基于地基微波辐射计反演四川盆地水汽及云液态水的初步分析

利用2016年12月1日～2017年11月30日,地基微波辐射计、L波段探空资料和地面常规气象资料,对四川盆地的水汽和云液态水进行了初步分析。结果表明：(1)探空与微波辐射计反演的水汽含量差值为0.558cm,相关系数为0.787,且通过了α=0.01显著性检验,微波辐射计反演的水汽含量是可信的。(2)基于地基微波辐射计分析四川盆地水汽和云液态水含量的变化特征,可以得出,夏季水汽含量最多,秋季云液态水含量最多;最大值出现在夜晚,最小值出现在白天,夜晚值大于白天。水汽含量和云液态水含量最大值和最小值时间间隔秋季最长(均为16小时),冬季最短(分别为9小时、10小时);水汽含量日较差在秋季最大(1.096cm),冬季最小(0.489cm),云液态水含量日较差在夏季最大(0.908mm),冬季最小(0.311mm)。水汽含量与降水、温度的月变化特征为显著性正相关,相关系数分别为0.842和0.915;与温度日变化特征在春、秋季的11:00～次日01:00为显著性正相关,白天相关性大于夜晚,在夏季01:00～13:00为显著性负相关,日出前相关性最高。(3)水汽和云液态水含量在降水过程开始前1～2h有明显的波动上升,降水结束后,水汽和云液态水含量迅速减少,水汽和云液态水的变化特征对降水天气的预报具有指示意义。     

重庆地区夏季一次降水过程及增雨潜力的数值模拟分析

利用国家气象中心GRAPES人工增雨云系模式,选取2008年7月4日重庆地区一次降水过程进行数值模拟,分析了重庆地区降雨天气的水汽分布、云系宏微观分布、云中微物理转化和增雨潜力等特征。结果表明：本次降水大气过程中,重庆地区水汽含量极为丰富,水汽分布与地形分布呈明显的对应关系,低层水汽输送较大,整层水汽通量较高,有明显水汽辐合,云中液态水对地面降水影响很大。西南气流和地形共同作用为重庆地区液态水的形成提供了有利条件,在东北部山区迎风坡处大量水汽累积抬升,易形成丰富的液态水。重庆东北部地区水汽向云水转化较强,过冷液态水含量丰富,冰晶含量少,0℃层附近水汽垂直通量较大,降水效率较低,有较大的增雨潜力。     

基于微波辐射计资料的祁连山东段大气水汽和液态水时空变化特征

气候变暖背景下全球干旱风险升高，而对气候变化高敏感的中国西北干旱半干旱区尤为突出，严重制约着区域经济的可持续发展，科学开发空中云水资源是解决该区域水资源短缺的有效途径。利用甘肃永登国家气象观测站地基多通道微波辐射计资料和常规气象观测资料，研究祁连山东段大气水汽和液态水的时空分布及不同性质降水前演变特征。结果表明：（1）受大气环流、地形、边界层及局地和区域天气气候条件等多因素影响，祁连山东段98%以上的水汽集中在6.0 km以下，大气水汽密度随高度下降，液态水含量则随高度先增后减。降水天气背景下，水汽密度及液态水含量明显增大，且液态水含量最大值出现高度有所降低。（2）水汽及液态水存在明显的季节变化，夏季大气可降水量远大于冬季，夏季液态水垂直伸展高度及最大值出现高度均大于冬季。（3）水汽及液态水日变化明显，且存在季节差异。水汽日峰值出现在下午至傍晚，谷值出现在清晨至中午；夏半年峰值及谷值出现时间较冬半年迟，且峰谷值变化幅度更大。液态水垂直伸展高度白天高于夜间，且夏半年垂直分布较冬半年深厚。（4）大气可降水量存在10～20 d和8 d左右的主周期，夏、秋季4～7 d和21～32 d的周期变化...     

陕西省飞机增雨作业典型天气个例分析

在2002～2003年春秋季陕西省14次飞机增雨作业天气分析的基础上,对2002年9月13日飞机增雨作业典型天气个例的环流背景、影响系统以及500 hPaθse、温度、垂直速度、水汽通量散度等物理量场进行了分析,并结合飞机和雷达探测资料,得出飞机增雨作业需要的有利于层状云向降水转化的条件：有稳定的层状云,云系有一定冷层厚度和过冷云水量,供自然冰相降水元和人工催化形成的降水元增长;云系还应有一定厚度的暖层,供下落的自然和人工形成降水元融化再经碰并云水增长成雨滴形成降水.陕西省春秋季具有进行有效飞机增雨作业的天气系统和天气条件.     

山东降水云系微物理结构数值模拟和播云条件分析

利用MM5V3.5中尺度数值模式和现有基本气象业务资料,对主要影响山东的2003年4月17日春季暴雨和2002年10月24~25日秋季冷锋降水过程进行数值预报,在预报效果较为理想的基础上,利用模式输出资料,特别是利用Reisner霰方案计算的云水、雨水、冰晶、雪和霰比含量数值,分析了中尺度对流云系不同发展阶段、冷锋层状云系不同部位的云降水微物理结构特征和差异,展示了背景场动力、热力和水汽输送等条件在云降水过程中的主导作用,并分析了降水云层可进行人工催化的条件。     

层状云系人工增雨潜力评估研究

层状云系是中国人工增雨催化作业的主要对象.云系人工增雨潜力的大小是判断是否作业的最为重要的科学依据.但是,目前中国还没有一套比较完整的综合判断云系人工增雨潜力的评估方法.自然降水形成过程是个复杂的科学问题,因此判断人工增雨潜力也是一个非常复杂的科学问题.作者利用中尺度MM5数值模式模拟的层状云系研究与人工增雨潜力有关的要素,从理论上研究了不同要素与降水的关系.在分析云体的垂直结构、降水机制、水汽厚度、冰面过饱和水汽量、云水厚度、过冷水含量、冰晶浓度、降水效率(凝结水降水效率和凝华水降水效率)等潜力要素基础上,获得了新的潜力要素,例如 "催化-供给" 云结构、降水机制、冰面过饱和水汽量,并提出了定性综合判断云系人工增雨潜力思路.     

利用双频微波辐射计测空中水汽和云液水含量的个例分析

利用23.8GHz和31.65GHz双频地基微波辐射计观测资料,结合卫星云图、雷达、探空和自记雨量计等资料分析了2005年4月在河南新乡观测的不同云系影响时大气垂直积分含水量(V)和云中液态含水量(L)的演变特征,对4月8日低槽云系影响时V、L的特征进行了分析。结果表明:双频辐射计对空中水汽和液态水反映灵敏,不同天气背景时对应有不同的V、L值分布。云液水含量L的变化与云量的增减有关。降水开始之前,水汽含量V值有明显波动,液态水含量L值也有明显增加,一般增大到0.4mm时即出现降水。这些现象对降水开始有指示意义,可预测云系正处于降水产生的阶段,可应用于人工增雨作业。此外,根据微波辐射计观测资料分析了大气水汽、云液水和地面降水之间的定量关系,云中液态水仅占汽态水的8.7‰左右,落回地面的降水占空中水汽量的18%左右。     

基于地基微波辐射计遥感的天津大气水汽和液态水特征

利用2013年3月至2017年2月天津西青地基35通道微波辐射计观测资料,分析天津地区大气水汽和液态水特征。结果表明：天津地区各季节积分水汽和积分液态水的日变化趋势基本一致,均呈单峰型日变化特征,其中夏季最大,秋季次之,冬季最小。各季节积分水汽最大值出现在23：00时（北京时,下同）的概率均明显大于其他时次,夏季和冬季的积分液态水的最大值出现在14时的概率最大,春季和秋季分别出现在10时和13时的概率最大。天津地区水汽密度由地面至3.5 km处逐渐减小,递减梯度由夏季、秋季、春季和冬季的顺序依次增大,各季节从1.5 km往上日变化均不明显。1 km以下,春季、夏季和秋季平均水汽密度的日变化曲线呈双峰型,主峰值分别出现在08时、11时和12时左右。冬季呈单峰型变化,峰值区出现在12-16时。液态水密度随高度分层变化,夏季的液态水密度大值区（0.08-0.14 g·m^-3）为5-6 km,在18-20时出现最大值。秋季、春季和冬季液态水密度的大值区出现的高度为1.5-3.5 km,但数值依次减小,春季和冬季的最大值出现在05时前后,秋季则出现在02时左右。另外天津地区水汽、液态水与温度和降水量的变化趋势基本一致,除夏季06-18时及冬季部分时次外,水汽与温度呈正相关。液态水与温度相关性较差,但与降水量呈正相关,全年液态水与降水量夜间的相关性大于白天。     

山西春季层状云系数值模拟及与飞机探测对比

采用中国气象科学研究院 (CAMS) 中尺度云参数化模式对2010年4月20日山西省一次春季层状降水云系的宏微观结构,特别是垂直方向上的微物理结构进行了数值模拟和分析。利用携带云粒子探测设备的飞机对该次层状云系进行了两次云物理探测飞行,并将飞机探测所获取的数据和图像资料与数值模拟结果进行了对比研究。模拟结果显示:该次降水过程以层状冷云降水为主,云中过冷水含量丰富,云系存在明显的3层结构,地面降水主要来自于云中高层冰晶、雪、霰等冰相粒子的融化和低层云水的转化。数值模拟与飞机探测对比分析显示,高空温度、湿度和高度的配置两者基本一致,数值模拟不同高度的云粒子相态、垂直方向云水比含水量与飞机探测获取的云粒子图像和云液态水含量的垂直结构基本吻合,但数值模拟的云中各种水成物粒子出现的高度较飞机探测偏高。     

河北一次降水层状云系结构和增雨条件的模拟研究

利用中尺度模式模拟结果和卫星、雷达、飞机、地面雨量站等观测资料,对2012年9月21日河北一次西风槽降水层状云系的宏微观结构和增雨条件进行了分析。结果表明:此次西风槽降水过程的影响系统为500 h Pa低槽和700 h Pa切变线,地面并没有伴随冷锋系统;西风槽云系不同部位具有不同云层性质和垂直结构特征,前端为高层冷云,云顶温度为-35℃,云体由冰相粒子和过冷水组成,没有暖云,有少量冷云降水;槽线附近云系为冷暖混合云,云顶温度为-20℃,云体最为密实,地面降水较强;槽后云系为低层液态水云,云顶温度为-5℃,有少量暖云降水;云水分布对应上升运动和高饱和区,高饱和区越深厚、上升运动越强,产生的云水值越大;利用模式过冷水含量、上升运动区、冰晶浓度、温度和逐时雨强对冷云催化增雨作业条件进行分析,槽线附近云系过冷水含量较多,存在强可播区,播撒高度为3.8~6.5 km,最适宜冷云播撒增雨作业。     

新疆伊犁河谷不同季节降水的日变化特征

利用2012—2019年新疆伊犁河谷10个气象站逐小时降水资料,分析该区域不同季节降水的日变化特征。结果表明:(1)伊犁河谷春季、夏季和冬季的累计降水量日变化呈单峰型,秋季呈双峰型。四季累计降水量日变化的低值都出现在下午(15:00—19:00),高值时段在春季、秋季和冬季的上午(10:00—12:00),夏季高值出现在前半夜(22:00)。(2)同一季节累计降水频次和累计降水量的日变化特征类似,逐时平均降水量和降水频次峰值的空间分布均存在明显区域差异。(3)伊犁河谷四季均以短历时降水事件为主,该类事件在夏季出现比例最高(89%),冬季出现比例最低(70%),且短历时降水事件是夏季总降水量的主要贡献者,而长持续性降水事件是冬季总降水量的主要贡献者。(4)伊犁河谷四季降水的日循环与降水的持续性之间都存在密切关系,其中持续2～8 h和1～4 h的降水事件是春季和夏季降水量日变化峰值的主要贡献者,不同持续时间降水事件对秋季和冬季降水量日变化峰值的贡献大致相等。     

地基微波辐射计探测空中水个例分析

为了解层状云降水天气过程中水汽、液水含量的变化 ,在西安地区利用双波长地基微波辐射计进行空中水汽、液态水的连续探测。通过对 2 0 0 3 - 0 9- 1 7的层状云降水天气过程跟踪探测 ,分析得到空中水汽、液水含量的变化特征 :在降水开始前 5 h,水汽、液水含量出现低值段     

河南省2002年秋季一次层状云降水过程的观测研究

在涡旋云系和低槽切变云系的先后影响下,2002年10月16-20日河南省产生了主要由层状云形成的小到中雨天气。中低层对流不稳定层结和偏东偏南暖湿气流为降水提供了有利条件。较厚的云体多为混合相结构,雷达回波普遍有明显亮带,过冷云区冰相粒子含量较过冷水高,暖云区云水含量偏低,雨水浓度基本随雨滴直径指数递减,较大雨滴对雨强的贡献大。推测总体降水机制可能为,冷云过程强于暖云过程,冰粒子凝华增长是其主要增长方式,冰粒子融化对地面降水有较大贡献。云系宏微观结构和降水特征都表明在层状云系不同部位存在不均匀性。     

2012-2019年昌吉州冬季降雪日变化特征分析

利用2012—2019年冬季昌吉州11个国家级台站逐时降水资料,运用常规统计方法,对昌吉州冬季降雪日变化特征进行分析。结果表明：昌吉州冬季降雪量空间分布与海拔高度呈正相关,与纬度呈显著的负相关,降雪强度与纬度关系密切。全州逐时累积降雪量呈双峰型分布,主峰出现在下午17:00,次峰出现在上午08:00;西部呈三峰型特征,主次峰值分别出现在17:00、14:00、08:00;东部呈准单峰单谷型,峰值发生在19:00,谷值出现在中午13:00。昌吉州冬季降水事件以短时降水事件为主,对冬季降水量贡献为64%,12 h以上长持续性降水事件发生概率很小,仅在部分台站偶有发生。西部和东部冬季降水日循环与降水持续性关系较密切,其中持续3～4 h降水事件对西部和东部冬季降水量贡献最大,但随着持续时间增长对降水量的贡献却越来越小。     

微波辐射计观测同降水相关性的研究

利用南阳站微波辐射计反演产品数据,结合L波段探空、多普勒天气雷达和地面雨量等资料,分析了2017年6月4—5日南阳地区一次降水过程中水汽与液态水变化特征,并对2017年6—8月不同降水条件下该地区的水汽与液态水总含量进行了统计。结果表明:微波辐射计反演的产品数据较准确,可靠性较强,可应用于日常业务工作和科研中。降水开始前,水汽总含量与液态水总含量明显增加,随着降水减弱结束,水汽总含量与液态水总含量减少。利用这一现象,可以将水汽和液态水的变化作为选择人工影响天气作业最佳时机的辅助判别条件。对比同时刻、同位置的雷达和微波辐射计资料发现,水汽总含量和液态水总含量跃增时对应较强雷达回波。水汽总含量达到5 cm、液态水总含量达到1 mm,可以作为判断南阳地区夏季降水开始的参考值。     

作物气象灾害危害性的多目标灰色局势决策

计算了１９９１年７月４－９日的梅雨锋强度降水过程的热源Ｑ１和水汽汇Ｑ２，结果表明，存在着两类云系即对流云和层状云对Ｑ１和Ｑ２的结构产生影响。对流加热发生在强降水区上空，而层状云加热发生在对流区周围的弱降水区上空，在对流加热区，大量的潜热释放形成最的热源和水汽汇，热源峰值出现在上部对流层，水汽汇峰值出现在下部对流层，在层状云区，通常０℃层以上为热源和水汽汇，０℃层以下的热汇和水汽源，层状云引起的Ｑ１     

四川盆地云和降水观测科学试验设计与实践

2014—2017年四川地区开展了大范围云系观测科学试验。观测对象以盆地层状云系和积层混合云系为主,积状云(对流云)为辅。本文围绕试验目标、区域、观测要素、观测布局设计、观测方案设计、设备技术参数和典型个例等7个方面进行介绍,根据不同类型云系和降水变化特征,设计有针对性的观测方案,获得了不同类型云系和降水的多尺度连续性观测数据,为四川地区开展云和降水关系研究提供详实的综合型外场观测数据。层状降水云典型个例云高可达8km,云强核心部位的云雷达反射率可达28dBz,径向速度可达-6m·s~(-1),在0℃附近,反射率和退偏振因子LDR上有一条明显的亮带,表现为极大值,液态水主要集中于4.5km以下,随着雨强增大,液水含量增加,降水滴谱分布较窄,随着雨强减小,雨滴谱和速度谱变窄,但小粒径数浓度增加,说明对层状云雨强起主导作用的是雨滴直径,而不是数浓度;无降水层状云典型个例云层厚度为3.2km,云顶约为4km,云雷达反射率不超过0dBz,径向速度不超过5m·s~(-1),层状云内整层水汽含量和液水含量较为稳定,云中主要为液态粒子且粒径偏小、小粒径数浓度较高。     

乌鲁木齐市PM10,PM2.5和PM1.0浓度及分布变化特征研究

利用GRIMM180气溶胶粒谱分析仪采集乌鲁木齐市PM10、PM2.5和PM1.0数据,研究表明:乌鲁木齐市气溶胶颗粒物质量浓度在进入采暖季后急剧增加,冬季颗粒物中细粒子含量最高,PM2.5/PM10可达77.6%,PM2.5/PM10,PM1.0/PM10,PM1.0/PM2.5三比值体现了颗粒物的分布特征,四季污染程度越高,细粒子含量越高。四季无降水日PM10、PM2.5、PM1.0的质量浓度和分布的日变化基本呈三峰三谷型,出现早—午—晚峰值,上午—下午—午夜后谷值,各季节峰谷值具体出现时间略有差别,由于冬季逆温层顶盖等因素的影响,冬季质量浓度和分布的日变化在此基础上多了两次波动。降水的发生对冬、春季质量浓度的影响大于夏、秋季,对不同粒径段粒子的分布影响有一定差别。     

西藏拉萨汛期降水日变化特征

利用拉萨2005—2017年逐小时降水观测资料和1969—2017年逐3 h降水观测资料,在分析该站汛期(5—9月)降水日变化特征的基础上,揭示该站昼夜降水的长期演变特征。结果表明:(1)拉萨小时降水量和降水频次日变化呈单峰型分布,两者峰值均出现在05:00(北京时,下同),谷值出现在15:00—17:00;小时降水强度日变化呈双峰型分布,峰值出现在17:00和00:00,谷值出现在13:00—15:00。(2)拉萨汛期不同等级降水的小时降水量和降水频次日变化位相不同,其中微雨和小雨的小时降水量和降水频次日变化为单峰型,且峰值均出现在05:00,而中雨及以上小时降水量和降水频次日变化峰值出现时间较微雨和小雨略有提前。(3)近49 a拉萨汛期昼夜降水量显著增多,降水强度显著增强,而降水日数无明显趋势,降水强度增强是拉萨汛期降水量增多的主要原因。     

一次积层混合云降水过程增雨条件分析

基于中尺度数值模式MM5,新一代天气雷达、静止气象卫星和雨量等观测资料,对安徽省秋季旱期一次降水过程的增雨条件进行了分析。首先,模式预报的云降水结构与实况在总降水量及分布、云系回波特征、移动趋势方面基本一致,模式产品具有一定可信度,对云降水结构的分析表明,云中含有一定过冷云水且配合有上升气流的存在,这是有利的增雨条件。在此基础上,基于MM5模式结果计算了冰面过饱和度,散度差,K指数和850 hPa水汽含量,并由此得到综合增雨潜力指标,将指标与云结构、降水和卫星雷达资料进行对比,结果表明这些指标揭示了云系中有利于增雨作业的动力、热力、微物理条件,对云系发展和降水过程有良好指示意义,与雷达卫星的观测结果较一致。最后,卫星反演产品、雷达回波以及雷达反演产品如垂直积分液态水含量、回波顶高等特征与模式描述的云系结构特征一致,可判断作业的具体位置和时间,数值模式产品与观测资料结合为人工增雨作业提供了及时精确的指导。