱涝年出现频数较接近,各等级强度降水的日数均以河南最南部的分区(分区4)最多,而分区1最少.这些结果对河南省开展人工增雨作业布局规划和人工增雨效果检验是有重要参考价值的.     

两次雷暴的地闪及降水宏微观特征

用地闪及TRMM卫星等资料,分析四川两次长生命期雷暴的地闪及降水的宏微观特征。结果表明:在"副高边缘效应"及高空槽的影响下,两次雷暴均主要发生于夜间的川西高原以东地区,且主要以多单体系统及单体的形式出现。宏观上,雷暴系统或单体中心区地闪频数峰值提前或同步于降水量峰值出现;而于雷暴系统或单体边缘区地闪频数峰值则易滞后于降水量峰值。雷暴微物理结构上看,两次过程中的双单体或单体雷暴基本可等效为双极性电荷结构,负地闪放电主要源于雷暴系统中较低的云水及可降水强中心区域,而正地闪放电则源于较高的云冰强中心的边缘处。雷暴中正、负地闪的比率分别与云冰及云水区域距离地面的位置有着直接的联系。     

区域闪电活动对地面相对湿度的响应

全球闪电活动表现出明显的地域差异，温度和湿度是造成这种差异的基本气象因素.本文利用美国全球水资源和气候中心提供的1995～2002年全球闪电资料和NCEP气象再分析资料，研究了区域闪电密度对地面相对湿度(RH)的响应.发现在平均相对湿度RH<72%的经度带里闪电密度与RH呈正相关.而在RH>73%的经度带里，闪电密度与RH呈负相关；在RH>74%的赤道地区闪电活动与RH呈负相关, 而在RH<72%的中高纬地区闪电密度与RH呈正相关.得到结论：当地面相对湿度过大时，相对湿度的增加不利于闪电活动的发生；而当相对湿度较小时，相对湿度的增加有利于闪电活动的发生.地面相对湿度的临界值域约为72%～74%.此结论在不同经、纬度的几个典型区域均得到了验证，并探讨了过大的相对湿度抑制闪电活动发生的可能原因.     

一次冷涡天气系统中雹暴过程的地闪特征分析

利用地面雷电定位系统、多普勒雷达和卫星观测资料,对2002年6月1日山东地区冷涡天气系统下的3个雹暴过程的地闪特征进行了详细分析,结果表明,在同样的天气条件下,产生冰雹的3个强雷暴在不同的发展阶段表现出明显不同的地闪分布特征。通过云图和地闪资料的综合分析发现,地闪主要出现在云顶亮温低于-50℃的云区内,其中负地闪分布比较集中,且偏向云顶亮温水平梯度大的一边,而正地闪则分布比较分散。地闪主要发生在大于40 dBz的区域内,负地闪通常簇集在强回波区(大于50 dBz)或邻近区域,有时密集的正地闪也出现在强回波区或临近区域,但稀疏的正地闪通常发生在强回波外围10-30 dBz的范围内,属于稳定性降水区。结合地面降雹观测资料发现降雹发生在正地闪比较活跃的阶段,正地闪频数峰值略微超前降雹时刻。比较密集的正地闪发生,通常预示着强对流天气(如冰雹、大风等)的发生。强雷暴在发展旺盛阶段通常表现的低地闪频数,可能是由“电荷抬升机制”造成的。     

雹暴系统中单体相互作用宏微观物理过程研究

为探究雹暴过程中单体相互作用的演变特征,利用X波段双线偏振天气雷达和二维闪电监测数据,结合常规气象探空和ERA5再分析资料,分析了贵州威宁县2018年4月30日一次雹暴天气过程中单体合并特征。结果表明:本次雹暴天气主要受两单体合并影响,合并初期有“云桥”现象发生,两单体的强降水促进了连接处的增长;合并使对流系统整体加强发展,初期上升气流和下沉气流的相互作用使雷暴回波顶高降低;冰雹粒子在合并阶段呈现增长趋势,大值主要出现在合并结束前6 min和合并后6 min。本次天气过程中,负地闪频次占总地闪的94%;闪电频次在合并阶段出现跃增现象且达到峰值,较大的上升速度使得低密度霰和冰晶的增速超过高密度霰增速的5倍,低密度霰与冰晶粒子之间非感应碰撞是主要的起电过程;合并完成后,回波顶高下降,上升气流减弱,大粒子下落,受附近新生对流的影响,系统的霰粒子与冰晶粒子数短暂增加,闪电发生频次再次上升。      

西南地区飞机人工增雨跨区作业调度模型

传统的跨区飞机增雨作业,其作业空域划分、作业飞机性能情况不清楚,加之空域申报环节多、信息量大等问题,作业资源不能够及时有效利用,影响了跨区作业效益。本文基于部队空域管制边界,参考民航空中走廊和航路,结合经纬度网格、云水资源分布、高山地势等因素,设计并优化了作业空域分区。首次提出了基于安全、效益、区间的作业飞机性能评估模型,重点分析了跨区增雨作业云降水潜力。建立作业申报、作业决策、作业指挥和作业通报的调度模型业务流程,在此基础上搭建业务平台,并按网格作业空域分区、飞机作业性能评估、调度报告生成等模块分别在业务应用中进行检验和修正,实现飞机作业资源的有效调配和利用。     

X波段双线偏振多普勒雷达共极化差分相移资料的滤波方法研究

为了提高X波段双线偏振多普勒雷达的共极化差分相移Ψ_C质量,利用714XDP-A型车载X波段双线偏振多普勒雷达在北京顺义的探测资料,构造了一个综合滤波方法。将其应用于滤波处理,得到结果:（1）综合小波去噪滤波方法在滤波处理及差分传播相移率K_DP的估算方面相较于中值滤波、综合滑动平均、综合卡尔曼滤波及综合有限脉冲响应（FIR）滤波都是最优秀的,其能较好地保留原始Ψ_C平均趋势及细节特征（偏差基本在±2°可信范围内,部分区域由于对原始Ψ_C细节特征的保留会略有超出）,避免探测误差零值对滤波产生的影响（误差零值订正值回归平均趋势水平,偏差在±2°可信范围内）,对原始Ψ_C距离廓线的平滑程度达到了94%~97%[平滑了超出±1.5° Gate-1（Gate表示雷达距离库）的波动,对±1.5° Gate-1内波动保留];（2）估算的K_DP整体在±5° km-1边界阈值内,避免了探测误差零值、环境噪声和δ对K_DP估算产生的误差影响,K_DP对较强降水指示明显（在回波强度30 dBZ ≤ Z_H < 37 dBZ的层积云降水中K_DP普遍大于0.25° km-1,峰值可达到4.3° km-1;在回波强度30 dBZ ≤ Z_H < 50 dBZ的积雨云降水中K_DP普遍大于0.1° km-1,峰值可达到1.95° km-1）。本文工作对于降水估测和水成物粒子识别有着改善效果,这对雷暴天气预警预报具备重要意义。