降水云与降水性质关系之我见

《气象》1992年第7期文明的《降水云层不是判定降水性质的唯一依据》一文,提出了地面观测中普通关心的一个问题,有必要作深一步探讨。     

厄尔尼诺次年夏季中国地区云的变化特征及其与降水的关系

基于1961—2010年中国地面台站和卫星观测等多种数据,对不同类型厄尔尼诺事件次年夏季中国地区云的变化特征和不同类型降水的变化特征进行了分析,探讨云的变化特征与总降水异常的复杂联系。结果表明:站点数据中,厄尔尼诺事件次年夏季总云量和低云量的异常与降水异常分布形势大致相同;积雨云、雨层云和层积云等低云的出现频率有所增加。云量与降水异常在全国范围内表现出显著的正相关;通过显著性检验的正相关站点,云量与降水异常的线性关系也通过了显著性检验,总云量和低云量与降水的增加比例分别接近1:3和1:1。卫星观测数据中,厄尔尼诺事件次年夏季高云量、深对流云量、光学厚度和云水路径的变化与站点降水异常基本呈正相关;黄河以南地区总降水的变化主要来源于对流降水的异常,其贡献比例高达80%。中国东部地区低云对降水具有很好的指示作用;厄尔尼诺事件次年夏季南方地区总降水的异常主要来自对流降水的变化;对流降水异常增加与深对流云的异常增多有关。厄尔尼诺事件的发生使得次年夏季中国季风区对流活动增强,对流云云量增多,云层增厚,云顶向上发展,故而对流降水增加,异常雨带形成。      

辐辏状云与堤状云对未来降水的指示性

辐辏状云具有宽广的云区，长条平行的分布反映了高空的流场特征，特别是辐辏状云，现在知道它是副高边缘或是南支急流云系的指示云，因而常被用作重大天气过程的征兆[1－2]。观测事实指出，出现在低空，云条延伸很长的堤状云（常称长为堤云），与大型天气过程关系密切，也是一种很好的天气指示云[1－2]。本文就我们近年来（1981－1989年）南宁的云天日记和云图拍摄资料，分析探讨辐辏状和堤状云的规律及与未来降水的关系。     

宁夏盛夏层状云降水雨滴谱特征分析

利用1982年7月在宁夏银川机场地面4次观测获取滴谱资料, 分析了宁夏夏季层状云雨滴的瞬时和平均谱及有关物理量的特征,总结出了层状云降水的一些主要特征.文中给出了4次降水的平均谱分布及谱参数的演变,进行了M-P分布的拟合分析,得出雨滴谱基本符合M-P分布.还分别建立了雷达反射率因子、雨强和雨水含量之间的相关关系,并分析了层状云降水的特点以及与积雨云、混合云的特征量进行对比,总结出三种降水的不同之处.     

广东云与降水的宏微观物理特征

该文综合分析了广东地区云与降水的气候概况，云和降水微物理结构，大气气溶胶与雨水的物理化学特征，其中较重要的结果有：广东地区全年各月平均雨日均超过１０天；１０月至次年３月夜间雨日多于日间雨日，与展状云夜间云顶辐射降温使冰核活化增强促使降水机会增加有关；４至９月日间雨日明显多于夜间，与日间对流发展旺盛有直接关系。云型间的微结构存在差别。雨型间微结构变异甚大。海盐粒子是重要的凝结核来源，台风活动造成“盐核暴”现象是向大陆输送盐核的有效机制。硫酸盐也是一种重要的凝结核。工业污染亦是大气中吸湿性粒子的来源之一。雨水化学成份与环境背景密切相关，广东大陆酸雨频率高与环境中缺少碱性气溶胶有关。     

中国东部云-降水对应关系的分析与模式评估

为评估和改进模式中不同类型云与降水的对应关系,利用1998—2007年卫星-台站融合降水资料和国际卫星云气候计划的卫星观测云资料,采用诊断方法分析了中国东部季风区冬季层云、夏季对流云、层云与降水的水平分布及季节变化对应关系,并评估了BCC_AGCM模式的T42和T106分辨率版本对云-降水对应关系的模拟能力。观测资料分析结果表明,中国东部冬季云带和雨带都稳定少动,降水主要来自雨层云和高层云,南部沿海层云和层积云也对降水有贡献;夏季,中国东部表现为层积混合云降水特征,对流云带与降水带具有较好的对应关系,并具有一致的移动特征。对流降水主要来自深对流云和卷层云,深对流云云量和降水中心完全吻合,卷层云云带则表现出比深对流云主体和降水带偏北的现象;层云降水主要来自高层云和层积云。模式评估结果表明,中、低分辨率版本的BCC_AGCM模式均模拟出了冬季层云和稳定少动的降水带、夏季深对流云、卷层云和降水带的对应关系及随季风推进的移动特征。与T42模式版本相比,T106模式版本在夏季对流云云量的模拟及其与降水带的对应关系方面有所改善,说明改进的BCC_AGCM积云对流参数化方案与高分辨率模式网格更匹配,但冬季层云云量模拟误差变大,与降水带的对应关系变差,其原因值得进一步分析研究。     

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。     

热带测雨卫星综合探测结果之"云娜"台风降水云与非降水云特征

为了解降水云与非降水云相应的微波信号、云水、雨水及潜热特征,文中利用热带测雨卫星搭载的测雨雷达、微波成像仪及红外辐射计探测的匹配融合结果,就2004年8月“云娜”台风进行了个例分析研究。结果表明:“云娜”台风过程中深厚降水云占79%,中云和低云降水仅分别占10.6%和10.4%;非降水低云所占比例最大(45.5%),高云其次(34.1%)。降水云中大粒子居多,非降水云粒子有效半径分布宽。深厚降水云中冰、水含量成正比;中等厚度降水云中的冰含量相对稳定,但液态水含量变化大;深厚和中等厚度非降水云中的冰、水含量皆成反比。对降水率、气柱潜热、气柱云水和云冰沿台风径向分布的分析结果发现,台风生成前的低压中心附近降水率和气柱总潜热比随后时次均大,表明降水释放潜热对“云娜”台风的形成起到了非常重要的作用;在台风形成后,降水率和气柱总潜热自台风云墙向外减小;随着台风的成熟,降水率和气柱总潜热沿台风径向分布趋于稳定。潜热廓线分析表明,深厚降水云潜热释放在对流层中上部(3 km以上),最大潜热高度约4.5 km。对降水云和非降水云的冰、水含量平均垂直廓线分析表明,深厚和中等厚度的降水云中水粒子含量具有相似的平均廓线,最大值(约0.03 g/m3)位于4—5 km高度,降水低云中的水粒子含量最大值(约0.07 g/m3)位于4 km高度;对于非降水云,3种不同高度的潜热廓线、水和冰粒子含量廓线相似,反映了TRMM反演算法对这些参数的反演仍存在缺陷。     

中国东部暖季对流云与层状云的比例及与降水的对应关系

基于1985~2011年逐时地面台站观测云资料,分析了对流云和层状云及其比例关系的时空演变特征,结合逐日融合降水资料研究了对流云、层状云与季风雨带的对应关系。结果表明,中国东部暖季（5~9月）对流云发生频率平均为15.4%,层状云为30.0%。对流云与层状云发生频率的比例在广东、广西、海南省东部和贵州省大部分地区大于1,其它地区均小于1。伴随季风雨带的北进南退,层状云发生频率和云量中心均与降水中心对应,且层状云云带与季风雨带位置吻合,随时间的演变趋势也相同,说明季风雨带主要由层状降水构成,对流云发生频率和云量大值中心则位于季风雨带南侧。对流云和层状云发生频率/云量的变化在华南地区和江淮流域呈显著负相关,云的类型主要由大气稳定度决定。对流云和层状云发生频率在华北地区呈显著正相关,水汽是形成云的决定因素。就降水频率而言,华南地区层状云降水和对流云降水各占一定的比例,而江淮流域和华北地区层状云降水频率更大。     

甘肃省强降水变化特征

利用甘肃省1960~2011年逐日降水量及1984~2011年暴洪灾害的灾情资料,分析了甘肃省强降水变化特征及其对社会经济的影响。结果表明:(1)近52 a来,甘肃省降水量整体上呈逐年减少趋势,空间上由东南向西北递减;(2)河西年降水在1986年以后均匀度明显下降,而河东在20世纪70年代后期降水时间分布很不均匀、80年代后期较均匀,其它时间变化不大;河西5~9月降水在20世纪80年代后期到90年代前期分布最不均匀,河东20世纪90年代后期到21世纪初期降水不均匀性有所增加,此后逐渐减小;(3)河西西部一直是近50 a甘肃降水量分布最不均匀的地区,20世纪70年代及21世纪以来不均匀度明显较高;(4)20世纪80年代以来,甘肃河西强降水明显增加,而河东在21世纪初有短时段的增加,2008年以后又逐渐减少;(5)甘肃省暴洪灾害的频次及其造成的直接经济损失均呈增加趋势,而因暴洪灾害造成的死亡人数在减少,2009年以后略有增加。     

临夏州大—暴雨物理量诊断集合预报模型

针对临夏州大—暴雨产生的物理条件,总结了相关的物理量及其指标,根据地面、高空及T213数值预报格点资料,采用三角形插值法计算各站点的相关物理量,利用集合的方法建立了临夏州大—暴雨物理量诊断集合预报模型。通过个例检验,该模型对临夏州大—暴雨具有一定的预报能力。     

青藏高原东北侧局地冰雹统计特征及对特殊雹云单体的讨论

以3D-Barnes方案插值的新一代天气雷达反射率因子等高平面资料,用垂直累积液态含水量(Vertically Integrated Liquid Water Content,简称:VIL)的理论模式计算单体的VIL,用VIL与单体顶高度之比计算单体的VIL密度(Vertically Integrated Liquid Water Content Density,简称:VILD),采用统计方法对青藏高原东北侧局地冰雹的日变化和大小分布特征以及地面最大冰雹直径(简称:Rmax)与单体在降雹过程中的最大VIL(简称:VILmax)和最大VILD(简称:VILDmax)之间的关系进行了统计。结果表明:(1)青藏高原东北侧局地降雹主要以中冰雹为主(直径在5~20 mm之间),其次是小冰雹(直径<5 mm,现称为霰),出现大冰雹(直径≥20 mm)的概率很小;(2)从冰雹的日变化特征看,青藏高原东北侧局地降雹主要出现在下午到傍晚,期间存在2个降雹高峰时段。第一个主要集中在13:00~18:00,其中以15:00~16:00出现的概率最高,另一个主要集中在20:00~21:00,日内其余时间降雹概率很小,此结论与陈乾[1]等研究区域性冰雹发现的午后傍晚双峰型特征基本吻合,但在出现时段上稍有偏早;(3)VILmax和VILDmax从总体趋势上看与Rmax之间均存在正相关关系,但VILD-max比VILmax与Rmax之间的相关性更好;相同大小的冰雹所对应的雹云单体的VILDmax虽然存在一定的差异,但差异不大,一般维持在0.1 g.m-3以内;(4)雷达观测静锥区和单体强回波区倾斜或悬垂回波等是影响VILmax和VILDmax与Rmax之间出现负相关的2个主要因素。     

冰雹云形成发展与闪电演变特征分析

1998年4月23日下午在中尺度对流系统(MCS)的影响下，山东潍坊地区出现了一次大范围的冰雹强对流天气。应用闪电定位系统、卫星和雷达观测资料，研究了这次降雹过程形成和发展不同阶段闪电的变化特征。分析发现雹云在形成发展和减弱消亡阶段，每5分钟闪电频数低于20次，且正闪电频数明显低于负闪电；雹云在成熟阶段，闪电频数每5分钟平均值大于20次，且正、负闪电频数相当，而在强降雹前短时会出现正闪电频数超过负闪电现象。此外还发现，在降雹前20～30分钟闪电频数有跃增现象，其增加速率和降雹强度呈正相关关系，降雹的起始时刻与总闪电和负闪电每5分钟频数出现极大值的时刻有明显的一致性。     

冰雹云形成发展与闪电演变特征分析

1998年 4月 2 3日下午在中尺度对流系统 (MCS)的影响下 ,山东潍坊地区出现了一次大范围的冰雹强对流天气。应用闪电定位系统、卫星和雷达观测资料 ,研究了这次降雹过程形成和发展不同阶段闪电的变化特征。分析发现 :雹云在形成发展和减弱消亡阶段 ,每 5分钟闪电频数低于 2 0次 ,且正闪电频数明显低于负闪电 ;雹云在成熟阶段 ,闪电频数每 5分钟平均值大于 2 0次 ,且正、负闪电频数相当 ,而在强降雹前短时会出现正闪电频数超过负闪电现象。此外还发现 ,在降雹前 2 0～ 30分钟闪电频数有跃增现象 ,其增加速率和降雹强度呈正相关关系 ,降雹的起始时刻与总闪电和负闪电每 5分钟频数出现极大值的时刻有明显的一致性。     

NPOESS/VIIRS及其云图产品的应用

美国国家极轨业务环境卫星系统计划(NPOESs)第1颗卫星预计于2010年发射,可见光红外成像辐射仪(VIIRS)是NPOESS卫星计划的首要关键载荷,该仪器继承、发展和集成了3颗现有卫星有效载荷的功能,其预期云图产晶在整个NPOESS计划应用产品中处于最高优先级地位.从简要介绍NPOESS/VIIRS仪器特征人手,从云图解释的物理基础出发,利用现有卫星载荷类似通道云图实例,对VIIRS预期云图产品进行了概要分析,给出该载荷云图产品在改进和提高云分析与预报水平方面的预期应用潜力和价值.     

Cloud Properties and Its Relation to Precipitation over Northwest China

The temporal and spatial distribution of cloud properties over Northwest China has been analyzed using the ISCCP (International Satellite Cloud Climatology Project) monthly mean D2 data from July 1983 to September 2001. The result shows that the regional average total cloud amount, optical thickness, and water path are 52.5%-58.3%, 2.6-6.6, and 44.9-77.6 g m-2, respectively. The major feature of spatial distribution is that higher value areas of cloud properties are all over Tianshan, Kunlun, and Qilian Mountains, while the lower values of cloud properties are over Tarim Basin, the western desert of Inner Mongolia, and the northwestern part of the Loess Plateau. The higher values of cloud amounts are generally associated with higher level of precipitation. For example, the amounts of stratiform clouds with large water path values are good consistent with precipitation. But the amounts of cumuliform and stratocumuliform clouds do not have de nite relation to precipitation.     

陇南地质灾害降雨区划及临界雨量研究

陇南地质灾害主要分布在白龙江流域、白水江流域和西汉水流域,主要形式为泥石流、滑坡,其分布密度比云南东川、大盈江及四川西昌等都大。其产生的主要气象条件为降雨(雷阵雨、暴雨、连阴雨)。本文重点介绍陇南地质灾害的分布、陇南地质灾害降雨区划及临界雨量值的确定。     

Anomalous Midsummer Rainfall in Yangtze River-Huaihe River Valleys and Its Association with the East Asia Westerly Jet

In this study, the interannual and interdecadal relationship between midsummer Yangtze River-Huaihe River valley (YHRV) rainfall and the position of the East Asia westerly jet (EAWJ) were investigated. The midsummer YHRV rainfall was found to significantly increase after the 1980s. Moreover, the location of the EAWJ was found abnormally south of the climatic mean during 1980–2008 (ID2) compared to 1951–1979 (ID1). During ID2, associated with the southward movement of the EAWJ, an anomalous upper-level conver-gence occurred over middle-high latitudes (35°–55° N) and divergence occurred over lower latitudes (～30°N) of East Asia. Correspondingly, anomalous descending and ascending motion was observed in middle-high and lower latitudes along 90°–130° E, respectively, favoring more precipitation over YHRV. On an interan-nual time scale, the EAWJ and YHRV rainfall exhibited similar relationships during the two periods. When the EAWJ was centered abnormally southward, rainfall over YHRV tended to increase. However, EAWJ-related circulations were significantly different during the two periods. During ID1, the circulation of the southward-moving EAWJ exhibited alternating positive–negative–positive distributions from low to middle– high latitudes along the East Asian coast; the most significant anomaly appeared west of the Okhotsk Sea. However, during ID2 the EAWJ was more closely correlated with the tropical and subtropical circulations. Significant differences between ID1 and ID2 were also recorded sea surface temperatures (SSTs). During ID1, the EAWJ was influenced by the extratropical SST over the northern Pacific; however, the EAWJ was more significantly affected by the SST of the tropical western Pacific during ID2.     

甘肃临夏人工与自动气象站气温观测差异对比及均一性研究

自动气象站因其监控、观测、采集、存储资料方面的诸多优势,已成为今后我国地面气象观测的发展主流,并将逐步取代人工观测。人工观测和自动站之间不可避免地存在着观测差异,这种差异对历史气象资料的延续性提出了挑战,并将深刻影响大气科学研究和业务应用。因此,对比分析2个观测系统之间的观测差异及均一性是非常必要的。结果表明,临夏气象站2种观测数据序列中,平均气温的平均差异为-0．35℃,差值变幅为0．22～-1．56℃;最高气温的差异变幅为0．01～0．31℃;最低气温的差异大,变幅不稳定,其中1～3月差异变幅为-2．12～-3．05℃,其余月份差异变幅为0．05～-0．57℃。自动站日平均气温和最低气温系统性偏低于人工观测值,最高气温反之。在分析2个数据序列差异的基础上,建立了各季的气温订正方程。订正后2个序列的差值减小,尤其最大偏差显著减小,效果良好。