江苏省冰粒过程的天气特征和预报着眼点探讨

利用常规气象观测资料、微波辐射计资料和FNL再分析资料对2016年3月8日和2015年2月27日江苏省两次冰粒过程进行了对比分析,研究结果表明:(1)两次过程均是在后倾槽系统和东路冷空气的影响下产生的,环流形势为冰粒的产生提供了有利的大尺度条件;(2)在临近冰粒形成前,融化层和冻结层形成,而干层的形成时间要明显早于融化层和冻结层;(3)偏北的冷气流与偏南的暖气流随时间和空间分布不同导致温度平流分布不同,进而导致融化层和冻结层产生;(4)干层的形成主要是由于湿度平流随高度的分布差异造成的,水滴在干层中的蒸发吸热作用促进冻结层产生和维持。     

地形对2008年初湖南雨雪冰冻天气的影响分析

利用NCEP逐日资料、探空站点资料和地面观测资料,分析了2008年初发生在湖南的第三次冰冻雨雪过程(1月25～29日)。结果表明,冰晶层、融化层、冷层这种两头冷中间暖的温度垂直分布结构以及地面微风、低温、潮湿的气象要素条件共同导致了湖南的这次严重冰冻灾害。利用中尺度数值模式MM5模拟了湖南独特的地形特征对这次冰冻过程的影响。两个敏感性试验结果表明,随着南岭山脉地形高度的降低会导致南岭北部上空的大气垂直温度层结发生变化,而这种变化并不利于湖南南部冻雨的发生,同时还在一定程度上导致南岭以北的降水增加,以南的降水减弱。     

热带西太平洋边界层的多层结构分析

本文主要利用第一次“中美热带西太平洋海气相互作用联合调查”所获得的海洋水文、气象及大气探测资料,分析了热带西太平洋暖水区边界层大气层结特征,指出热带西太平洋边界层大气具有多层结构和多层送温现象,边界层内各层厚度及气温、位温、混合比随高度的变化趋势如下:超绝热层位于地面以上50m左右,气温、位温、混合比迅速减小,系绝热不稳定层;第一层为混合层,平均厚度为351m,位温、混合比变化不明显;混合层上又是逆温层大多为30—100m厚,位温迅速增大,混合比迅速减小,系绝对稳定层;700—1000m为浅对流云活跃层,     

城市近地层湍流特征分析

利用中国科学院大气物理研究所在北京的325 m铁塔观测资料,本文分析了47、140和280 m三个高度的湍流统计特征.结果表明,城市近地层的湍流速度方差和湍流温度方差都较好地满足局地相似关系,140 m和280 m的湍流特征非常接近,而47 m的湍流特征与之相比表现出明显的差异,说明由于城市冠层动力和热力非均匀性的影响...     

2008年湖南冻雨成因研究

利用NCEP再分析资料、TRMM卫星资料和WRF数值预报模式,对2008年1月12日-2月2日湖南冻雨的成因进行了研究.结果表明,冻结层和融化层之间的水汽辐合和较强的上升运动是冻雨产生的两个必要条件.湖南南部强冻雨的产生需要强水汽辐合和上升运动,相对较厚的融化层和高的暖中心温度.卫星云图上在融化层能够观测到亮带,回波强度较大;弱冻雨期间云顶亮温相对较高,观测不到亮带,融化层厚度薄.当考虑真实地形影响时,冻结层在雪峰山脉的北面存在加厚过程,冷中心温度明显偏低;受高大山脉影响,融化层的水汽加强,厚度和强度比加入虚拟地形影响时偏厚偏强,中上层对流不稳定增大,上升运动明显加强;当加入虚拟地形因素影响时,上升运动减小.     

A Comparison of Two Canopy Radiative Models in Land Surface Processes

This paper compares the predictions by two radiative transfer models-the two-stream approximation model and the generalized layered model （developed by the authors） in land surface processes -for different canopies under direct or diffuse radiation conditions. The comparison indicates that there are significant differences between the two models, especially in the near infrared （NIR） band. Results of canopy reflectance from the two-stream model are larger than those from the generalized model. However, results of canopy absorptance from the two-stream model are larger in some cases and smaller in others compared to those from the generalized model, depending on the cases involved. In the visible （VIS） band, canopy reflectance is smaller and canopy absorptance larger from the two-stream model compared to the generalized model when the Leaf Area Index （LAI） is low and soil reflectance is high. In cases of canopies with vertical leaf angles, the differences of reflectance and absorptance in the VIS and NIR bands between the two models are especially large. Two commonly occurring cases, with which the two-stream model cannot deal accurately, are also investigated. One is for a canopy with different adaxial and abaxial leaf optical properties; and the other is for incident sky diffuse radiation with a non-uniform distribution. Comparison of the generalized model within the same canopy for both uniform and non-uniform incident diffuse radiation inputs shows smaller differences in general. However, there is a measurable difference between these radiation inputs for a canopy with high leaf angle. This indicates that the application of the two-stream model to a canopy with different adaxial and abaxial leaf optical properties will introduce non-negligible errors.     

黄山地区冬半年降水相态判据研究

利用2008—2018年逐年11月至翌年3月常规气象观测资料,从天气形势配置、降水相态与特征层气温、0 ℃层高度和层结厚度的关系等进行分析,归纳了黄山地区冬半年雨、冻雨、雨夹雪和雪四类降水相态的判别依据,并利用一次雨雪转换天气过程对判据进行了检验。结果表明,黄山地区固态降水和固液混合型降水主要发生在1—2月。850 hPa高度层及以下各层气温对雨雪转换的判别效果较好,当850、925、1 000 hPa特征层气温和地面气温分别大于等于-3.9、-2.6、0.5、1 ℃时可判定为雨,各层气温继续降低将出现雨夹雪或雪。当0 ℃层高度在1 000 hPa高度层以上时可能出现雨,反之出现雨夹雪或雪。此外,厚度层结也能较好地区分雨和雨夹雪或雪。冻雨（冰粒）的判据与其他降水相态的判据不同之处是在700 hPa高度层附近存在融化层。判据能较好地区分黄山地区不同降水相态,但对冻雨和冰粒的识别能力相对较弱。     

烟雾层的长波辐射效应以及对边界层温度层结的影响

本文利用一个简化的长波辐射方案，计算了兰州城市烟雾层大气的辐射效应．计算表明:烟雾层气溶胶增加了到达地面的大气逆辐射和气层的冷却率，平均污染状况时，增加量分别为15．2％和0．073℃／h．与烟雾层对太阳辐射吸收加热率相比，冷却率量值较小，但对全天边界层能量平衡所起作用不可忽略．对比分析了兰州和郊区夜晚的平均温度廓线演变情况，可以看出烟雾层长波辐射效应增加了低层大气中上部的冷却．     

近地面层风温廓线的层结订正

近地面层风温廓线的层结订正孙卫国，任健美（南京气象学院．南京．２１００４４）（山西大学师范学院．太原．０３００１２）关键词近地面层，风温廓线，相似理论，普适函数近地面气层中，由于下垫面的直接影响以及湍流输送的结果，气象要素无论在时间上还是空间上的变化...     

华北太行山东麓一次稳定性积层混合云飞机观测研究:对流云/对流泡和融化层结构特征

对云中微物理过程的研究是研究云降水形成过程和人工影响降水的重要基础,目前对积层混合云的对流区/对流泡中的微物理结构了解甚少。本文利用河北省“十三五”气象重点工程——云水资源开发利用工程的示范项目（2017～2019年）“太行山东麓人工增雨防雹作业技术试验”飞机和地面雷达观测数据,重点分析研究了2017年5月22日一次典型稳定性积层混合云对流泡和融化层的结构特征。研究结果表明,此次积层混合云高层存在高浓度大冰粒子,冰粒子下落过程中的增长在不同区域存在明显差异,在含有高过冷水含量的对流泡中,冰粒子增长主要是聚并和凇附增长,而在过冷水含量较低的云区以聚并增长为主。由于聚并增长形成的大冰粒子密度低,下落速度小,穿过0℃层时间更长,出现大量半融化的冰粒子,使融化现象更为明显。镶嵌在层状云中的对流泡一般处于0℃～-10℃（高度4～6 km）层之间,垂直和水平尺度约2 km,最大上升气流速度可达5 m s-1。对流泡内平均液态水含量是周围云区的2倍左右,小云粒子平均浓度比周围云区高一个量级,大粒子（直径800 μm以上）的浓度也更高。在具有较高过冷水含量的对流泡中降水形成符合“播撒—供给”机制,但在过冷水含量较低的区域并不符合这一机制。     

冷雾的边界层温湿层结特征

以１９８１～１９９６年５８次冷雾（成雾时Ｔ≤０℃）为样本,利用高空和部分低空探测资料,对其边界层的温湿湿度层结分层特征进行了统计分析。所得结果不论对人工消除过冷雾的研究还是对提高预报水准都是有益的。     

辽宁地区雨雪转换天气的判别和分析北大核心

利用2011—2020年辽宁地区逐小时地面观测数据和定时高空观测数据,统计分析纯雪、雨雪转换两类降水天气特征。结果表明,辽宁地区2011—2020年雨雪转换日数与纯雪日数比值为1∶5,沿海地区多于内陆,雨雪转换时主要有5种天气类型:空中槽型、北上气旋型、低涡切变型、冷平流型、回流型,其中,空中槽型雨雪转换日数最多,占总日数的42.8%;冷平流型和回流型相对较少,分别占9.4%和7.8%。地面2 m气温、0℃层高度、抬升凝结高度、抬升凝结高度气温与地面2 m气温差、700~850 hPa位势高度差、850~1000 hPa位势高度差等6个气象因子对鉴定辽宁地区降水相态有一定参考意义。利用高分辨的欧洲细网格资料对2021年2月28日雨雪天气过程的降水相态进行诊断分析,结果表明,雨雪相态的转变对对流层低层温度平流非常敏感,0℃层高度、冰雪层厚度、粒子降落行程与降水相态之间关系密切;当0℃层高度降低(由920 hPa到950 hPa),云中冰雪层增厚(由430 hPa增至530 hPa),液态水层变薄(由20 hPa到10 hPa),云中冰雪物下落到地面的行程缩短(由780 m降至410 m),下落环境温度降低(由3.5℃到0.5℃),降水相态由雨转换为雨夹雪或雪。     

一次寒潮背景下降水相态变化特征分析

利用常规气象观测资料和NCEP再分析资料,对2013年4月18日到20日河南出现的一次区域性寒潮天气过程的环流背景、影响系统及寒潮期间降水多相态转换的成因进行了分析。结果表明:本次寒潮过程属于横槽转竖型,冷锋迅速南下,导致寒潮暴发;此次寒潮天气的大气温度层结存在逆温层结构特征,温度廓线的变化会导致降水相态发生变化;受低层冷空气持续影响,暖层强度即融化层遭到一定程度的破坏或消失,冷层即冻结层强度增强,0℃层高度下降,以致降水相态发生相应的改变;降水相态的变化与暖层温度及0℃层高度密切相关。根据本次寒潮过程中NCEP再分析数据得到:当降水相态为雨时,暖层温度≥2℃,0℃层高度≤975 h Pa;当降水相态为雪时,暖层温度≤-1℃,0℃层高度≌1000 h Pa;当降水相态为冰粒时,2℃≥暖层温度≥-1℃,1000 h Pa≥0℃层高度≥975 h Pa。     

2012年夏季榆林降水异常与0℃、-20℃层高度变化的关系研究

利用榆林2007—2012年夏季(6—8月)逐日0oC、-20oC层高度探测资料及2012年夏季全市平均逐日降水资料,分析了2012年夏季榆林降水异常与0oC、-20oC层高度的关系。结果表明:夏季强降水的发生与6月暖空气活跃,7、8月冷空气活动频繁有密切关系;榆林2012年夏季08时0oC、-20oC层高度较近5a平均值偏低,且特性层高度变化特征为缓降—下降—下降,与近5a上升—维持—缓降的平均变化趋势存在较大差异;特性层高度时间累积与日降水量的相关关系20时优于08时,日常降水预报中应更多地考虑20时特性层高度的变化。     

河南省一次强雨雪相态多次转换成因分析

利用常规气象观测资料、地面自动站资料、欧洲再分析资料（ERA5 025°×025°),对2020年1月5—7日河南省强雨雪过程中雨雪相态多次转换成因进行分析。结果表明：500 hPa高空低槽、中低层切变线、西南（东南）暖湿急流与低层冷空气在强雨雪区交汇为强雨雪提供了动力、水汽条件,亦为雨雪相态转换提供了有利的温度条件。冷空气分别从东路和中路南下影响河南,导致近地层明显降温是雨转雨夹雪或雪的主要原因之一,而冷空气的强度和厚度是决定降水相态的关键因子。中层和近地面暖层厚度对降水相态至关重要。本次过程降水相态为纯雪时,冰雪层和冰水混合层厚度超过2 980 gpm,中层无暖层,近地面0 ℃线低于975 hPa;降水相态为雨夹雪时,有时无冰雪层,冰水混合层厚度超过1 400 gpm,中层有时有暖层,但整层暖层厚度在900～1 330 gpm;雨转雨夹雪发生在地面气温低于21 ℃时,雨夹雪出现在地面气温11～21 ℃时;纯雪发生在地面气温≤11 ℃时。     

改进高空测风算法的试验

通过L波段系统与GPS同步比对,分析了我国现行高空测风算法在一般情况下造成的误差、在特殊情况下对风的变化可能产生的错误判断或无法判断。目前高空探测系统实现了自动化,秒尺度坐标数据采样密度和计算机完成计算的条件下,计算方法应该也可以作相应的改进。本文以WMO的相关技术要求为标准,探讨了提高高空风探测的空间分辨率、计算精度和精细化描述风垂直变化的可能与具体实施的途径,进一步提高高空风测量结果的准确度。     

多层城市冠层模型参数优化及对京津冀城市群的高温模拟

针对京津冀高温模拟,综合运用卫星和地面气象观测数据、参数敏感性试验等技术方法,确定了耦合了多层城市冠层模型的中尺度数值模式（WRF/BEP/BEM）的地表反照率、比辐射率和人为热等参数的本地化配置。数值对比试验表明,参照试验中优化地表反照率、比辐射率和人为热（通过本地优化BEM输入参数来实现）等参数后,模式对京津冀高温模拟的效果均有显著提高,65%及以上的城市站点,参照试验比敏感性试验模拟误差降低0.5℃以上。经参数优化的WRF/BEP/BEM,较好地模拟了2010年以来京津冀地区5次极端高温过程,模拟结果与观测的标准差分别为1.4°C、0.8°C、0.9°C、1.0°C和0.7°C,分别较ERA5与观测的标准差减小26.3%、61.9%、40.0%、41.2%和36.3%。参数本地优化的WRF/BEP/BEM,可进一步应用于京津冀极端高温的相关研究,特别是城市化对极端高温作用机理的研究。     

城市冠层中湍流运动的统计特征

对１９９７ 年夏天和冬天北京湍流运动的各种统计特征量进行了初步的统计分析。结果表明,城市冠层中湍流运动的各种统计特征量与平坦下垫面条件下边界层湍流运动的相比, 有不同的地方也有相似的地方; 无论白天还是夜晚, 垂直方向的湍流强度和湍流脉动风速标准差均小于水平方向的, 水平方向的相应湍流特征量则总是接近相等; 城市冠层中湍流脉动强度和标准差几乎均大于平坦下垫面边界层的; 平均风速ｕ≥１ ｍ ／ｓ 时的湍流统计特征量与ｕ＜ １ ｍ ／ｓ 时的有所不同; 城市冠层的阻力系数较大, 可达００６２５,Ｐａｎｏｆｓｋｙ 等提出的公式σｗ ／ｕ＊ ＝ １３ （１－ ３ｚ／Ｌ）１／３在城市冠层中并不适用。     

Hilbert方法在大气边界层湍流特征分析中的有效性

介绍一种新的建立在经验模态分解(EMD)方法基础上的非线性、非平稳数据分析技术一Hilbert分析技术,并首次将其应用于大气边界层(PBL)湍流数据的分析,初步探讨了其在PBL湍流研究中的有效性.通过对城市与森林冠层上湍流资料的能量分布特征和统计平稳度进行分析、比较,结果表明:Hilbert谱分析能有效地对PBL湍流信号进行分析.它的边缘谱分析能够有效地探测PBL湍流信号的能量分布特征,统计平稳度分析也能有效地给出PBL湍流信号平稳性的定量化测量,这些将有助于建立合适的数据质量控制方法,以及对现有空气质量与扩散模式中扩散参数的计算加以改进.文中个例分析中,城市和森林冠层上空的湍流有一定相似性,湍流混合都比较充分,但森林冠层上湍流信号的能量更多地集中在大尺度湍涡,且扰动风速的高频部分具有更强的间歇性.对于相近高度的湍流信号来说,多数情况下,森林冠层上相同尺度的湍涡表现得比城市冠层上更不稳定,但湍涡的含能量要更低.     

中国南方地区冻雨落区分析及推算

基于改进的层结分析法,对2008-2019年我国出现的5次严重冻雨过程的冻雨落区及冻雨出现的海拔高度进行了推算,并利用全国地面2000多个地面测站的雨凇观测数据及电网覆冰灾情资料进行了验证.改进算法后推算的冻雨落区不仅涵盖了地面观测的雨凇分布区域,还涵盖了无雨凇观测但出现严重冻雨灾情的山区,且推算的冻雨出现海拔高度与实...