三维冰雹云模式对那曲冰雹天气过程的数值模拟研究

为了对西藏地区冰雹天气有更多的认识,利用三维冰雹云模式对2007年和2008年两年发生在那曲地区的冰雹天气进行了数值模拟,并以2008年8月22日发生在那曲的冰雹天气为个例进行了分析,同时探讨三维冰雹云模式在西藏地区的适用性问题。结果显示：模式能够较好地反映云体发展进程中的宏观动力学过程以及微物理过程。宏观方面：能够模拟出冰雹云发生、发展、成熟、消散的过程;微物理方面：能够模拟出各阶段的水汽混合比。模式能够应用于对西藏地区冰雹天气的研究;考虑冰项过程时,模拟的云体发展更强盛,云顶高度抬高,模拟时间更长;固态水成物粒子的积累过程和融化过程对降水有重要贡献;模式模拟的冰雹直径对预报冰雹直径有一定参考价值。     

四川2008年“9．23”强对流天气中雷电活动和降水结构关系的研究

利用常规气象资料、地闪及TRMM卫星等资料,运用统计和对比的分析方法,对四川“9．23”雷暴过程中地闪的时空演变特征及其与降水结构的关系进行了研究分析。结果表明：沿副高边缘移动的“9．23”雷暴过程主要发生在川西高原以东地区,地闪空间分布集中连续,且主要以双单体雷暴系统的形式出现。处于雷暴系统或单体中心的地面站其地闪频数的峰值提前或同时与降水量峰值出现;而处于雷暴系统或单体边缘的地面站其地闪频数的峰值则更易滞后于降水量峰值。地闪的发生与雷暴云中的水成物粒子的分布状态都有直接的关联性,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。     

闪电资料在中尺度WRF模式中同化方法的研究

利用强对流天气中雷电活动与对流性降水之间的统计关系,将闪电资料反演成降水资料,通过四维变分同化方法,将地闪资料同化入中尺度WRF模式中,并对四川地区一次强降水天气过程进行模拟。结果显示,经过同化的初始场能有效改善初始时刻强对流系统雨带结构,使得模式的初始场较好反应出大气的真实状态,并对暴雨的预报有正面影响。而在其短时模拟效果中,闪电资料的同化更好地模拟出川东北地区的降水过程,雨区的中心位置和强度都得到明显改善,改善了WRF模式在四川地区对强对流天气的模拟能力。      

贵州威宁雹暴微物理特征的观测及数值模拟研究

利用位于贵州威宁雪山镇的X波段双偏振雷达,在观测资料质量控制的基础上,结合基于模糊逻辑的水凝物粒子识别算法(HID)以及中尺度数值模式WRF,对2018年6月28日贵州威宁羊街镇的一次强雹暴天气过程进行分析。结果表明：此次冰雹过程,观测识别与模式模拟结果具有较好的一致性,主要经历发展、成熟(孕育)、成熟(降雹)、衰减(消亡)四个阶段。(1)发展阶段：低密度霰(LDG)初生于-20℃层附近(5.0～6.8 km),是冰晶(CR)与周围过冷云水的凇附作用所致;高密度霰(HDG)初生于2.6～4.2 km,由聚合物(AG)凇附周围过冷云水所形成。(2)成熟(孕育)阶段：LDG、HDG以AG粒子为主要霰胚源进行凇附增长;雨夹雹(RH)初始形成在-20℃层附近(4.2～6.8 km),由周围少量HDG为雹胚源碰冻过冷云水所致。(3)成熟(降雹)阶段：LDG通过碰并作用大量形成,HDG产生有两种源项,一是由AG粒子(3.4～6.0 km)为高密度霰胚源的凇附作用,二是由上方的LDG粒子(6.8～9.3 km),因重力沉降作用,在下沉中撞冻过冷水所形成,并最终由HDG为主要雹胚源形成RH。(4)衰减...     

雷暴微物理过程对电活动影响的数值模拟研究

在一维时变雷暴云起电放电模式的基础上,分别利用对流降水试验合作计划(CCOPE)和夏季雷暴放电与降水研究(STEPS)一次雷暴的实测探空资料进行了初步模拟,并通过敏感性试验研究了软雹垂直通量、地面温度和反转温度对雷暴云起电放电过程的影响.模式考虑的冰晶生成机制为Fletcher 和H-M冰晶生成机制.对比CCOPE和STEPS雷暴个例的模拟与观测结果,发现垂直电场正负极大值出现的位置与实测结果较接近,但电场极值差异较大,模拟结果明显大于实测结果.敏感性试验表明,当软雹垂直通量增加时,雷暴云首次放电时间降低,而单位时间内发生闪电的次数(闪频)随之增大.当地面温度较高时,雷暴云中负电荷的垂直厚度较小,雷暴云的正、负电荷最大密度较大.当反转温度较低时,冰晶所带负电荷的垂直范围较大.在敏感性试验中,当模式中地面温度为32℃,反转温度＜-26℃时,雷暴云出现反极性电荷结构.该模式能较直观地模拟雷暴发展过程中的电荷结构和电场时空分布等.     

强对流天气过程中降水结构和雷电活动关系的研究

利用TRMM卫星等资料,运用统计与对比的方法,分析了川南的一次暴雨过程的闪电活动及其与降水结构之间的关系。结果表明,绝大多数闪电发生在对流区域,有少数闪电发生在层云区域,并进一步分析了两个时刻的MCS在6km高度处的雷达回波特征及其和闪电的关系,发现处于发展到成熟阶段的MCS绝大部分事件(闪电资料的一种)集中发生在MCS中的强对流单体回波区。对闪电与85.5GHz的亮温的研究表明,大多数闪电发生在低亮温值区域,负地闪在低亮温区域相对分散,在高亮温区域相对集中。     

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。     

藏东南森林穿透雨氮沉降通量变化特征及其影响因子

2012—2013年生长季在野外原位观测了青藏高原林芝地区森林穿透雨中不同形态氮湿沉降通量,并研究了氮沉降通量的变化特征及其影响因子。研究结果表明,2012、2013年可溶性总氮(TN)累积沉降通量分别为8.82kg·hm-2·a-1和6.91kg·hm~(-2)·a~(-1);其中,硝态氮(NO-3-N)、铵态氮(NH+4-N)、可溶性总有机氮(DON)沉降通量分别占总氮的16.98%、53.39%和29.63%,NH+4-N对湿沉降通量的贡献率最大。不同形态氮沉降通量呈现明显的季节性变化特征,一般在夏季达到最大值。随着降水量及温度的升高,不同形态氮沉降通量均有增加趋势;其中,总无机氮(TIN)与月平均气温呈显著相关关系(p0.05),TN、TIN均与月累积降水量呈极显著相关(p0.01)。月累计降水量和月平均气温可以共同解释森林穿透雨中TN沉降通量55.2%的变化。     

雷暴云宏观特性对其电过程影响的数值模拟研究

利用一维雷暴云起电放电模式,初步模拟了STEPS(夏季雷暴降水与闪电研究计划)一次雷暴个例的一些基本电学特性。模拟的电荷结构为:雷暴云上部为正电荷,下部为负电荷,即符合典型雷暴云的偶极性电场分布特征,放电层电场随时间变化规律呈锯齿状分布。在此基础上,对云底高度和温度垂直递减率进行了敏感性试验,研究这两种因子对雷暴电过程的影响。结果表明:当云底高度降低时,放电高度升高,闪电频数增加,首次放电时间随之提前,即放电过程变强。温度垂直递减率增大,闪电频数降低,首次放电时间随之延后,正负电荷的分布范围减小。     

黔西山区小槽触发类雹暴的诊断方法研究

利用探空资料、美国国家环境预报中心0.5°×0.5°逐6小时再分析资料、X波段双偏振雷达观测资料对小槽触发的雹暴过程进行诊断分析。针对其发生发展特征,提炼出具有代表性的预报指标阈值构建针对小槽触发的雹暴诊断方法。利用此方法对雹暴多发地黔西山区,小槽触发下3次雹暴过程进行诊断分析,验证诊断方法对各类小槽触发的雹暴过程的预报效果。结果表明:根据多个个例降雹前的环境条件特征,选取湿热力垂直螺旋度大于0.8×10^-3 Pa·m³·K·kg^-1·s^-2和水汽垂直螺旋度大于0.8×10^-5 kg^-1·m³·Pa·s^-2作为指标阈值,在雹暴发展初期可诊断出个例的降雹潜势;针对强风切变、单体合并过程将促进强雹暴发展的特性,利用热力切变平流参数绝对值大于3×10^-8 K·Pa^-1·s^-1的大值中心区域与降雹地的对应关系和45 dBz回波顶高与0℃高度关系阈值,可诊断...