山东半岛强对流天气风暴参数统计分析

利用烟台新一代天气雷达(CINRAD/SA)资料,统计分析了2005—2012年烟台和威海地区27次强对流天气过程的风暴参数。总结出山东半岛不同月份冰雹和雷暴大风的风暴参数判据:对于冰雹,5月、6月、8月基于单体的垂直积分液态水含量(C-VIL)≥35kg·m-2,7月C-VIL≥45kg·m-2,最大反射率因子(DBZM)≥55d BZ;5月、7月C-VIL≥60kg·m-2,6月、8月C-VIL≥45kg·m-2,DBZM≥60d BZ,强中心高度(HT)≥4km,单体顶高(TOP)≥9km,可产生直径大于20mm的冰雹,当风暴单体的最大HT≥6km,TOP≥10km时,可产生直径大于40mm的冰雹。对于雷暴大风,当DBZM≥55d BZ时,HT≥5.5km,TOP≥11km,可产生10级大风;HT≥4.5km,TOP≥9km,可产生8~9级大风。指标在2013—2015年9次冰雹天气过程中进行了验证,冰雹的C-VIL判据准确度较高。     

小时雨量100mm以上强降水单体雷达回波特征分析

利用地面观测资料和多普勒天气雷达探测资料,对2015-2016年山东省11站次,小时降水量超过100mm的强降水单体的风暴参数特征和形态结构演变特征及10分钟雨量变化情况进行了分析。10分钟雨量变化情况表明,15~20mm降水量出现次数最多,约85%的降水量≥10mm,65%的降水量≥15mm;最大雨量多数在25mm以上,平均值是27.6mm;最大降水量所对应的站点上空最大反射率因子平均值为52.5d BZ,所对应Z-R关系与Z=250R1.28非常接近。强降水单体风暴参数和形态结构演变特征表明,强降水阶段C-VIL值多数在17~37kg·m-2之间,平均值为28kg·m-2,明显小于冰雹预警C-VIL阈值;DBZM值多数在52~58d BZ之间,平均值为55d BZ;HT值多数在2.2~5.8km之间,平均值为4.2km;TOP值多数在7.5~12km之间,平均值为9.9km;ET值多数在11~15km之间,平均值为13.1km;盛夏季节,强降水单体具有低质心特征,降水强度较大;强降水单体演变具有"列车效应"或移动缓慢特征。     

两次长寿命非超级单体孤立强风暴多普勒天气雷达观测对比分析

利用济南多普勒天气雷达资料,结合探空和天气实况资料,对2次历时超过4 h的孤立非超级单体风暴强度结构、流场结构和环境物理量及其差异性进行了分析。结果表明,0611和0915风暴均产生于东北冷涡底部西北气流和低层切变线环境形势下,上干冷下暖湿,0～6 km具有强垂直风切变,600 h Pa为起点的下沉对流有效位能(DCAPE)具有较大值。旺盛阶段,0915风暴的最大反射率因子(DBZM)、基于单体的垂直累积液态含水量(C-VIL)和强中心高度(HT)参数平均值明显大于0611风暴,差值分别是6. 7 dBZ、11 kg·m-2和2. 4 km。0915风暴成熟阶段的前期表现为明显中层径向辐合(MARC)特征,中期风暴中层表现为强气旋性旋转气流结构,后期又演变为MARC特征,同时辐合强度更加显著。0611风暴旺盛阶段中层具有双涡结构,但前期气旋性旋转强度明显大于反气旋性旋转强度,后期情况相反,反气旋性旋转强度明显大于气旋性旋转强度。两次过程中环境物理量差别明显的是对流有效位能(CAPE)和低层比湿,0915风暴CAPE和低层比湿明显大于0611风暴过程。在相似的形势背景下,低层湿度大,具有大的CAPE值,风暴内部上升气流的最大上升速度较大,利于强反射率核的悬垂和维持。     

暴雨过程中逆风区特征及应用判据研究

为研究暴雨过程中逆风区特征及应用判据,统计分析2010—2017年山东临沂地区暴雨过程中的多普勒雷达观测资料,结果表明:暴雨过程中,风暴内的垂直环流是造成逆风区发生发展的直接原因;逆风区表现为β中尺度和γ中尺度,其形态在不同天气类型下有明显差异;逆风区持续阶段降水强度增大,持续时间与过程累积雨量呈正相关;当雷达最低仰角识别到逆风区,其厚度≥4. 0 km、强度≥15 m·s~(-1)、径向速度绝对值最大值≥5 m·s-1且持续30 min以上时,风暴常明显发展,相关特征可用于预报风暴和暴雨的发展。     

一次春季冷空气过程中东海海域海气通量与界面热交换分析

利用船测资料分析一次冷空气过程中东海海域海气通量特征及海洋表面热收支变化特征。2017年5月5日20时—6日14时冷空气过境期间,动量通量平均值为0. 22 N·m~(-2)。感热和潜热通量的平均值分别为27. 17 W·m~(-2)和90. 25 W·m~(-2),是春季整个观测期间(2017年4月20日—5月26日)平均值的2. 8倍和1. 1倍。冷空气爆发当天,净热通量为-12. 73 W·m~(-2),海洋失热。白天海表面热收入58. 36 W·m~(-2),影响海面热收支变化的主要是净辐射通量和潜热通量。夜间海表面热支出156. 89 W·m~(-2),海洋作为热源向大气释放潜热99. 79 W·m~(-2),占海洋释放能量过程的63. 61%,向大气释放感热27. 11 W·m~(-2),占海表释放热量的17. 28%,海表面损失的热量主要以潜热的形式向大气传输。     

乳山湾内外大型底栖动物群落次级生产力初步研究

为了解乳山湾大型底栖动物的次级生产力,合理利用乳山湾生物资源,于2011年5和10月分别对乳山湾内外21个站进行了大型底栖动物的调查取样,用2种Brey模型估算了该海域大型底栖动物的年平均次级生产力、P/B值和各类群次级生产力所占百分比,并分析了该海域大型底栖动物生产力的空间分布。结果显示:该海域共发现大型底栖动物161种,大型底栖动物的年平均丰度为2 607.14ind/m~2,年平均生物量为266.37g AFDW·m~(-2);运用Brey(1990)经验模型估算的该海域大型底栖动物年次级生产力平均值为26.43g AFDW·m~(-2)·a~(-1),P/B值为1.81;运用Brey(1990)改进模型估算的大型底栖动物年次级生产力平均值为11.06g AFDW·m~(-2)·a~(-1),其中湾内东流区最高为42.34g AFDW·m~(-2)·a~(-1);湾内西流区较低,为3.17g AFDW·m~(-2)·a~(-1),湾外区域最低,为1.33g AFDW·m~(-2)·a~(-1),该海域大型底栖动物年平均P/B值为1.55;通过对2个模型的对比,建议对大型底栖动物进行次级生产力估算时选用Brey(1990)改进模型;通过与其他海域次级生产力比较,发现乳山湾内外大型底栖动物次级生产力低于胶州湾西部海域,高于桑沟湾和深沪湾。     

山东半岛北部海洋动力环境的高频地波雷达观测

利用两台高频地波雷达(ground wave radar,WERA)站对山东半岛北部雷达覆盖海区的浪、流场进行了观测,并且利用海洋-大气-波浪耦合沉积输运模型(coupled-ocean-atmosphere-wave-sediment transport modeling system,COAWST)对该区域的一个强风暴过程进行了数值模拟,对雷达观测数据、现场声学多普勒流速剖面仪(acoustic Doppler current profilers,ADCP)调查数据和数值模拟结果进行比对分析发现,模型模拟的水位变化与ADCP测量结果一致,WERA所观测到的有效波高和ADCP结果比较吻合,模型模拟的ADCP站位的流速相位、大小与雷达观测结果比较接近,与ADCP的结果有一定偏差。雷达观测的海区流场结果与模型反映趋势基本一致,但是在近岸方向上变化较大,其原因可能与ADCP的投放位置、模型的分辨率设置等因素有关。高频地波雷达系统是海岸带动力环境观测的一个有效工具,在实际应用中有着广泛的前景。     

2020 年 6 月 1 日山东强雹暴过程双偏振雷达观测分析

利用济南S波段双偏振多普勒雷达探测数据,结合探空、地面气象站观测和实地冰雹调查资料,对2020年6月1日影响山东中西部的一次强雹暴过程进行分析。结果表明:1)此次雹暴过程受高空槽影响,于当日中午在河北邢台市初生,移入山东境内后持续降雹近5 h,其中17:00后雹暴明显加强,冰雹灾害严重。2)典型降雹时次具有明显的三体散射特征;1.5～5.5 km高度冰雹区对应的反射率因子(ZH)均大于65 dBZ,差分反射率因子(ZDR)介于-2.6～1.5 dB,相关系数介于0.80～0.96;大冰雹多集中在低层前侧入流的左侧和前侧。3)多个单体于17:00前后演变成超级单体风暴,具有明显的有界弱回波区和中气旋结构,ZDR柱可指示雹暴主上升气流区的位置。4)水凝物相态分类产品给出的冰雹分布反映了空中冰雹的分布和演变,可从冰雹色标面积大小、连续性程度预估冰雹强弱,根据低仰角的冰雹色标预判冰雹落区。     

桑沟湾溶存N2O的分布和海气交换通量的季节变化

于2006年4月至2007年1月对桑沟湾海域进行了4个航次的调查,采集表层海水样品,研究了该海域表层海水中溶解N_2O的分布特征及海气交换通量的季节变化,结果表明:桑沟湾表层海水中溶解N_2O浓度和饱和度存在一定的季节性变化,浓度表现为冬季最高而饱和度为夏季最高.利用Liss和Merlivat公式(LM86)以及Wanninkhof公式(W92)估算了该海湾海水中N_2O的年平均海-气交换通量,分别为0.2 μmol/(m~2·d)±0.1 μmol/(m~2·d)和1.5 μmol/(m~2·d)±1.0 μmol/(m~2·d).     

基于雷达和卫星资料对一次冰雹天气过程的中尺度特征分析

利用多普勒天气雷达资料以及FY2D逐小时亮温(TBB)资料对2015年4月28日发生在苏皖地区的一次冰雹天气过程进行分析研究,结果表明:(1)利用多普勒天气雷达资料分析可知,此次冰雹天气是由超级单体风暴造成的,这次风暴不但发展非常强烈并且持续时间较长,13:00左右对流风暴产生,16:45左右对流风暴发展成为超级单体,从22:02开始,超级单体逐渐减弱并向东南沿海方向移去。另外,0℃层高度为3.7 km左右,-20℃层高度为7.0 km左右,反射率因子强度达到50 dBZ的区域伸展到了-20℃高度以上,表明有产生大冰雹的可能性。(2)利用FY2D逐小时亮温(TBB)资料分析可得,此次中尺度对流风暴云团产生于13:00,并于24:00减弱入海,而后消失。冷云中心TBB最小值达到-60℃,与实际降雹区域进行比较可得,降雹发生在亮温梯度较大的区域。     

潮水影响下苏北海岸带盐沼DMS通量变化特征研究

海岸带盐沼是全球生物地球化学循环的重要的一环,对全球气候变化也产生深远影响。2013年7月(生长季)和2013年12月(非生长季)在中国江苏省盐城海岸带盐沼湿地采用静态箱技术原位测定DMS的通量。结果表明,盐城海岸带盐沼湿地整体上表现为DMS的源。植被带及光滩上,互花米草带具有最高的DMS排放率38.06±8.97mg·m~(-2)·d~(-1);距离潮沟远近上,潮沟内DMS通量0.35±0.11mg·m~(-2)·d~(-1)远小于近潮沟10.30±5.09mg·m~(-2)·d~(-1)与远潮沟9.57±4.04mg·m~(-2)·d~(-1)DMS通量;非生长季DMS通量14.31±5.80mg·m~(-2)·d~(-1)高于生长季的DMS通量5.56±2.63mg·m~(-2)·d~(-1)。地上植被及其残留根系、潮水的周期性变化均影响DMS的通量大小。     

裙带菜(Undaria pinnatifida)配子体培养条件的优化

以日本三陆地区的裙带菜(Undaria pinnatifida)配子体为实验材料,采用双因素完全交叉分组实验,研究了温度(18℃、21℃、24℃、27℃)、光照强度(50μE·m~(-1)·s~(-1)、80μE·m~(-1)·s~(-1)、110μE·m~(-1)·s~(-1)、140μE·m~(-1)·s~(-1))、培养方式(静置培养、磁力搅拌培养、充气悬浮培养)、接种密度(0.1g/L、0.2g/L、0.4g/L、0.6g/L、0.8g/L、1.0g/L)对裙带菜配子体生长的影响。结果显示,光强和温度等环境因素以及两者的交互作用对配子体生长有较大影响。21℃、50μE·m~(-1)·s~(-1)的条件组合是实验中配子体培养的最佳条件。在培养的第5d到第10d之间,裙带菜配子体克隆的细胞增长率最大,可在第10d对配子体进行继代培养,使其保持较高的增长率。培养方式和初始接种密度以及两者的交互作用对配子体生长有较大影响,初始接种密度为0.1~0.2g/L的充气培养条件是配子体培养的最佳条件组合。本实验得出,日本三陆裙带菜雌配子体克隆扩培的最适培养条件为:温度21℃、光强50μE·m~(-1)·s~(-1)、接种密度0.1~0.2g/L,充气悬浮培养。     

潮水作用下苏北海岸带盐沼甲烷通量时空特征研究

甲烷是大气中重要的温室气体,对全球气候变暖具有重要的贡献,在全球的碳循环中也扮演着重要的角色。2013年7月(生长季)和2013年12月(非生长季)在中国江苏省盐城海岸带盐沼湿地采用静态箱技术原位测定CH_4的通量。结果表明,在光滩和植被演替带上,光滩、互花米草带和獐茅带甲烷的通量均值分别为0.26±0.44mg·m~(-2)·d~(-1)、25.83±4.25mg·m~(-2)·d~(-1)和2.68±1.47mg·m~(-2)·d~(-1)表现为甲烷的源,盐地碱蓬带通量均值为-0.56±0.94mg·m~(-2)·d~(-1)表现为甲烷的汇,距离潮沟远近上,潮沟处甲烷的通量均值最大(16.90±3.71mg·m~(-2)·d~(-1)),大于近潮沟处(5.17±2.11mg·m~(-2)·d~(-1))和远潮沟处的甲烷通量均值(8.93±3.21mg·m~(-2)·d~(-1));植被区生长季与非生长季甲烷通量较为接近,甲烷通量均值分别为10.48±2.90mg·m~(-2)·d~(-1)、9.65±2.29mg·m~(-2)·d~(-1),生长季的甲烷通量略大于非生长季的甲烷通量;生长季潮水周期性变化中落潮甲烷通量比涨潮、平潮时期的甲烷通量值大,非生长季涨潮时期甲烷通量大于平潮、落潮时期的甲烷通量。高等植物的地上部分去除对甲烷的排放影响不一,去除高等植物后的互花米草带甲烷通量增加,盐地碱蓬带和獐茅带甲烷通量减少。盐沼甲烷排放与丰富的有机质有关,有机质提供甲烷产生的基质。在过碱的盐沼环境中产甲烷菌的活性受到限制,甲烷的通量与pH的呈负相关。硫酸盐浓度在378mg/L~530mg/L与甲烷通量无相关性、530mg/L~1100mg/L与甲烷通量呈正相关,在1100mg/L~1130mg/L与甲烷通量呈负相关。生长季光照、温度与甲烷通量呈正相关。     

一次多单体风暴的多普勒雷达特征分析

利用烟台CINRAD/SA雷达产品资料,分析2004年9月1日山东半岛中南部地区的一次冰雹天气过程及其内部风场结构,结果表明:有组织的多单体风暴是引发这次冰雹天气的主要影响系统,对流单体自-20℃层高度发展并逐渐向低层扩展,新生对流单体生成于单体移动方向的右侧。VIL产品(4km×4km)对冰雹的落区有较好的指导作用。对流层上层的冷空气和-20℃层上下的垂直风切变对对流的发展有触发和促进作用。对流层中层的高螺旋度值区,延长了风暴生命史,指示了主要对流活动的高度。     

两次强降水风暴双偏振参量特征分析

基于济南S波段双偏振多普勒天气雷达探测数据,结合探空和地面实况资料,对2019年同一区域两次强降水风暴双偏振参量特征进行分析。结果表明:1)两次对流性强降水发生在弱垂直风切变环境下,具有较强的对流有效位能,低层湿度较大,0℃层高度较高,利于短时强降水的产生。2)两次强降水风暴都具有低质心热带降水特征,45 dBZ以上的强回波区主要位于环境0℃层高度之下。3)风暴低层强回波区都对应大的差分反射率因子Z_(DR)和比差分相位K_(DP),Z_(DR)≥0.5 dB,K_(DP)≥0.5°·km~(-1),相关系数CC≥0.95;反射率因子在50～54 dBZ之间,对应的K_(DP)1.0°·km~(-1),CC≥0.97,Z_(DR)适中,是两次强降水风暴导致高强度降水的主要双偏振参量特征。4)两次强降水风暴Z_(DR)柱和K_(DP)柱高度存在明显差异,7月27日强降水风暴前侧出现Z_(DR)柱和K_(DP)柱,高度接近-10℃层高度,8月10日强降水风暴Z_(DR)柱和K_(DP)柱略高于0℃层高度,Z_(DR)柱高度对雷暴强度具有指示作用。     

东海及黄海南部海域走航海-气CO2 通量季节性变化

根据2003—2008年东海及黄海南部海域多个航次现场观测获得的海表温度、盐度及海水表层pCO_2观测数据,分析该海域海水表层pCO_2及海-气CO_2通量的季节变化特征,探讨了海-气界面CO_2转移与海表温度、盐度分布之间的联系。结果表明:该海域海水表层pCO_2及海-气CO_2通量具有显著的季节性差异。近海区域,春季受海表温度上升、生物作用加强的影响黄海南部、东海近岸区及陆架中部、东海南部表现为大气CO_2汇,其海-气界面季平均通量分别为(-7.77±6.59),(-11.08±8.99),(-2.94±6.78)mmol·m~(-2)·d~(-1)。夏季黄海南部区域表现为大气CO_2源(2.99±6.09)mmol·m~(-2)·d~(-1),与该海域的下层海水涌升有关,东海中部陆架区及东海南部近岸区由于淡水输入,形成跃层阻碍水体混合,再加上光合作用增强等的综合作用为大气CO_2汇,通量为(-4.81±8.92),(-0.75±12.14)mmol·m~(-2)·d~(-1)。秋季北风逐渐增强水体混合加剧,向冬季格局转变,底层富含CO_2的海水上涌,致使海表pCO_2升高,整个海区表现为大气CO_2源。在年际变化上,春季碳汇呈减弱趋势,而秋季碳源则逐渐增强。     

叶绿素浓度和海表温度与黄海绿潮海洋初级生产力关系的研究

绿潮发生时叶绿素浓度(Chla)和海水温度(Sea Surface Temperature,SST)会发生变化,此时海洋初级生产力(Ocean Primary Production,OPP)也会出现显著变化。本文利用VGPM模型反演了2009年7月15日绿潮暴发时黄海OPP得到其空间分布情况,并且着重分析了OPP与SST、Chla之间的相关关系。研究发现绿潮区域的OPP高于非绿潮区域,其中绿潮区域的OPP在2600mgC·m~(-2)·d~(-1)至3200mgC·m~(-2)·d~(-1)之间,非绿潮的OOP在1600mgC·m~(-2)·d~(-1)至1900mgC·m~(-2)·d~(-1)范围内。同时绿潮区域的Chla明显高于非绿潮区域的Chla,但SST比非绿潮区域低一些。     

北京地区供暖季两次重污染过程气象条件对比

为对比分析北京地区供暖季期间两次重污染过程的影响因素,利用气象常规和非常规资料、环保监测站观测资料分析了2016年11月2——5日(以下简称"2016年过程")和2018年3月11——14日(以下简称"2018年过程")两次重污染过程的气象条件。结果表明:2018年过程与2016年过程天气尺度高低层天气影响系统类似,地面平均风速均为1. 5 m·s~(-1),大气水平扩散条件基本相似,边界层风场的分布及风速大小基本一致,但2018年过程低层暖气团影响高度达2 km以上且逆温强度很大,大气垂直扩散条件更不利于污染物的扩散; 2018年过程PM_(2. 5)浓度较2016年过程污染最重单站峰值浓度偏低30. 2%,全市平均浓度也较其略低,且未出现爆发性增长阶段,浓度积累增长平缓; 2016年过程一氧化碳(CO)出现爆发性增长,4 h浓度上升接近1 000μg·m~(-3),峰值浓度为3 179μg·m~(-3),黑碳(BC)浓度持续较高且峰值浓度为19 939 ng·m~(-3); 2018年过程期间CO峰值浓度较2016年过程下降24. 6%,且未出现爆发性增长阶段,BC有一定日变化特征,峰值浓度为4 228 ng·m~(-3),远远低于2016年过程。两次重污染过程发生在基本相似的气象条件下,2018年的垂直扩散能力更为不利,但从细颗粒物和一次排放污染物对比来看,2018年过程多种污染物浓度显著下降、平均浓度明显降低,这与人为减排限排等因素密切相关。     

一次长寿命超级单体风暴雷达回波特征分析

利用常规气象观测资料、章丘站探空资料及滨州、济南新一代SA天气雷达探测资料,对2016年6月14日发生在山东中部地区一次强降雹天气过程进行分析。结果表明:雷暴发生前大气不稳定能量的明显增加,较强垂直风切变是有利于强对流天气发生的环境条件;长寿命超级单体沿两山之间的谷地运动,地形对雹体发生、发展起到了抬升和维持作用,对单体的移动起到了导向作用;雷暴发生前的垂直累积液态水含量(VIL)跃增对冰雹粒子的形成和增长十分有利;超长的三体散射(TBSS)、深厚而持久的中气旋、高悬的强反射率中心、有界弱回波区以及风暴顶强烈辐散都是大冰雹发生的显著特征。     

烟台四十里湾海域初级生产力特征

于2008年5月~2009年12月运用"黑白瓶"测氧法逐月观测烟台四十里湾海域的生产力状况,分析讨论两年月份动态变化特征。结果表明:毛初级生产力、净初级生产力、呼吸耗氧量平均值分别为3486.88±2424.67mgO_2·m~(-2)·d~(-1)、1635.02±1304.71mgO_2·m~(-2)·d~(-1)、1832.50±1510.90mgO_2·m~(-2)·d~(-1),月际变化规律明显,春季、夏季、秋季月份毛初级生产力和呼吸耗氧量高于冬季月份(p0.05),单峰型或双峰型,总体2008年毛、净初级生产力水平明显高于2009年同期;春、夏、秋、冬毛初级生产力、净初级生产力垂直变化大,随着水深的增加而减少,其中0.5m层毛初级生产力、净初级生产力明显高于2.0m以下层,且以夏、秋两季最为明显;P/R系数范围0.84~6.16,平均值1.92,且净初级生产力只有在特殊情况下出现负值,在海洋生物活动旺盛的春、夏、秋季节虽然呼吸耗氧量大,但净初级生产力剩余仍较多,说明该海域能量转换快,生命活力强。