基于GPM资料的四川盆地及周边地区夏季地形降水垂直结构研究

基于ETOPO1高程资料将四川盆地及其周边区域分为平原、山地、高山三类地形,利用2014-2021年5-9月的GPM DPR资料,对发生在三类地形上的层云和对流性降水事件进行统计,并分析对比不同地形下强降水的垂直结构特征。研究表明：（1）相较于其他雨强等级的降水,平原对流性弱降水的降水粒子在近地层受蒸发作用最为明显,反射率因子波动较大且呈减弱趋势。对流性强降水中,随着地势抬升,反射率因子中心高度也随之升高。（2）对流性强降水中,随着地势升高,因地形作用形成的强上升气流利于雨滴碰并聚合成大雨滴的同时也更易使降水粒子破碎形成小雨滴,从而导致大雨滴（粒子质量加权平均直径Dm≥2.6 mm）出现的概率增大,Dm分布域宽度增宽;层云性强降水中,高山冻结层高度以下的中等直径降水粒子（1.4 mm≤Dm≤1.65 mm）出现的概率比平原大。（3）对流性强降水中,平原的粒子数浓度参数dBNw高频区的分布较山地和高山更为集中,而层云性强降水的情形正好相反。相较于平原,高山的降水粒子在10 km以上呈现数浓度较低、尺度较大的特征。（4）雷达反射率、Dm和dBNw三者之间关联密切。冻结层以下,对流性强降水粒...     

TRMM多卫星降水分析资料揭示的青藏高原及其周边地区夏季降水日变化

针对青藏高原东南坡降水云内大气温湿结构缺乏认知的情况,利用TRMM PR资料、ERA5再分析资料和IGRA等资料,分析了青藏高原东南坡三个降水个例水平分布特征、垂直结构特征及天气背景特征。结果表明：(1) 高原东南坡以冰云及混合云降水为主,近地表降水率及回波顶高度分布不均;地表雨强越大,回波顶高度越高,云顶温度越低。虽然对流降水样本数较少,但其降水强度集中在10~50 mm·h^-1,对总降水量的贡献较大。(2) 从降水垂直结构来看,降水率自高空至6 km高度较为均匀的增大,体现了粒子的碰并增长过程,在4—6 km高度,降水释放潜热最大,粒子尺寸也更大,大于40 dBz的反射率因子多分布在此高度范围内。(3) 雷达反射率因子的垂直变率在5 km附近有一狭长大值区,反映了融化层的存在,融化层会随着回波顶高度的变化表现出轻微的抬升或下降。(4) 三个降水个例均发生在低层辐合高层辐散的流场中,降水落区水汽充沛,且云体对流有效位能较大,有利于降水系统的产生和发展。

     

基于TRMM PR探测资料的青藏高原东坡降水结构特征分析

利用热带测雨卫星(TRMM)探测资料和ERA5再分析资料,研究了2006年7月6日发生在青藏高原东坡的一次强降水过程,并在此基础上分析了青藏高原东坡夏季(6—8月)的降水结构特征。研究结果表明：青藏高原东坡较强降水个例发生在低层辐合、高层辐散的降水环境背景场中,雨带呈东北-西南分布,最大降水强度超过20 mm·h-1。对流降水回波顶高超过17 km,层状降水回波顶高低于15 km,6.5 km高度存在亮带,且外形也似非高原地区的层状降水垂直结构。统计分析表明在高原东部偏南区、高原东部与四川盆地交界区南部的夏季降水频次高,而在高原东部偏北及四川盆地的降水频次、对流和层状降水频次均比上述地区小;多年夏季的日均降水量分布大体与降水频次分布类似。降水反射率因子的垂直结构具有地域性特点,高原东部偏南和偏北区的回波垂直结构相似,因受到地形高度的压缩,其降水垂直结构与非高原地区的不同;而高原东部与四川盆地交接区的降水垂直结构外形,介于高原与非高原之间;四川盆地的对流降水和层状降水垂直结构与中国东部平原及热带副热带洋面的相近,但层状降水的亮带高度高出1 km。     

基于GPM卫星探测的夏季高原涡降水结构特征

利用GPM卫星的双频反演产品DPR_MS和ERA5再分析数据,对2016~2020年夏季青藏高原上空能被GPM卫星探测到的32例高原涡降水特征进行研究。结果表明：（1）高原涡在高原上降水强度偏小,绝大部分低于2 mm/h,雨顶高度主要在6~9 km。降水类型以深厚弱对流为主（占59.64%）,其次是浅薄降水（占40.35%）,深厚强对流极少。（2）高原西部降水涡绝大多数为深厚弱对流、平均雨顶高度明显高于东部涡,但东、西部涡的平均降水强度没有明显差异。浅薄降水频次呈“东高西低、北高南低”的空间分布特征,深厚弱对流降水则相反。（3）深厚弱对流降水受高原涡强上升运动影响显著,在6.5~7.5 km高度有大量有效半径为1.1 mm的雨滴粒子堆积,近地面较强降水（7 mm/h）的雨滴破碎过程明显。浅薄降水的反射率因子在各个高度持续增大,其地面降水主要由雨滴粒子碰并形成,地表雨强受雨滴浓度影响明显。     

一次西南低涡特大暴雨的中尺度对流云团特征

利用热带测雨卫星(TRMM)探测资料和ERA5再分析资料,研究了2006年7月6日发生在青藏高原东坡的一次强降水过程,并在此基础上分析了青藏高原东坡夏季(6—8月)的降水结构特征。研究结果表明：青藏高原东坡较强降水个例发生在低层辐合、高层辐散的降水环境背景场中,雨带呈东北-西南分布,最大降水强度超过20 mm·h^-1。对流降水回波顶高超过17 km,层状降水回波顶高低于15 km,6.5 km高度存在亮带,且外形也似非高原地区的层状降水垂直结构。统计分析表明在高原东部偏南区、高原东部与四川盆地交界区南部的夏季降水频次高,而在高原东部偏北及四川盆地的降水频次、对流和层状降水频次均比上述地区小;多年夏季的日均降水量分布大体与降水频次分布类似。降水反射率因子的垂直结构具有地域性特点,高原东部偏南和偏北区的回波垂直结构相似,因受到地形高度的压缩,其降水垂直结构与非高原地区的不同;而高原东部与四川盆地交接区的降水垂直结构外形,介于高原与非高原之间;四川盆地的对流降水和层状降水垂直结构与中国东部平原及热带副热带洋面的相近,但层状降水的亮带高度高出1 km。

     

基于云亮温和降水回波顶高度分类的夏季青藏高原降水研究

本文利用热带测雨卫星(TRMM, Tropical Rain Measuring Mission)第七版逐日逐轨测雨雷达(PR, Precipitation Radar)及可见光和红外扫描仪(VIRS, Visible and Infrared Scanner)的融合数据集,研究了夏季青藏高原上降水类型的特征.统计结果表明第七版PR降水回波强度及降水率廓线资料(2A25)仍旧误判青藏高原上以层云降水为主(比例高达85%);以云顶相态定义的青藏高原降水类型统计表明,冰相云顶和冰水混合相云顶的降水分别占43%和56%;以降水回波顶高度定义的降水类型统计表明,深厚弱对流降水和浅薄降水分别占77%和22%,而深厚强对流降水仅占1%.空间分布的统计表明,冰相云顶降水和冰水混合相云顶降水的频次和强度自高原西部向高原东部和东南部增加,其降水回波顶高度自高原西、中部向东部降低.深厚强对流降水和浅薄降水的频次由西向东增加,而深厚弱对流降水频次分布是西少、北少、南多,高原南部比北部的深厚弱对流降水频次高出近1倍;深厚弱对流降水和浅薄降水的平均强度也表现了自高原西部、中部向东部的增大,而其降水回波顶高度分布则相反.总体上,夏季青藏高原降水频次和强度自西向东增多和增大,而云顶和降水回波顶高度则相反.     

利用雷达反射率因子垂直廓线改进复杂地形下的台风降水估测精度

文章发展了一种利用雷达垂直反射率因子廓线改进复杂地形下台风降雨的雷达定量估测方法。该方法通过全局与区域最优拟合的垂直反射率因子廓线(VPR)获取近地面的最优反射率,并获取最优的动态Z-R关系。该方法充分考虑了复杂地形下的垂直降雨结构特征以及地形增雨增幅影响,因此有效弥补了雷达在复杂地形下VPR监测不完整问题。利用浙江地区三个典型登陆台风对方法进行检验,结果表明,反演的VPR能够较好地反映洋面、平原与山区的低层反射率因子结构差异,符合实际降水系统低层结构特征。相比传统的定量降水估计方法.改进算法较好地解决了复杂地形区域的强降水低估问题,其估测的小时降水与地面检验的雨量站观测相关系数达到0.85~0.94,降水累积估测误差减少约50%。     

中国南方地基雨量计观测与星载测雨雷达探测降水的比较分析

利用热带测雨卫星(TRMM)上搭载的测雨雷达(PR)探测结果和中国40°N以南地区约430个台站雨量计观测结果,分析研究了1998-2005年中国南方地区这两种降水资料气候分布的异同.研究结果表明两种降水资料在2.5°空间水平分辨率上,所描述的中国南方降水率气候分布在多年年平均和季平均上具有较好的一致性,但在降水率极值和极值区范围大小等细节上两者还存在一定的差异,主要是地面雨量计结果相对PR结果偏高,其中中同南方50%以上地区两者相差在1 mm/d以内、30%的地区两者相差在1-2 mm/d,夏季差异可超过2 mm/d.对两种降水资料差异的原因分析表明,地面雨量计空间分布密度是影响两者差异的决定性因素,当格子内雨量计超过6个时,两者的相关系数大于0.7;夏季两种降水资料的相关性都比其他季节差,不论格子内的雨量计数量多与少;对流降水多发地区,两种降水资料之间的差异大于层云降水多发地.利用PR探测结果对夏季青藏高原多年月平均降水率分布及高原东、西部的降水特点的分析表明,6月高原东部出现2 mm/d左右的降水区,而在7和8月1 mm/d的降水区域基本覆盖了除高原西部以外的整个高原,其中高原中部地区出现降水率近3mm/d的大值区.月降水距平的时间演变表明,高原降水偏少月份要多于偏多月份.     

基于雷达资料的一次高原涡天气云降水宏微观特征研究

利用常规天气资料,并结合第三次青藏高原大气科学试验(TIPEX-Ⅲ)的毫米波云雷达资料和激光雨滴谱仪雨滴谱资料,对影响那曲地区的一次高原涡天气进行了综合分析,包括天气背景和云-降水水平、垂直结构和演变特征。结果表明:此次高原涡天气形成了涡旋状的云系,从垂直结构看本次过程由对流云演变为积层混合云。对流云阶段,回波多呈小面积的零星稀疏分布,持续时间较短,与此同时还伴有强烈的上升运动,云中正速度区多呈条状或细带状,云顶较高,呈"蘑菇状",此时对应降水强度小,雨滴粒子浓度较低。混合云阶段,回波多呈整齐的片状,回波持续时间较长,云中的正速度区常呈柱状或方块状,近地面1km位置处亮带明显,是由于粒子相态变化造成的,亮带以下降水粒子碰撞破碎,反射率因子明显降低,对应雨滴粒子直径多处于1～3mm,且浓度较大。高原涡过程中不同阶段云所对应的雷达回波结构和降水特征存在明显的差别,本研究可为高原天气预报和物理过程等研究提供一定参考。     

基于Cloudsat的降水云和非降水云垂直特征

降水云是人工增雨作业的主要对象,了解降水云系的垂直结构对于人工增雨可播条件的选择至关重要。利用Cloudsat卫星2008年3月—2009年2月资料,首先通过大量个例分析并结合地面降水量观测验证Cloudsat卫星识别降水云方法的合理性,在此基础上,统计分析了华北和江淮地区降水云与非降水云的垂直结构特征。统计结果表明:降水云与非降水云垂直结构存在明显差异, 两地区降水云云底高度都在2 km以下,非降水云的云底高度以高于2 km为主。两地区单层降水云云厚以大于6 km为主,多层降水云云厚以2~4 km为主,非降水云云厚以小于2 km为主。两地区降水云夹层厚度集中于1~2 km,非降水云夹层厚度集中在4 km以上。江淮地区多层云降水频率略高于华北地区。     

四川盆地及周边地区TRMM 3B42数据精度检验

多源信息融合的流域水文模拟及预报技术,是目前水文预报发展的一个重要方向。以易发生长江流域特大洪水的四川盆地及周边地区为研究区域,从单个站点及子流域降水量相关性、降雨空间分布和相对误差等方面对TRMM卫星3B42产品探测精度进行了检验分析。结果表明:研究区TRMM 3B42数据与地面观测数据在日、月尺度上具有较高的相关性(R >0.5),3 h尺度相关性较差(R<0.5),且3 h和日尺度在降水量峰值拟合上存在较为明显的数值偏差和时间上的提前或延迟;不同时间尺度下两组数据的空间分布特征总体具有较好的一致性;两组数据2008—2010年降水量序列均值相对偏差在±10%的概率密度百分数为32.26%。总体上研究区TRMM 3B42数据呈现高估(四川盆地大部分区域),局部出现低估(四川盆东南及地周边地区);研究区3 h尺度TRMM 3B42数据探测精度明显低于日尺度,高程变化对TRMM 3B42数据的探测精度具有一定影响。因此,针对该区域TRMM 3B42数据3 h和日尺度数据序列精度相对较差的问题,应用该卫星数据进行3 h尺度流域水文模拟及预报研究时,就需要对该区域卫星数据和地面观测数据进行融合,充分发挥两种数据的优势。     

基于星载测雨雷达2004-2014年观测的川渝地区降水垂直结构的气候特征

使用热带测雨卫星（TRMM）搭载的测雨雷达（PR）2004-2014年长达11 a的连续观测资料对青藏高原东南缘川渝地区不同季节不同降水类型的垂直结构特征进行了统计分析,并建立了相应的气候态反射率垂直廓线（Vertical Profiles of Reflectivity,简称VPR）。结果表明,由于不同的微物理及动力过程,降水类型对反射率垂直廓线的结构特征影响很大,90%的层云0℃层亮带峰值强度低于32 dBz,50%的对流云最大反射率强度超过35 dBz。降水类型及强度均对反射率垂直廓线的形状影响很大,层云系统发生中及大雨时其冰雪区的聚合反应效率明显较发生小雨时高。反射率垂直廓线特征参数具有一定的区域性和季节特征,且地表加热和地形高度的作用会加强上升气流对反射率垂直廓线形态的影响,上升气流的强度影响着冰雪及雨水区的碰并增长率以及低层的蒸发作用,从而进一步影响低层雨区的反射率垂直廓线斜率,边界层的相对湿度是另一个影响雨区反射率垂直廓线斜率及蒸发率的重要因素。星载测雨雷达的云分类算法在青藏高原东南缘地区受到一定的挑战,仍有改进的空间;未来可以将基于星载测雨雷达建立气候态层云典型反射率垂直廓线应用于联合地基天气雷达网观测以弥补后者在复杂地形条件下探测范围及能力受限的缺陷,从而改进雷达定量降水估测的误差。      

秦岭及周边地区夏季降水的主模态分析

基于秦岭及周边地区394站气象观测资料、欧洲中期数值预报中心(ECMWF)再分析ERA-Interim数据,利用小波和回归等分析方法,讨论了秦岭及周边地区夏季降水年际变化的主模态以及与其相联系的大气环流异常。结果表明:1)在年际变化的时间尺度上,秦岭及周边地区夏季降水主要表现为秦岭南北降水的气候差异性变化(EOF1)、黄土高原第二地形抬升带与其两侧降水的反位相振荡(EOF2)、秦岭西南部降水正异常和其东北部降水负异常变化(EOF3)和关中平原的地形降水贡献(EOF4)4个模态,其解释方差总贡献为73%,并且具有显著的2~4 a周期,其中EOF3和EOF4还具有4~8 a左右的年际变化周期。2)回归分析表明,EOF1正位相环流特征表现为200 hPa急流偏弱,中纬度槽填塞,西太平洋副热带高压强度偏弱,有来源于东海的水汽输送,使得秦岭北部降水偏多;EOF2和EOF3分别具有显著的蒙古低压和东北冷涡环流特征;EOF4的500 hPa环流异常不显著。3)根据新定义的秦岭季风指数回归分析表明,回归场的季风指数和降水模态的时间系数显著相关,秦岭北部降水偏多(少),南部降水偏少(多),反映了强(弱)季风年的年际转换。反之则具有多态性,不同年份强(弱)秦岭回归季风指数的环流形势存在较大的差异,可能触发多种降水模态和位相振荡。     

上海及周边地区气溶胶对云和降水的影响初探

利用2000年4月—2013年9月搭载于Aqua和Terra卫星上的中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer,MODIS)遥感资料,首先分析上海及周边地区气溶胶光学厚度(AOD)的长期统计特性,而后配合地面自动气象站降水资料,分析气溶胶与不同类型云的特征参数和地面降水之间的关系,研究该地区气溶胶与云和降水的相互作用。结果表明:上海及周边地区AOD年均值从2000—2009年和2011—2013年分别呈现增强、减弱趋势,而2010年出现明显低值。随着气溶胶增多,该地区浅薄水云的发生频率减少15.5%~32.4%,而深厚混合云的发生频率增加2.1%~10.0%。气溶胶增多对水云云滴粒子有效半径变化的影响受环境水汽条件影响很大,当水汽条件充分(不足)时,气溶胶增多会导致水云云滴粒子有效半径增加(减弱)。深厚混合云的云顶温度随AOD增加而显著减少。气溶胶较多时,降雨量小于1.0 mm·h-1的较弱降水发生频率减少,而降雨量大于等于1.0 mm·h-1的较强降水发生频率增加,说明气溶胶增多会抑制弱降水发生而加强强降水发生。     

青藏高原及其周边地区降水的水汽来源变化研究进展

近几十年来,随着全球气候变暖,青藏高原降水整体呈现增加趋势,气候暖湿化趋势明显;与此同时,位于青藏高原东南缘的中国西南地区整体上呈现暖干化趋势,干旱事件频发。探讨青藏高原及其周边地区降水的水汽来源变化、揭示降水趋势性变化的原因已经成为当前研究热点。本文评述了近年来青藏高原降水的水汽来源研究,重点关注青藏高原变湿、西南地区变干的水汽来源变化原因以及青藏高原南北水汽来源差异,讨论了尚未解决的科学问题,展望了未来研究方向。现有研究表明,青藏高原以西的西风带控制区蒸散发贡献的水汽整体呈现减少趋势,青藏高原以南和以东的季风控制区蒸散发贡献的水汽整体呈现增加趋势,上述水汽源区贡献变化导致了青藏高原及其周边不同区域降水趋势性变化的差异。展望未来,水汽来源分析的模型和数据需要进一步验证及减少不确定性,青藏高原下垫面和蒸散发变化对周边地区降水的影响机制研究有待加强,全球变化与青藏高原降水水汽来源变化的关系尚需深入分析。     

新的高原季风指数与四川盆地夏季降水的关系

用NCEP/NCAR逐月再分析资料和中国560站月降水资料,定义了一个高原季风指数IPM2。结果表明:与原有高原季风指数相比,该指数与四川盆地夏季降水的相关性更好,能够较好地反映四川盆地夏季降水的异常变化。当高原夏季风偏弱时,巴尔喀什湖至贝加尔湖低压槽、亚洲东岸高压脊、印度低压均加强,同时西太平洋副热带高压偏北,来自孟加拉湾的西南风水汽输送和源于西太平洋的偏南风水汽输送均加强,这种环流形式有利于四川盆地西(东)部夏季降水偏多(少);当高原夏季风偏强时,情况相反。IPM2弱(强)大(小)年与四川盆地西(东)部涝年环流背景相似,表明IPM2能够很好反映四川盆地夏季降水异常的环流场特征。     

松花江流域初夏降水分布型的环流特征及差异

利用1961-2017年松花江流域31个气象站初夏降水资料、NCEP/NCAR再分析资料,采用多种统计方法,讨论了松花江流域初夏降水时空分布及影响环流特征。结果表明：松花江流域初夏降水具有全流域一致型、西北-东南反位相型和东北-西南反位相型3个主要分布模态。影响3个分布型的主要环流特征分别为贝加尔湖以东低值系统-鄂霍茨克海阻塞高压（西南低-东北高）、乌拉尔山脊-西西伯利亚槽-外兴安岭脊（两脊一槽型）、渤海/华北低值系统及其东北部高压,东部局地高压或阻塞形势对松花江流域初夏降水的3个模态起到非常重要的作用。东亚-太平洋型和极地-欧亚型是对第一模态降水分布起重要作用的遥相关型。     

Reversed impacts of the Arctic oscillation on the precipitation over the South China Sea and its surrounding areas in October and November

Climate Dynamics - The reversed impacts of the Arctic oscillation (AO) on precipitation over the South China Sea and its surrounding areas (SCSA) in October and November during 1979–2014 are...     

A study on the precipitation in Rome from 1782 to 1978

Summary The analysis of the historical data series is a powerful tool for the study of the past climate. There exists in Rome a long series of meteorological observations, which date back to 1782. While in a previous work the air temperature was examined, in the present one different statistical techniques are used in order to investigate the synchronous patterns of precipitations. These methods show some characteristics of the precipitation regime on a time scale running from a seasonal to a secular cycle.

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Zusammenfassung Die Analyse historischer Zeitrechnung ist ein gutes Werkzeug zum Studium des vergangenen Klimas. In Rom existiert eine lange Reihe meteorologischer Beobachtungen, die bis 1782 zurückreicht. Während in einer früheren Untersuchung die Lufttemperatur betrachtet wurde, werden hier mit verschiedenen statistischen Methoden die gleichzeitig auftretenden Muster des Niederschlags untersucht. Sie zeigen einige Charakteristika im Niederschlagsregime mit Perioden, die von jahreszeitlichen bis zu jahrhundertelangen reichen.

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With 8 Figures