STUDIES OF THE VERTICAL STRUCTURE MODEL AND THE MICROWAVE ATTENUATION OF CLOUDS AND PRECIPITATION OVER TROPICAL OCEAN AREA*

Using radiosonde data and other related observations in the TOGA-COARE IOP(from November 1,1992 to February 28,1993),the microwave attenuation of non-precipitating clouds is investigated based on microwave radiative transfer model(MRTM) at the specific frequencies of 6.8,10.65,13.9,19.35,22.235,37.0,85.5 and 90.0 GHz.Besides,utilizing the data of the airborne radar and radiometer at 13.8 GHz in the IOP(Intensive Observation Period),vertical structure models for different types of precipitating clouds are obtained,and also the microwave attenuation of precipitating cloud is studied.Some statistical characteristics of 13.8 GHz microwave path integrated attenuation for stratiform and convective precipitating clouds are presented.The results given here are valuable for the spaceborne microwave remote sensing of precipitation,and the cloud and precipitation attenuation corrections in the spaceborne microwave remote sensing of earth surface over tropical ocean area.     

A STUDY OF MICROWAVE RADIATION TRANSFER CHARACTERISTICS IN STRATIFIED PRECIPITATION CLOUDS BY COMBINING STRATIFIED CLOUD MODEL WITH MICROWAVE RADIATION TRANSFER MODEL

In this paper,the effect of precipitation particles on microwave radiation transfer characteristics in stratified clouds over the ocean is studied by combining stratified cloud model with microwave radiation transfer model.By comparing the calculated results with the true data,it is found that precipitation particle distribution and water shell around ice phase particle strongly affect the upwelling radiation.Therefore,the precipitation particle distribution and water shellaround ice phase particle must be considered when a calculating scheme is designed for retrieving precipitation in stratified clouds by the use of microwave radiation transfer model.     

实际雨滴谱微波辐射与衰减特征

对５００份不同雨型雨滴谱谱进行分析,建立了Ｚ－Ｉ、ｋｔ－Ｉ、ｋａ－Ｉ、Ｌ－Ｉ等２０各雨滴谱微波辐射特征量与雨滴谱本身特征量之间的统计模式,得到了一些有意义的结果。它在大气、信息等学科中有一定应用价值。     

APPLICATIONS OF THE CLOUDSAT TROPICAL CYCLONE PRODUCT IN ANALYZING THE VERTICAL STRUCTURE OF TROPICAL CYCLONES OVER THE WESTERN PACIFIC

Cloud profiling radar (CPR) onboard CloudSat allows for deep penetration into dense clouds/precipitation. In this study, tropical cyclones (TCs) are classified into three stages as developing, mature, and decaying. The circular TC area with the radius of 500 km is divided into five regions. The vertical structure characteristics of 94 Western Pacific TCs at different stages in different regions from June 2006 to February 2014 are statistically quantified using the CloudSat tropical cyclone overpass product (the CSTC Product). Contoured frequency by altitude diagrams (CFADs) of radar reflectivity show an arc-like feature and exhibit opposite distributions with a boundary at 5 km. Bright bands are found at this altitude, indicating melting layers. Deep convective (DC) clouds have the largest occurrence probability in the inner region, while Ci clouds occur more frequently in the outer region at 10-15 km. As clouds have the second largest vertical scale after DC clouds. Distributions of Ac, Cu, and Ns clouds at different stages have few distinctions. As the altitude increases, the ice effective radius and the distribution width parameter decrease while the particle number concentration increases. Moist static energy (MSE), cloud thickness (CT), liquid water path (LWP), ice water path (IWP), water vapor (WV), and rain rate (RR) all diminish along the radial direction and are significantly larger at the mature stage. The average value of MSE at the developing stage is larger than that at the decaying stage.     

基于双频星载降水雷达GPM数据的华南地区降水垂直结构特征分析

华南汛期作为我国雨季爆发的第一阶段一直是预报与研究的热点问题,对其降水-云宏微观垂直特性的认识还不够深入。双频星载雷达资料对强、弱降水三维探测进行优化,并补充对洋面降水的探测。借助这两方面优势,对华南对流性、层云性两类主要降水类型的垂直特征进行统计,分析降水反射率因子与降水粒子垂直分布、亮带特征与垂直分层降水贡献,对比华南陆地在回波顶高方面与南海洋面的异同,最后针对华南前后汛期的降水垂直分布特征进行分析。(1)对流性降水反射率因子快速增长区域主要发生在低层,层云性降水反射率因子快速增长区域位于亮带层附近。(2)当发生强降水时,对流性降水的粒子浓度并不是总高于层云性降水,但前者粒子半径大于后者;强层云性降水往往来自于大小均一的粒子聚集,并没有形成更大直径的液滴。(3)华南陆地回波顶高季节变化较南海洋面强烈,浅薄对流降水发生频率受季风影响从春至秋存在先增后减特征,深对流发生频率在夏季增幅显著。南海地区回波顶高虽无明显季节变化但在3 km和5.5 km存在明显的双峰特征。(4)前汛期对流性降水的高浓度、大尺度的粒子更利于向更高高度发展,而层云性降水粒子浓度及半径的垂直分布在华南前后汛期无明显...     

前期热带太平洋、印度洋海温异常对长江流域及以南地区6月降水的影响

利用NCEP/NCAR提供的1951-2000年全球月平均海表温度距平资料及中国160个测站的月降水资料,采用相关关系分析、合成分析方法,研究了前期热带太平洋、印度洋海温异常对长江流域及以南地区6月降水的影响.结果表明(1)Nino3指数与印度洋偶极子指数(IODI)有明显的季节变化,且两者同期相关关系随季节不同,以秋季的相关关系最好,相关系数达0.523,并且这时两种指数的强度也较大.作秋季ENSO和印度洋偶极子同时发生年至次年6月的时间序列,发现两事件存在2月左右的位相差,10DI在9-10月达到峰值,Nino3指数在12月达到峰值.说明在相关最好的秋季两事件并不是完全同步的;(2)前期秋季Nino3指数、印度洋偶极子指数及新定义的同时考虑两种指数的一个综合指数-IODN3这3种指数与中国6月降水的相关系数分布有相似特征,主要表现为相关显著区都在长江流域及以南地区.3种指数与降水的相关中,以IODN3与降水相关关系最为显著,显著区范围也最大;(3)前期秋季El Ni(n)o.和印度洋偶极子正位相同时发生年6月的500 hPa位势高度、垂直速度、水汽输送等异常分布与其前期秋季反位相年6月的异常分布有相反的特征,表明海温异常对长江流域及以南地区降水有重要影响,对应该地区6月降水偏多或偏少;(4)前期秋季El Ni(n)o.和印度洋偶极子正位相同时发生使菲律宾反气旋加强和维持,形成有利于降水的环流形势.     

西太平洋热带海域动量、感热和潜热等湍流通量的观测研究

本文根据中国科学院“实验3号”科学考察船1986年10月至12月在菲律宾以东60多万平方公里辽阔的西太平洋热带海域6个连续测站上(146°E,0°;145°E,0°;150°E,0°;140°E,5°N;145°E,5°N;150°E,5°N),使用我国自行研制的小型系留气艇探测系统观测到的大气温度、湿度、气压和风等廓线资料,利用相似理论的通量-廓线关系,给出这一海域的动量通量(特别是曳力系数CD)、感热通量和潜热通量.结果表明,这一海域上的曳力系数值CD=(1.53±0.25)×10-3;该海域总是将其贮存的热量以感热形式特别是以潜热形式输送到大气中(其中感热输送仅占10%,其余主要为水汽潜热输送),使该海域成为地球上不可多见的热源.     

云的垂直速度特征分析及人工影响天气作业措施探讨

利用2002年5—7月肥西风廓线仪资料结合常规地面观测资料,对出现各种云时的垂直速度特征进行了分析,在此基础上提出了人工影响天气作业的一些具体措施,希望对云的研究和人工影响天气作业提供帮助。     

9414号热带气旋(DOUG)非对称结构和对降水影响的分析

ＤＯＵＧ热带气旋在靠近华东沿海大陆北上过程中，气旋西侧的降水强度显著减弱，主要是ＤＯＵＧ气旋的完全非对称结构造成的。本文从大尺度天气系统配置、卫星云图和中尺度数值模式计算结果分析了ＤＯＵＧ气旋内区和外区非对称结构的成因和演变。外区的非对称结构主要由环境场的大尺度天气系统的东高西低气压场配置造成的。气旋近中心中－β尺度的辐散下沉系统的发展是造成内区非对称结构的主要原因。二者的形成是相互独立的。但内区非对称结构的发展会促使外区非对称结构的加强。前者向后者逼近并结合造成了ＤＯＵＧ的完全非对称结构     

青藏高原上空温度场低频变化的垂直结构及其与热带海气的相互关系

采用一点相关法研究了青藏高原东部对流层－平流层下部温度场低频变化的垂直结构,指出了最大负相关层的高度和强度随季节的变化特点,并与高原北部格尔木和我国东部（１２０°Ｅ、３０～５０°Ｎ）区域作了比较。从青藏高原对流层顶高度的季节变化、大气温度层结和动能垂直分布探讨了青藏高原温度场低频垂直结构及季节变化的物理背景。并指出：秋季１０～１１月青藏高原东部垂直热力结构、赤道印度洋－太平洋的两个纬向垂直Ｗａｌｋｅｒ环流圈强度与赤道东太平洋（０～１０°Ｓ、１８０～９０°Ｗ）区域ＳＳＴＡ之间具有极为密切的耦合关系。     

江淮梅雨特征及其与北太平洋海温的SVD分析

利用江淮地区1954～2001年48年梅雨量资料,采用谐波分析、EOF、合成分析和SVD分解等方法讨论了江淮梅雨的时空变化特征以及与北太平洋海温的关系.结果表明:江淮梅雨量时空分布不均,存在显著的年际和年代际变化特征.影响江淮梅雨的海温关键区是北太平洋西风飘流区,关键影响时段是当年的1～3月;当年1～3月北太平洋西风飘流区海温异常偏高,同年江淮大部地区梅雨量异常偏多,反之亦然.SVD分解结果与合成分析的结果相吻合,通过0.05的Monte-Carlo显著性检验.     

CHARACTERISTICS OF MEI-YU PRECIPITATION AND SVD ANALYSIS OF PRECIPITATION OVER THE YANGTZE-HUAIHE RIVERS VALLEYS AND THE SEA SURFACE TEMPERATURE IN THE NORTHERN PACIFIC OCEAN

Based on the precipitation data of Meiyu at 37 stations in the valleys of Yangtze and Huaihe Rivers from 1954 to 2001, the temporal-spatial characteristics of Meiyu precipitation and their relationships with the sea surface temperature in northern Pacific are investigated using such methods as harmonic analysis, empirical orthogonal function (EOF), composite analysis and singular value decomposition (SVD). The results show that the temporal evolution and spatial distribution of Meiyu precipitation are not homogeneous in the Yangtze-Huaihe Rivers basins but with prominent inter-annual and inter-decadal variabilities. The key region between the anomalies of Meiyu precipitation and the monthly sea surface temperature anomalies (SSTA) lies in the west wind drift of North Pacific, which influences the precipitation anomaly of Meiyu precipitation over a key period of time from January to March in the same year. When the SST in the North Pacific west wind drift is warmer (colder) than average during these months, Meiyu precipitation anomalously increases (decreases) in the concurrent year. Results of SVD are consistent with those of composite analysis which pass the significance test of Monte-Carlo at 0.05.     

西北太平洋双热带气旋相互作用统计分类及其特征分析

采用中国气象局与上海台风研究所提供的1949-2007年西北太平洋热带气旋最佳路径资料,统计分析了西北太平洋上的双(多)热带气旋相互作用现象.针对统计出的双热带气旋样本,根据相互作用两气旋的单独移动路径和它们相互作用的路径特征,归纳得到7种相互作用类型( A～G),并用聚类分析方法拟合得到每种类型的平均回归路径.分析讨...     

中国和日本气候极端降水研究

采用气候极端降水分析方法,把降水时空分布特征结合起来进行研究,揭示了近４０年中国和日本不同量级降水特征及变化趋势。同时分析了阶段性气候极端降和强的差异,并分析比较了我国华北降水不同变化阶段日雨量的变化特征,指出两者的主要差别在极端 水的量值上。     

两广地区热带气旋极端降水特征及成因初探

基于1960—2014年中国广东、广西地区（简称两广地区）184个台站的逐日降水资料、热带气旋（TC）最佳路径集以及ERA-Interim、ERA-40再分析资料,利用TC降水天气图客观识别法、TC路径相似面积指数、动态合成法,从TC过程最大日降水的角度,分析了两广地区TC极端降水的时空特征, 并针对主要特征进行成因诊断。结果表明:50年来,两广地区TC过程的最大日降水≥50、100 mm的频数分别呈-0.66和-0.44次/(10年)的下降趋势,而最大日降水≥250 mm频数则表现出0.16次/(10年)的上升趋势;TC最大日降水频数和强度的大值区主要分布在沿海,并由沿海向内陆递减;大值区相对集中于粤东沿海（东部分区）、珠江三角洲西侧沿海（中部分区）和雷州半岛至广西沿海（西部分区）三个分区,且西部分区在TC最大日降水的平均强度及各级别频次上均为三分区之最大。对比分析发现,造成西部分区极端降水的TC路径规律性较强,主要为TC西行路径,且其登陆点集中在西部分区;对TC极端降水成因分析表明,TC移动速度慢和南海夏季风强度增强均有利于极端降水产生。      

中国西南汛期降水的振动和分布及其与印度洋海温异常的关系

用自然正交函数展开方法对1961－1995年西南汛期（6－8月）降水大尺度变化特征进行了分析，并在此基础上用典型相关分析方法研究了1－8月印度洋海温距平场与西南汛期降水场的遥相关分布特征，结果表明：西南汛期降水的地域差异显著，年际和年代际变化明显，其变化与印度洋海温变化有一定联系，分析还进一步表明，当印度洋海温呈某种特定的配置时，特别是南印度洋中西部海温的异常变化对西南汛期降水的发觉分布有一定作用，揭示了印度洋海温变化在西南汛期降水异常分布中的信号现象，说明特定的印度洋海温分布可以作为西南汛期旱涝预报的信号因子。     

论热带大气垂直环流圈的结构和海洋加热尺度间的关系

应用本征模式的浅水运动方程,研究了热带大气中Walker环流和Hadley环流圈的垂直结构和海洋加热尺度间的关系,如热源的纬圈尺度为L,赤道Rossby变形半径为L_0,Ray-leigh摩擦和Newton冷却系数为ε,则垂直环流圈的结构依赖于加热尺度L的大小。当α(=L_0/L)>α_0(ε)时(即小尺度热源),其结果和Gill的定常解相似,即在热源中心西侧的Rossby波活动区,与Walker环流相联系的Hadley环流,是热力性的正环流。低层空气是向赤道辐合,高层空气是向极地的,并在副热带地区下沉;而在热源以东的Kelvin波活动区,经圈速度的垂直分布反过来,即低层气流是向极地的,高层气流是向赤道的。但当热源尺度变得适当大后,例如当α<α_0(ε)时,经圈环流在Rossby波和Kelvin波区的大部分地区,都是正的Hadley环流,而原来在Kelvin波区的反Hadley环流,将东移到离热源中心相当远的地区(例如超过10个赤道Rossby变形半径)。在后面这种情况下,一个大尺度的正的Hadley环流,将把大气从海洋中得到的热量或能量大量地输送到副热带或中纬度地区,使那里的大气环流发生异常性的变化。后面这一理论结果与统计事实相当符合,可以看成是对Bjerknes提出的遥相关现象的一个理论支持。