六盘山区夏秋季大气水汽和液态水特征初步分析

六盘山区是中国典型的农牧交错带和生态脆弱带,也是黄土高原重要的水源涵养地、生态保护区及国家级扶贫开发区。利用2017年6-11月隆德气象站地基多通道微波辐射计资料,结合同期平凉探空站及隆德地面降水等观测资料,分析了六盘山区夏秋季大气水汽、液态水变化特征。结果表明：六盘山区夏秋季在降水天气背景下,大气水汽含量和液态水含量均较高,分别为无降水天气背景下的1.4倍和7.0倍;降水天气背景下水汽在5000 m以下有明显的增加,且在此高度范围内的水汽密度随高度的递减率比无降水天气背景下明显偏小;各高度层的液态水相比无降水天气背景下均有明显增大,除6月外,主峰值均出现在0℃层高度层以下。六盘山区夏秋季各月中,6-9月。大气水汽含量高值区均出现在正午到傍晚时段,低值区均出现在日出前后;液态水含量在日出前、午后及傍晚分别出现峰值,最明显的峰值出现在午后。对一次对流性降水天气过程分析后发现,降水发生前40 min大气水汽含量和液态水含量出现两次明显的跃增,水汽向上输送不断加强,2500-7500 m高度的相对湿度明显增大。     

基于地基微波辐射计观测的关中平原中部大气气态和液态水分布特征

大气云水含量分布及演变规律研究对于区域云水资源开发利用意义重大。利用2017年10月至2020年12月陕西泾河站MWP967KV型地基多通道微波辐射计探测资料,分析关中平原中部大气云水含量时间变化特征,并结合地面降水和多普勒天气雷达观测资料,通过个例对比分析不同云系降水前水汽和液态水发展演变特征。结果显示：关中平原中部水汽夏季最高,秋季次之,冬季最低,峰值在7月,谷值在12月;液态水秋季和夏季较高,冬季最低,峰值在9月,谷值在12月。水汽和液态水均呈现单峰单谷型日变化,峰谷出现时间存在差异,水汽日峰值夏季和秋季在07:00—08:00（北京时,下同）、春季在23:00、冬季在13:00,日谷值春夏秋三季在12:00前后、冬季在22:00;液态水日峰值春夏秋三季在07:00—09:00、冬季略晚（10:00）,日谷值均在夜间。不同类型云系降水前云水含量增长用时不同,层状云系发展用时平均为15.6 h,其他积状云系平均为9.0 h,初期水汽均先于液态水发展,越临近降水时刻波动幅度越大,但降水触发前液态水率先跳变跃增,且不同季节层状云系触发降水时的水汽和液态水差异较大;午后强对流发展用时较短...     

地基微波辐射计对乌鲁木齐暴雨天气过程的观测分析

MP-3000A是一种新型大气探测仪器,可以连续得到从地面到10km高度上高分辨率的温度、相对湿度、水汽廓线以及液态水廓线。通过选取2011年5月1日的微波辐射计观测数据,分析在降水发生前后的水汽密度和液态水含量的变化,发现大气降水与水汽密度和液态水含量有很紧密的联系。大气中的可降水量一般会维持在25mm,当大气中的可降水量值超过50mm,液态水含量值开始增加的时候,发生降水的可能性增大;降水过后,液态水含量若是没有回落到0.0mm以内,在未来的2～3h内还是会发生降水,因此研究微波辐射计探测的大气水汽密度和液态水含量,将有助于提高短时、临近预报的准确度。     

不同强度降水发生前微波辐射计反演参数的差异分析

应用微波辐射计反演的地面至10 km高度共58层的相对湿度、水汽密度和云液态水的垂直廓线,以及大气水汽总量、云液态水总量和云底高度数据,再结合小时雨量资料对武汉站不同强度降水进行统计分析,按照降水初始时刻的雨强将武汉站降水分为三类:小时降水量大于等于5 mm的强降水、小时降水量在1~5 mm的中等强度降水和小时降水量在0.1~1 mm的弱降水,统计结果表明:三类降水开始前,大气和近地面湿度均有显著增加;2 km以下有水汽和云液态水的增量中心,且水汽增量中心比云液态水增量中心提前0.5~1 h;降水开始前1.5~1 h,水汽和云液态水的增长速度从缓慢增加突变为迅速增加。强降水开始前7 h最大湿度达到饱和、云底高度下降;低层水汽含量增幅最大,云液态水总量显著高于另两类降水。弱降水开始前,大气与近地面湿度、水汽和云液态水的增加都出现得更早、更稳定,增量中心强度小、位置高,但大值区从降水开始时刻维持到降水开始后5 h,这决定降水能够持续较长时间。     

地基GPS遥感观测北京地区水汽变化特征

利用2004—2007年SA34（北京大学）站的GPS观测数据,运用GAMIT软件解算反演了间隔30min的连续变化大气水汽总量（PW）。与北京南郊观测场得到的探空结果作比较,均方根误差（RMSE）在2~3mm之间。通过对大气水汽作月平均,得到每月的大气水汽总量口变化曲线,并初步分析了夏季水汽日变化与地面比湿、降水、地面气温以及地面风矢量的关系。结果表明:北京地区夏季7月大气水汽总量最小值出现在08:00（北京时）左右,8月大气水汽总量最小值出现在08:00到12:00左右（各年表现出一定的差异）,夏季大气水汽总量的最大值出现在01:00到03:00;7月和8月的日变化在夜间变化趋势有所不同;大气水汽总量最大值出现时刻与地面小时降水有一定相关性,且大气水汽总量的日变化明显受风矢量日变化的影响。通过对大气水汽总量的时间序列进行小波分析,得到1年大部分时间里,水汽变化存在大约12d的周期。采用前期的大气水汽总量平均值和短时大气水汽总量增量两个条件进行降水的判断,认为夏季降水的出现时刻与差值的高值区有比较好的对应。     

北京雾与霾天气大气液态水含量和相对湿度层结特征分析

为了研究空气中的水汽层结变化对雾、霾生消的影响,对北京2011年10月至2012年2月雾、霾天气个例中能见度变化和地基微波辐射计观测的相对湿度及液态水含量资料进行分析,结果表明:大气总液态水含量时序图对预报雾、霾没有参考意义,无论是大气总液态水含量数值的大小,还是大气总液态水含量随时间的变化都不能预测雾、霾的生成与消散。但不同时刻大气液态水含量的廓线图对雾、霾天气的预报还是具有指示意义的,因为雾、霾生消前后大气液态水含量层结变化明显。进一步分析不同情况的雾、霾天气发现:雾、霾生消前后均无降水出现和先出大雾后降水的情况,即降水后消散的雾、霾天气,大气相对湿度的变化和液态水含量的变化主要集中在3 km以下;对于先降水后出大雾的情况,整层大气相对湿度的变化都很明显,液态水含量的变化主要在3~7 km之间。由于降水既可以增加近地面的空气湿度,又可以消耗空气中的水汽,因此降水既是大雾形成的有利条件,也是大雾消散的有利条件。有降水出现的大雾天气,有饱和层(空气相对湿度达到或接近100%),无降水出现的重霾天气,则没有饱和层,且整体相对湿度偏低。     

基于地基微波辐射计的大气液态水及水汽特征分析

大气液态水及水汽的探测对研究灾害性天气具有重要作用,地基微波辐射计可同时获取高时空分辨力的液态水及水汽资料。利用湖北省内三个测站的微波辐射计资料,分析了三站液态水及水汽的时空分布及变化特征。对比武汉站微波辐射计与探空得到的大气可降水量(PWV,precipitable water vapor)发现,两者偏差较小且相关性较好。水汽密度(VD,vapor density)整体随高度递减,2 km以下部分高度的VD在降水时要小于阴天时。液态水含量(LWC,liquid water content)随高度先增后减,降水时其峰值高度明显高于阴天时。降水时,PWV的日变化呈现"一谷一峰"的特征,液态水总量(ILW,integrated liquid water)在白天先增后减,在午后出现峰值,在夜间变化波动较大。受地形影响,荆州液态水总量明显低于武汉、咸宁,咸宁ILW在秋冬季明显高于荆州、武汉。降水发生时,水汽主要在2 km以下积聚,之后被抬升至4 km左右高度凝结并降落。     

中国降水稳定同位素的分布特点及其影响因素

利用IAEA＼WMO＼GNIP的降水稳定同位素资料,分析了中国降水稳定同位素的时空分布特征及其影响因素。结果表明,整体来看我国降水稳定同位素有明显的大陆效应和高度效应。各地大气降水线存在地域差异,内陆地区同一站点冬、夏半年也有明显差异,显示出水汽团特性的不同。不同地区降水稳定同位素（6和过量氘）的季节变化特征明显不同,表明主要水汽来源存在季节性差异。通过对比长序列降水稳定同位素的年际变化与季风和ENSO指数的关系,发现ENS0与降水稳定同位素有显著的正相关,但不一定通过影响降水量来引起降水稳定同位素（stable isotope in precipitation,SIP）的变化。重点分析了我国降水量效应、温度效应的特点,指出沿海和西南等季风区主要受降水量的影响,北方非季风区温度效应起主要作用,交叉地带则两种效应都有影响。     

地基微波辐射计资料在降水分析中的应用

利用武汉MP-3000A型地基微波辐射计,采集降水前大气水汽含量和云液态水含量数据,结合历史观测的气象资料,详细分析了降水前一小时大气水汽含量、云液态水含量的分布和演变与降水的关系,结果表明：1）大雨开始前一刻对应的V（大气水汽含量）值≥6.5 cm,中雨对应的V值接近6 cm,小雨对应的V值在5～6 cm之间;2）V...     

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。     

祁连山山区空中水汽分布特征研究

将卫星遥感资料与探空资料和地面观测降水资料相结合,分析了祁连山山区空中水汽含量和云迹风的空间分布特征。并且,以此为基础,研究了祁连山大气水汽和地面降水的空间分布及其与大气环流和地形的关系。结果表明:祁连山大气水汽和地面降水受西风带、偏南季风(南亚季风和高原季风)和东亚季风的共同影响,在祁连山西北部大气水汽主要受西风带气流控制,在祁连山中南部偏南季风占主导地位;在祁连山的东北部则是东亚季风的影响比较明显。同时,祁连山大气水汽、降水和降水转化率与海拔高度和坡向以及环流影响区的关系均十分密切。一般,迎风坡上大气水汽含量在3500—4500 m海拔高度会出现一个峰值;而在背风坡上除东亚季风影响区外大气水汽含量只出现随海拔高度单调递减趋势,基本上不出现任何峰值。背风坡大气水汽含量总体上要比迎风坡少得多,最多大约能少4.49 kg/m2。无论是大气水汽含量、地面降水还是降水转化率均在东亚季风影响区最大;东亚季风影响区大气水汽含量在迎风坡上的峰值要更强,出现的海拔高度更低。     

1960—2016年中国北方半干旱区盛夏降水时空变化及其水汽输送特征分析

基于气象台站降水观测资料,本文分析了1960—2016年半干旱区盛夏（7、8月）降水量时空变化特征,探讨了典型降水量时空分布型与大气环流及水汽输送的关系。结果表明,1960—2016年半干旱区7月和8月降水量的主导空间模态均可归纳为“区域一致型”和“区内反向型”。“区域一致型”时间序列显示1960—2016年7、8月降水量均呈减少趋势,但8月减少趋势更明显。这一时间序列与大气环流及水汽通量输送之间相关性分析显示,欧亚遥相关以及中纬度西风气流与7月降水量变化密切相关;而西太平洋副热带高压是影响半干旱区8月降水量变化的主要原因。相较而言,“区内反向型”年际变率较小但年代际变化明显,当北方半干旱区受反气旋性环流控制时,易形成北方半干旱区西部地区降水偏多而东部地区偏少的格局。     

淮河流域水汽收支的若干特征

利用欧洲中心１９８０－１９８６年７年逐日资料和同期淮河流域的降水资料,计算了该地区的大气水汽汇的时间变化和空间分布,并分析了它们与降水量和蒸发量的关系。结果表明：淮河流域的７年平均降水量为８５７．５ｍｍ,年蒸发量为８４２．０ｍｍ,水汽收支大致相当。水汽汇的年际变化较大。７年平均水汽汇最大值在淮河上游信阳一带,最小值位于流域东部。淮河流域平均降水在７月份最大（２１１ｍｍ）,蒸发量同时达到最大（１６７     

微波辐射计观测数据在降水预报中的应用

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站2007~2010年夏季地基12通道微波辐射计观测数据,对半干旱区降水前和非降水过程的水汽含量和云液态水含量的变化特征进行分析。结果表明:(1)水汽含量达到2.20 cm可以作为半干旱区降水预报的阈值。水汽含量随时间变化比较平缓,变率约为0.06 cm/h,且降水前24 h内水汽含量均2.20 cm;或者水汽含量开始较小,但降水前水汽含量随时间出现拐点,之后变率开始增加,可达0.19 cm/h以上,进而使水汽含量2.20 cm。这2种情况均可预报可能有降水产生;(2)云液态水含量达到0.20 mm可以作为降水预报的阈值,且降水前云液态水含量随时间变化出现拐点,之后变率开始增加,可以预报1 h后可能有降水。     

暴雨前后山地与平原的大气垂直结构特征对比分析

利用神农架机场站2016年6月23日11时—24日08时(北京时,下同)和咸宁站2016年7月3日04时—4日01时两次暴雨过程的地面小时降水数据及同址微波辐射计观测数据反演的地面至10 km高度共58层的水汽密度、液态水含量、相对湿度和温度廓线,以及站点水汽总量、液态水总量、云底高度等资料,得到两次暴雨过程中,位于山地的神农架与位于平原的咸宁的暴雨前后大气垂直结构差异。神农架水汽总量、液态水总量均低于咸宁,测站上空各高度的水汽密度、液态水含量、温度也低于咸宁对应高度的数值,混合层的相对湿度略大于咸宁。多要素综合分析认为:(1)神农架处于山地,外来水汽供应不够充分,降水的形成主要依靠本地水汽凝结产生;由于山地海拔较高,神农架大气层结温度相对较低,冰晶效应的温湿条件较咸宁好,冰晶效应使得神农架在水汽供应不够充足的情况下产生暴雨。(2)咸宁水汽供应充足,水汽凝结之后可以得到及时补充;咸宁尽管混合层的湿度条件不如神农架,冰晶的凝结增长相对较弱,但混合层的凇附过程和融化层的云雨滴碰并都在降水过程中起到重要作用。(3)降水开始前神农架的大气抬升作用比咸宁的强,地形对气流的阻挡抬升作用明显,而降水开始后咸宁的大气抬升作用更显著,表现出明显的对流性特征。     

地基微波辐射计在遥测大气水汽特征及降水分析中的应用

利用山西太原的地基多通道微波辐射计资料,结合探空和自动站降水数据,研究不同天气背景下大气水汽总量(V)、积分液态水含量(L)和水汽密度(VD)的分布特征和演变规律,并探讨微波辐射计资料在降水分析中的应用。结果显示:1—6月V、L呈增大趋势,非降水日V、L相对较小,降水日,V和L明显增大;VD垂直廓线特征显示,1—6月VD均呈逐渐增大趋势,最大值出现在距地面500 m高度以内,降水日VD值明显大于非降水日,且VD随高度升高有减小趋势,降水天气背景下水汽主要在1~2 km高度范围内增大积聚,且高值区厚度较大;V的日变化曲线呈现2个峰值,分别出现在早晨(06—08时,北京时,下同)和夜间(22—23时),谷值一般出现在午后(12—16时);初夏季节降水前1 h,V、L通常会有明显增大,一般V10 mm,L0.3 mm,V、L的平均跃增量分别为7 mm和0.6 mm,V、L的迅速增大预示着测站上空水汽的迅速聚集,可作为降水可能发生的指示因子。     

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。      

微波辐射计反演大气温湿度廓线与降水相关性分析

利用辽宁省阜新蒙古族自治县QFW-6000型地基微波辐射计和邻近探空资料,对微波辐射计反演精度进行评估,分析云中积分液态水含量、积分水汽含量与降水量的变化特征。结果表明：微波辐射计的反演参量与探空资料具有高相关性,反演的相对湿度基本大于探空测量的相对湿度,近地面与高层的误差在5%以内。基于云中积分液态水含量与降水量的统计分析发现,降水开始前存在明显跃增,云中积分液态水含量会快速增大到1 mm以上,随着降水的持续,云中积分液态水含量一直维持在2 mm以上,当降水结束,云中积分液态水含量迅速回落至0.2 mm以下。积分液态水和积分水汽含量为雨天>云天>晴天,积分水汽含量在不同天气下具有相似的垂直结构,均表现出随高度升高递减的变化趋势,水汽在高空的递减速率相对较慢,到近地层递减速率明显加快;云中积分液态水含量在云天和晴天的垂直分布结构相似,最大值分别为0.15 g·m^-3和0.10 g·m^-3,均位于1 km高度处;雨天云中积分液态水含量具有两个峰值区间,分别位于1.0 km和2.5 km高度处。云中积分液态水含量和积分水汽含量呈现白天高值而夜间及清晨低值的日变化特征,云底高度则呈相反的变化趋势。     

利用北京GPS监测网分析夏季暴雨的水汽特征

利用覆盖北京地区的地基GPS水汽监测网数据反演的地基GPS大气柱水汽含量 (precipitable water vapor, PWV),分析了2009年7月3次暴雨天气过程中大气柱水汽含量的水平分布特征;利用高空、地面常规气象资料以及加密气象自动站观测资料计算地面和高空比湿,结合温度、风等物理量分析3次暴雨天气过程中的大尺度水汽输送和中尺度局地辐合作用;对最大降水强度以及降水量的时间变化的分析表明:3次降水落区分布特征与降水前期大气柱水汽含量高值的水平分布较为一致;大气柱水汽含量曲线变化特征与各尺度天气系统造成的水汽输送和水汽辐合密切相关,大气柱水汽含量的大小与水汽来源密切相关;降水前4小时内大气柱水汽含量出现陡增,线性增速大于1.1 mm/h,最大降水强度出现在大气柱水汽含量峰值出现后的1~2 h。     

成都地区一次持续性暴雨过程的水汽特征分析

利用地基GPS技术反演得到的大气可降水量资料、FY-2C卫星水汽图以及NCEP 1°×1°再分析资料,分析了2008年9月23—26日成都地区一次持续性暴雨的水汽特征。结果表明,降雨期间的水汽主要由来自孟加拉湾的暖湿气流和来自"黑格比"台风的高低空急流组成;暴雨发生前对流层中低层水汽充足,大气层结极不稳定,水平风的垂直切变较明显;高时间分辨率的地基GPS资料不仅可获得水汽实时变化的信息,而且对于暴雨发生时间和暴雨强度都有一定的指示性;结合中尺度数值模拟的结果,发现此次暴雨过程中可降水量的变化能反映区域水汽辐合辐散的变化,降水与否或降水大小不仅取决于大气中水汽含量的多少,更受到大气动力和热力条件的影响,水汽辐合的强弱具有关键作用。