气溶胶对北京地区不同类型云降水影响的数值模拟

利用耦合Milbrandt双参数显式云方案的WRF模式,在大陆型和海洋型气溶胶浓度背景下,对北京地区暴雨、中雨和微量降水等3次云降水过程进行了数值模拟研究。结果表明,气溶胶的增加对北京地区云降水有多方面的影响：（1）影响地面降水量。随着气溶胶浓度的增加,北京地区的暴雨、中雨和微量降水平均累计降水量分别减少了23.8%,...     

山东不同云系降水微物理参数特征

研究不同云系降水的微物理参数特征,对研究降水机制、人工影响天气、雷达定量测量降水、数值预报模式中微物理参数化方案的选择等都有一定意义。本文针对2015年济南地区的液态降水过程,基于微降水雷达(Micro Rain Radar,简称MRR)资料,研究不同云系降水的微物理参数。在400 m高度上,层状云降水0.02~0.2 mm h-1雨强样本数很大,但对累计降水量的贡献很小。混合云和对流云降水在大粒子端数浓度较高。在垂直方向上,层状云降水中的粒子的尺度较集中,中值体积直径D0平均在1 mm左右,随高度的变化不大。对流云降水在雨强大于20 mm h-1时,强垂直气流(包括上升气流和下沉气流)对粒子直径的影响较大,进而影响空中微降水雷达反演降水参数的数据质量。而垂直气流的影响对层状云降水影响较小,在层状云降水时,微降水雷达可以用来分析零度层亮带以下雨滴谱在垂直方向上的演变。     

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。     

使用雷达回波三维信息自动识别降水类型的方法

提出了一种使用雷达回波三维信息（反射率因子的水平梯度、垂直递减率、垂直廓线变化特征以及回波顶高等）自动识别降水类型的方法,该方法可将雷达回波划分为热带降水类型、大陆强对流云降水类型和层状云降水类型。基于广州雷达于2008年5—8月观测到的7次强降水过程,在使用本方法识别降水类型的基础上,对不同降水类型使用不同的Z-R关系来测量降水量,即对热带降水类型使用Z=230R^1.25,对大陆强对流云降水使用Z=300R^1.4。以及对层状云降水使用Z=230R^1.6,并以雨量计观测的降水量为真值,与仅区分对流云降水和层状云降水类型并使用双Z-R关系测量降水量的方法进行了比较。结果表明,本方法可以有效地自动识别降水类型的分布区域,并且可以提高雷达定量测量降水的精度。     

污染气溶胶对“7.21”极端降水的影响

运用完全在线耦合气溶胶—云—降水相互作用的WRF-Chem模式研究了污染气溶胶在2012年"7.21"极端降水事件中的作用,结果表明:在耦合人为排放源的情况下,通过与多种观测资料对比发现,WRF-Chem能较好地模拟此次极端降水事件中气象要素和气溶胶的发展趋势;不同水平的污染气溶胶在此次极端降水事件有不同的作用,相对于无污染气溶胶排放的情况,低排放水平的污染气溶胶对降水有激发作用,使降水增强,高排放水平污染气溶胶使降水更加的集中到降水中心,200 mm以上的降水区域增加了7倍以上,污染气溶胶对此次极端暴雨事件的形成有着重要作用;加入人为气溶胶的排放后,凝结核的增多、更加充沛的水汽条件及额外的凝结潜热的释放,使对流增强,降水粒子的含量增加是导致大暴雨更加强烈的原因。     

中国北方沙尘气溶胶对云和降水影响的数值模拟研究

已有的研究表明中国北方千旱半干旱地区是对流层沙尘气溶胶的主要来源之一,对当地乃至全球气候都有重要的意义.利用数值模拟研究方法探讨不同干燥程度的大气背景环境下,沙尘气溶胶数浓度对混合云形成和发展的可能影响,并采用析因试验讨论了主次影响因素.结果表明:沙尘气溶胶的增加导致降水减少、延长了云在空中存在的时间,改变了云的空间结构和微观结构.析因分析表明干旱半干旱气候背景条件下,混合云的累计降水量对沙尘气溶胶数浓度变化的敏感性要高于对大气环境湿度的敏感性;沙尘气溶胶数浓度增加导致云累计降水量的减少;沙尘气溶胶数浓度和大气环境湿度对云的累计降水量的影响是复杂的,研究结果可以用于指导降水预报业务.     

用卫星推测气溶胶对泰国对流云微结构的影响

本文运用由太空遥感推测云微结构和降水形成过程的新方法,来证实气溶胶对泰国对流云的影响。推测出季风前的云中有一个深厚的云滴扩散增长带,几乎不存在并合和冰化作用带,原因是对高浓度气溶胶的涉取,特别是来自生物体燃烧的云凝结核（CCN）所致。在西南季风期间,由于大气较洁净,云具有较宽的滴谱,云滴扩散增长带较浅薄,云滴并合增长带深厚,有较高温度（例如>－10℃）下的早期冰化作用特征。然而即使在季风期间,云自西向东跨越泰国时变得更具大陆性,这是由于气团移入内陆时,对气溶胶的逐渐涉取所致。本文讨论了这些发现对泰国…     

黄山层状云和对流云降水不同高度的雨滴谱统计特征分析

根据2011年6~7月在黄山不同高度采用PARSIVEL雨滴谱仪测得的雨滴谱数据,对不同海拔高度上两类（层状云和对流云）降水粒子谱的微物理特征量、Gamma函数拟合以及雨滴的下落速度进行对比分析,结果表明:对流云降水的雨水含量和降水强度、雨滴的各类尺度参数和数浓度都比相同位置上层状云降水的大,同类降水中,山腰的雨滴尺度大于山顶和山底,这可能与各观测点和云底相对位置的不同有关;随降水强度增加,雨滴的质量加权平均直径D_m逐渐增大,广义截距参数（log₁₀N_w）的标准差逐渐减小。拟合结果表明各高度的雨滴谱都比较符合Gamma分布,由拟合参数分析雨滴谱的演变,发现相对于对流云降水,层状云降水粒子谱随高度的变化较小,雨滴谱的演变较为稳定。此外,本文还对两类降水中雨滴的下落速度及影响落速的因素进行了分析。     

城市降水酸度分布与气溶胶水冲刷

在湖南省邵阳市工业区测量表明,该区颗粒物含量处于相当高的水平,颗粒物的主要水溶性成分为Ca~(2 )、SO_4~(-)、NO_3~-、NH_4~ 和Na~ 。Ca~(2 )在大颗粒(dp>9.0um)富集度最高,而SO_4~(2-)在小颗粒(dp<2.0um)中最丰富。所有尺度的颗粒都具有中和酸的能力,随粒径增大而提高。讨论表明,颗粒物水冲刷对雨滴化学成分和酸度的影响对直径小于2000um的雨滴是相当灵敏的,这种影响主要由大颗粒提供。讨论结果与降水成分的监测资料相一致。气溶胶水冲刷机制有效地解释了城市酸雨频率的规律分布。     

青藏高原东南部不同地区的雨滴谱特征研究

利用2019年5~8月青藏高原东南部石渠、新龙和泸定站雨滴谱资料,在对比分析3个地区不同雨强和不同降水类型雨滴谱特征的基础上,确定了降水的反射率因子–雨强（Z–R）关系和谱形状–斜率( \mu – \Lambda )关系,探讨了高原东南部与我国其他地区雨滴谱的差异。结果表明：青藏高原东南部地区雨滴数浓度随雨强增大而上升,石渠在相同雨强下可以产生少量更大的雨滴,中大雨滴的数浓度由大到小依次为石渠、新龙、泸定。Gamma模型对青藏高原东南部层状云和对流云降水雨滴谱的模拟效果均较好,对流云降水雨滴谱明显较层状云降水更宽且斜率更小。层状云降水Z–R关系基本一致,而对流云降水在相同R下对应的Z值由大到小依次为石渠、新龙、泸定; \mu –\Lambda 关系也基本一致,符合二项式关系。青藏高原东南部层状云和对流云降水中的平均 N_w 小于国内其他地区,其中,石渠对流云降水的平均 D_m 最大而平均 N_w 最小。     

冬季北大西洋涛动与中国西南地区降水的不对称关系

利用1951-2010年NCEP/NCAR再分析资料和中国160个站逐月降水资料,探讨了冬季北大西洋涛动(NAO)与同期中国西南地区降水的关系.结果表明,冬季北大西洋涛动与西南地区降水存在显著的正相关关系,并且,正相关具有不对称性,即当冬季北大西洋涛动处于负位相时,东亚地区环流形势不利于中国西南地区降水的形成,对应着中国西南地区冬季降水的显著减少.而当冬季北大西洋涛动处于正位相时,北大西洋涛动与中国西南地区降水的正相关关系并不显著.进一步的分析表明,与中国西南冬季降水变化密切相关的主要环流结构是里海和中东—阿拉伯海—青藏高原及其下游的遥相关型(CAT遥相关型).北大西洋涛动与里海和中东阿拉伯海—青藏高原及其下游的遥相关结构存在不对称关系,两者的关系仅在北大西洋涛动负位相时显著.冬季北大西洋涛动高、低指数年分别合成的波射线和波作用通量的结果表明,当冬季北大西洋涛动为负位相时,冬季地中海地区的扰动源会形成与里海和中东—阿拉伯海—青藏高原及其下游的遥相关路径一致的波射线,同时波作用通量的结果表明,定常波由里海和中东、阿拉伯海一直传播到青藏高原及下游地区,而冬季北大西洋涛动高指数年,地中海地区的扰动源所形成的波射线偏北,波动传播到达印度半岛地区之后不再向下游传播.冬季北大西洋涛动对里海和中东—阿拉伯海—青藏高原及其下游的遥相关波列的不对称影响决定了北大西洋涛动与西南冬季降水的不对称关系.     

中国华北地区冬季降水异常特征及其与大气环流和海温的关系

利用1951—2012年中国冬季160站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料,分析了中国华北地区冬季降水的异常变化特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:华北地区冬季降水主要呈现为全区一致变化的特征,且年际变率较大,具有2~4 a的年际变化周期。降水异常偏多(少)年,西伯利亚高压偏弱(强),阿留申低压偏弱(强),850 h Pa上华北地区盛行的西北风较弱(强),控制该地区的东亚冬季风偏弱(强),该地区有偏南(北)风距平,500 h Pa上东亚槽脊系统偏弱(强)。影响华北地区冬季降水的异常水汽主要来源于南海及其以东的西太平洋。前期夏季日本以东的西风漂流区、同期冬季近海的黄渤海区域的海温均与中国华北地区冬季降水存在显著的正相关关系。     

Influence of North Pacific SST on heavy precipitation events in autumn over North China

本文主要研究了华北秋季(9月)强降水频次发生年代际变化的可能原因。分析指出,华北秋季强降水频次在2000/01年发生了年代际增强,而它的变化与北太平洋海温变化密切相关。2000/01年之前,影响华北强降水的海温关键区主要位于中国东部海域;2000/01年海温关键区向东偏移,正是这种偏移使得西北太平洋副热带高压增强,向华北地区的水汽输送增加,从而使得华北地区发生强降水的概率增加。进一步研究指出,北太平洋海温年际变率的变化可能是造成海温与华北秋季强降水频次显著相关区发生东移的原因,更多的原因还需要深入研究。     

马斯克林高压与华北盛夏降水的年际关系及其年代际变化

利用NCEP／NCAR、ERA-40再分析资料和中国160站盛夏（7、8月）降水资料,使用相关分析、合成分析等方法,分析了马斯克林高压（马高）与华北盛夏降水的年际关系及其年代际变化。结果表明：马高与华北盛夏降水在年际时间尺度上存在显著的负相关关系,这种显著的负相关关系从1974年以后开始减弱。在强关系阶段（1951-1973年）,马高与中国东部盛夏降水的显著负相关中心主要位于华北地区;在弱关系阶段（1974-2011年）,马高与华北盛夏降水的负相关关系变弱,与长江中下游地区的正相关关系变强。导致马高与华北盛夏降水年际关系发生年代际变化的原因是：中国东部地区（不）受来自马高的异常偏南气流影响,使得华北盛夏降水偏多（少）,两者关系偏强（弱）。马高与华北盛夏降水年际关系发生的年代际变化,是中国东部地区从20世纪70年代中期以后出现“南涝北旱”的原因之一。     

华北地区冬季持续性异常低温事件与大气低频振荡活动的关系

采用1959—2009年日平均气温观测资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,对华北地区冬季持续性异常低温事件进行了定义,并在此基础上统计分析了该区近50 a来冬季持续性异常低温事件的发生规律及环流特征,然后对华北地区持续性异常低温事件与大气低频振荡之间的关系进行了研究。研究表明,近50 a来华北地区共出现26次持续性异常低温事件;环流场上持续性异常低温过程对应的是乌拉尔山高压脊的建立、发展、消亡以及东亚大槽的维持、加深、减弱过程;同时,分析发现低频波动与持续性异常低温事件密切相关,10~20 d低频环流场上华北、东北地区上空的低频气旋、中西伯利亚的低频反气旋,及30~60 d低频环流场上西西伯利亚附近的低频反气旋及日本海附近的低频气旋是造成持续性异常低温事件的重要低频影响因子,进一步分析发现对流层高层到低层的低频信号主要是由中高纬向低纬且自西向东传播,来影响我国华北地区的。     

秋季热带中太平洋SST异常型与冬季中国降水和气温的关系

用NOAA延长重构的月平均海表温度以及NCEP/NCAR提供的比湿、风场、温度场资料和中国160站的月平均气温、降水资料,利用相关分析及合成分析的方法,研究了秋季热带中太平洋SST异常型的变化特征及其与冬季中国降水和气温的关系。结果表明:(1)秋季热带中太平洋SST异常型具有准10 a周期。(2)当秋季热带中太平洋SST为正异常时,12月份东亚大槽加深,贝加尔湖及其西侧的高压脊加强,有利于来自高纬度的冷空气向中国北方及东部地区输送,850 hPa水汽在江苏及安徽北部、山东南部、河南中部等地存在辐合,使得上述地区降水偏多,反之亦然。(3)当秋季热带中太平洋发生SST正异常时,12月份吉林、辽宁、内蒙古东部及河北气温升高,反之亦然。     

天气学检验在东北区域数值模式秋冬季降水预报中的应用

根据影响天气系统不同,利用2007年9月－2008年2月东北区域中尺度数值模式12h累积降水预报和东北地区常规站降水实况资料,采用天气学检验方法,从降水中心强度、中心位置、降水主体强度、落区、范围和移速6个方面对东北区域中尺度模式降水预报产品的预报性能进行检验。结果表明：模式对东北地区秋、冬季降水有很好的预报能力,但因天气系统和预报时效不同其预报能力也有较大差异,其中对高空槽预报效果最好;一般情况下,在预报出现偏差时中心和主体强度易偏强,雨带范围易偏大,移速易偏慢。     

冬季西太平洋暖池与华南降水关系的年代际变化

利用1951-2010年全国台站冬季降水观测资料、Hadley环流中心逐月海表温度资料以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,探讨了西太平洋暖池与我国华南地区冬季降水的关系。结果表明,西太平洋暖池与我国华南冬季降水的年际关系在1972年发生了明显的年代际转折,20世纪70年代前两者弱的负相关未通过信度检验,而70年代后两者相关系数达到-0.5~-0.6。回归分析显示,70年代前,暖池对产生华南冬季降水的水汽条件以及动力条件等的影响不显著,因此其与华南冬季降水的关系不明显。70年代后,暖池偏暖时,在菲律宾海区域激发出一个显著的气旋性环流,该环流西北侧的偏北风不利于南海地区水汽向我国华南地区输送,华南地区水汽辐散增强,而且南支槽地区对流减弱,南支扰动不活跃且扰动不能向下游地区传播,华南地区扰动活动减弱,此外暖池偏暖使北半球经向环流显著增强,且下沉支位于我国华南地区,加强了华南地区的下沉运动,因而华南地区冬季降水显著偏少;暖池偏冷时,情况相反。     

On the relationship between the winter Eurasian teleconnection pattern and the following summer precipitation over China

The Eurasian teleconnection pattern(EU) is an important low-frequency pattern with well-known impacts on climate anomalies in Eurasia. The difference of low-level v-winds in several regions in the Eurasian mid–high latitudes is defined as the EU index(EUIV). In this study, the relationship between the winter EUIVand precipitation in the following summer over China is investigated. Results show that there is a significant positive(negative) correlation between the winter EUIVand the following summer precipitation over North China(the Yangtze River–Huaihe River basins). Meanwhile, an interdecadal variability exists in the interannual relationship, and the correlation has become significantly enhanced since the early 1980 s.Thus, the proposed EUIVmay have implications for the prediction of summer precipitation anomalies over China. In positive winter EUIVyears, three cyclonic circulation anomalies are observed—over the Ural Mountains, the Okhotsk Sea, and the subtropical western North Pacific. That is, the Ural blocking and Okhotsk blocking are inactive, zonal circulation prevails in the mid–high latitudes, and the western Pacific subtropical high tends to be weaker and locates to the north of its normal position in the following summer. This leads to above-normal moisture penetrating into the northern part of East China, and significant positive(negative) precipitation anomalies over North China(the Yangtze River–Huaihe River basins), and vice versa. Further examination shows that the SST anomalies over the Northwest Pacific and subtropical central North Pacific may both contribute to the formation of EUIV-related circulation anomalies over the western North Pacific.     

North Atlantic Oscillation influence and weather types associated with winter total and extreme precipitation events in Spain

An analysis of winter intensity and frequency of precipitation is presented, based on 102 daily precipitation stations over Spain and the Balearic Islands for the 1997–2006 decade. Precipitation stations have been merged in the eight different regions which compose the analyzed area by the use of an EOF analysis. NAO influence on the intensity and frequency of precipitation of each region is described in terms of mean precipitation, mean rain frequency, the number of extreme events, changes in the precipitation distribution and the prevalent synoptic configuration. Results indicate a non-stationary response; NAO signal being more evident in mid–late winter. Strong regional differences in the response to NAO are also found, which vary according to the specific character of the precipitation under analysis. Thus, NAO exerts a clear effect on the intensity of total and extreme precipitation rates in northern and westernmost Spanish regions, whereas the frequency of precipitation is clearly affected by NAO in central and southwestern areas. While the correlation between NAO and precipitation is negative for most of the analyzed area, two regions reveal positive responses to NAO in total precipitation occurrence and intensity for specific months. Further analyses reveal asymmetric responses to opposite phases of NAO in the precipitation distributions of some regions. The complex regional relationship between NAO and precipitation is also revealed through the modulation of the former in the preferred Circulation Weather Types associated to precipitation in each region. This spatially non-homogeneous NAO signal stresses the need of caution when employing Iberian precipitation as a proxy for NAO.