2014年青藏高原云和降水多种雷达综合观测试验及云特征初步分析结果

加密外场试验可提供云降水物理过程新的数据。2014年7月1日—8月31日,第3次青藏高原大气科学试验项目组在那曲开展了水汽、云和降水的综合观测,使用了中国最先进的Ka波段毫米波云雷达、Ku波段微降水雷达、C波段连续波雷达和激光雷达,并配以微波辐射计、雨滴谱仪等设备,获取了高时空分辨率的云和降水宏微观垂直结构特征数据;利用C波段双线偏振雷达与新一代天气雷达配对,进行双多普勒雷达观测,获取青藏高原对流云三维风场和降水粒子相态的结构和演变数据。文中简单介绍了本次试验的情况,并利用这次观测的云雷达数据对那曲地区夏季云的云顶和云底高度、云厚、云量、云层数等特征的日变化进行了初步统计分析,对不同类型云的宏观特征进行了讨论。结果表明:本次外场试验首次成功获取到了多种雷达的云观测数据。那曲地区夏季云主要集中在6 km(距地面高度,下同)以上和4 km以下;总云量、高云的云顶、云量和云厚等云的统计参数有明显的日变化,10时(北京时)为云发展最弱的时段,20时云发展最为旺盛;初生的积云和层云常常出现在3 km高度上,这一高度上常常存在明显的上升气流;深对流系统高度可达16.5 km,同时存在上升气流和下沉气流,对流中可能存在过冷水。这些数据和初步结果为进一步开展高原云和降水机理、云和降水物理过程参数化方案研究及卫星反演结果的订正提供了基础。     

毫米波测云雷达系统及其外场试验结果初步分析

观测云宏观信息及其辐射特性的工具一直都很缺乏。利用毫米波测云雷达连续观测大气中的云能够获得有重要意义的参数,这些参数包括宏观上的云厚、云高、云层数,微观上云粒子的大小、滴谱分布、冰与液态水的含量等,它们不仅决定了云的上行、下行辐射的影响效果,也是研究自然降水过程的重要参数。文章介绍了2007年中国气象科学研究院研发的应用于探测云、雾和沙尘暴垂直结构的机动式8.6 mm毫米波雷达系统(HMBQ),重点介绍测云雷达在2008~2009年主要参加的外场试验情况,最后给出了探测得到的各种类型云(包括非降水云、弱降水云以及降雪云等)的雷达回波图,并作了初步分析。     

海陀山冬奥气象综合观测平台及研究进展

气象保障是历届冬季奥林匹克运动会（冬奥会）成功举办的最重要条件之一。延庆赛区（位于延庆海陀山区）地形复杂、山高坡陡、垂直落差大,因而观测难度大、气象数据稀少,成为影响赛区精细化预报的核心因素,对冬奥气象服务提出了严峻挑战。为此,北京市气象局组织开展了冬奥海陀山综合气象观测,针对该区复杂地形和多尺度气象影响系统构建了包含中、小、微尺度的三维立体实时综合观测平台,观测要素涵盖了三维风场、温湿度场、云和能见度、近地面湍流与辐射等。综合观测将提高对复杂山区高影响天气特征和机理的认知,为改进和提高预报模式提供数据支撑。文中系统介绍了海陀山冬奥气象综合观测平台的科学目标、观测布局、观测内容以及观测平台在降雪过程中的初步应用,最后阐述了基于该观测进一步开展的研究计划。     

海陀山冬季降水天气分型及冬奥预报应用

基于2019—2021年1月1日至3月15日北京冬奥会延庆赛区(以下简称海陀山)降水观测资料和ERA5再分析资料,对期间34次降水过程进行天气分型,并对各天气型下不同海拔的降水实况特征开展统计分析。研究结果表明:冬季海陀山降水根据天气系统及地形影响可分为偏北气流型、偏东气流型、低涡低槽型、回流低涡低槽型四种天气型。不同天气型下海陀山地形高度以下主要气流方向和强度、水汽垂直分布等条件,以及与地形相互作用使得不同海拔之间降水量、持续时间等呈现显著差异。偏北气流型受500 hPa槽后整层强偏北气流控制,形成越山气流,降水集中在高海拔地区;偏东气流型受低层偏东气流影响,降水集中在低海拔地区,以上两种天气型无天气尺度系统配合,由地形强迫作用主导,降水量不大、持续时间相对较短。低涡低槽型受高空东移低涡低槽作用,配合低层西南气流,高海拔降水量更多,同时该型也是海陀山冬季最主要的降水天气型;回流低涡低槽型受高空东移低涡低槽影响,配合降水前东风回流对低层增湿并起到冷垫作用,低海拔降水量更多,以上两种天气型均存在天气尺度系统,并叠加海陀山地形作用,降水量显著且持续时间长,会对赛事运行造成较大影响。上述特征...     

苏皖地面自动站资料的质量控制及结果分析

利用江苏和安徽2012—2014年151个国家站及2 600个区域站资料,对各类自动站资料的质量及其控制方法进行初步探讨。采用缺测资料统计、气候界限值检查、气候极值检查、内部一致性检查、二次迭代的空间一致性检查、时间一致性检查、持续性检查及综合决策算法分别对国家站和区域站资料进行系统的质量控制,并根据质量控制结果进行可疑站点的标记。结果显示:国家站各要素资料缺测率远低于区域站,且资料质量总体上均明显优于区域站;自动站各要素中温、压要素的质量最好,其次是相对湿度;除了空间一致性检查中风场资料的检查结果差别不大外,其余检查中区域站资料的未通过率均远高于国家站资料;将错误资料及可疑站点信息进行及时反馈,能改善实时资料质量,并为相应测站的检修与维护提供依据。     

神农架及周边地区夏季气象要素时空特征初步分析

采用2010—2011 年6—8 月神农架及周边地区高山自动气象站观测的逐时资料,初步分析了神农架及周边地区夏季降水、气温、风场等气象要素的时空分布特征。结果发现：降水时数基本呈现随着海拔的增高而增多的趋势。东北坡和东南坡降水时数日变化整体均呈单峰型变化趋势,峰值出现在午后至傍晚,西南坡降水时数的日变化分布均匀。西南坡最高气温出现时间偏晚。多数站点2010—2011 年夏季盛行风向具有一致性。局地风场受地形影响很大,日变化明显,可能由山谷风效应引起。海拔较高的站点水汽昼夜变化较大,海拔较低的站点水汽昼夜变化较小。东北坡松柏站夜间盛行西北风,水汽大幅度减少,白天盛行东南风,水汽增加,可能是午后降水时数明显增多的原因之一。     

自动站与人工站相对湿度观测结果的差异及原因分析

相对湿度是大气探测中最重要的变量之一.只有正确的空气湿度记录序列才能揭示水汽在长期气候趋势监测方面所起的作用.自2000年以来,使用了几十年的相对湿度等常规气象要素的人工观测逐渐被自动观测所取代,为了了解两种观测仪器所测结果的差异,选取了全国17个具有代表性站点的观测数据并对其年平均差、标准差、日变化规律等进行了统计分析,然后根据自动观测与人工观测各自的优点和缺陷,将相对湿度数据按照气温和相对湿度大小分成了9类进行对比分析.研究发现,大多数站点的自动站与人工站相比较,两者之间有一定的"系统偏差",并且相对湿度的自动观测存在偏干的现象,年平均在3.5%左右,在相对湿润的地区,这一现象更明显;在相同的气温条件或相同的相对湿度条件下,高湿或高温情况下的对比差值均偏大.     

苹果覆膜反光试验结果初步分析

对1992年8—12月在陕西淳化进行的苹果覆膜反光试验结果进行了初步分析。苹果园内铺反射率较高的复合镀铝膜,可提高地表反射辐射21％—33％,改善果园光照条件;提高果品着色指数10％—29.2％;提高果品单果重3.3—17.7g/个。     

雷暴云内电场探测仪及初步实验结果

雷暴云内的电场探空是了解雷暴电荷结构的重要手段之一。为了定量了解雷暴云内的电场分布以确定雷暴的电荷结构,本文根据强电场环境中尖端放电原理,制作了尖端放电电流传感器。该电流传感器包括两根长度均为1 m的同轴电缆和一个时间常数为0.1 s、量程±16μА的精密电流放大电路;两根同轴电缆悬空垂直于地面,相对放大电路对称布置,两个尖端的长度为5~6 cm。利用该电流传感器,同时配合温度、相对湿度、GPS等传感器,组成了雷暴云内电场综合探空仪,并于2007年夏天在甘肃平凉地区进行了初步实验。利用雷暴天气条件下的大气平均电场仪与尖端放电电流传感器进行的地面同步观测记录,得出了大气电场—尖端放电电流的拟合关系,发现负电晕放电(尖端为阴极)的阈值电场和正电晕放电阈值电场存在一定差异,且负电晕放电的阈值较低。本文认为这一差异源于正、负电晕放电机制的差异。利用气球携带的电场综合探空仪进行了探空实验,得到了一次空中电场的初步探测结果,在此基础上,对探空路径上可能存在的电荷区域进行了分析。     

山西省层状云飞机云物理观测试验结果分析

利用山西省2008年-2010年64架次云结构的粒子测量系统（DMT）探测资料,配合地面观测和卫星资料统计分析了层状云系的宏微观特征。发现：降水性层状云低云含水量垂直方向上平均为0．03g,m^3,中云含水量垂直方向上平均为0．05g／m30对比分析降水云和非降水云系的微物理特征量,两者存在显著的差异,降水性层状云云粒子有效半径要达到10μm-14μm。对云系不同温度层的微物理特征和云中水分按不同粒子尺度的分配特征进行了对比分析,结果表明：降水性层状云在垂直方向上的微物理结构特征非常明显,也是分层的。高层主要是冰相粒子,主要是冰雪晶,随高度降低冰雪晶的尺度增大,在四个典型温度层的观测中,LWC、云粒子及降水的浓度、尺度相较有很大不同。云中水分按不同粒子尺度的分配可以看出,直径20μm、30μm的粒子含水量较高,对云中液态水含量的贡献较大,降水粒子主要由20μm、30μm的粒子转化。     

喷雾降温外场试验结果的初步分析

利用重庆市2011年盛夏高温天气,开展了喷雾降温改善局部小气候的外场试验。试验结果表明:高温天气下,在广场上进行喷雾具有明显降温、改善人体舒适度的效果。降温幅度上午小,下午大。喷雾降温效果存在明显的垂直梯度变化,地表温度降幅最大,1.5 m气温次之,2.2 m气温降幅最小。喷雾工艺条件对降温效果有明显影响,喷头型号不同,地表温度的降幅差别较大,但各高度层降温效果差别不大。喷雾"喷-停"循环时间的长短与喷雾区域温度的变化有明显联系,喷的时间越长,喷雾区域温度降低的幅度就越大。环境风场状况对喷雾降温效果也有明显影响。本试验中,受试验场地周围环境影响,偏东风比偏西风条件下的降温效果好,喷雾降温效果总体随风速的增大而有所降低。     

热带深对流云砧数值模拟及云凝结核数浓度对其影响的初步试验

利用中国科学院大气物理研究所发展的三维强风暴模式,对Egrett Microphysics Experiment with Radiation Lidar and Dynamics（EMERALD）试验期间的一次长寿命热带深对流个例进行对流产生、发展、消亡过程以及云砧的数值模拟,并与实测资料［包括C波段双线偏振雷达图像资料、机载云粒子成像仪（CPI）探测的云砧卷云微物理特性以及激光雷达探测的云砧宏观特性资料］进行了细致的对比,然后通过改变模式中最大云滴数浓度进行有关云凝结核数浓度影响云砧卷云冰晶含水量和数浓度的敏感性试验。模式较好地模拟出系统的一些重要宏观特征,如爆发性增长阶段、各高度雷达水平反射率因子的最大值、对流云主体移动方向、云砧底部和顶部高度。对云砧冰相粒子含水量、数浓度以及平均直径等微观特征的模拟结果与实测也比较接近。对于本文个例而言,异质核化为冰晶形成的最主要方式,其次为过冷云滴的均质核化。敏感性试验结果表明:当云凝结核数浓度增加时,爆发性增长阶段的垂直速度减小,使得对流云从中低层向高层的水物质输送量减少,从而使云砧卷云冰晶的数量减少。     

X波段相控阵天气雷达对流过程观测 外场试验及初步结果分析

中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室与安徽四创电子股份有限公司联合研发了专门用于快速观测对流过程、具有多波束观测能力的X波段相控阵天气雷达(XPAR),并利用该雷达与C波段双线偏振雷达(CPOL)于2013年4~6月在广东省江门市鹤山站进行了对比观测试验,以检验该雷达观测模式及其对快速变化的对流云演变过程的观测能力,为进一步改进雷达观测模式提供依据。本文首先介绍了XPAR的主要技术指标和观测模式,利用实测数据对比分析了三种观测模式观测的回波结构、灵敏度,并与C波段双线偏振雷达数据进行了对比,详细分析了2013年5月30日一次中尺度线状对流系统后部的单体的发展和消亡过程,讨论了XPAR分钟级数据在分析对流过程演变中的作用。结果表明:(1)XPAR三种观测模式获取的降水回波结构合理,实现了在1 min内完成一个高空间分辨率的体扫的探测功能,数据的时空分辨率远远高于现有的机械扫描雷达;(2)XPAR的精细观测模式数据揭示了单体触发、发展和演变过程,清晰给出了两次径向辐合发展过程及其与回波发展的关系,给出了新一代天气雷达和C波段双线偏振雷达不能提供的新的事实;(3)XPAR分钟级数据对进一步认识对流单体内部γ中尺度及其更小尺度系统的发展和演变有非常大的帮助。     

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。     

2019年冬季北京海陀山局地环流特征及机理分析

海陀山作为北京冬(残)奥会的主要室外赛场之一,其复杂的地形对风场的精细化预报提出了严峻的挑战,亟需开展加密的风场观测提高对复杂地形下局地环流特征及其影响机理的认识,并为提升赛区精细化预报与服务提供数据支撑.基于2019年度海陀山观测试验,利用加密自动气象站、激光测风雷达、涡动相关仪、云高仪等多源数据,对海陀山风场的水平...     

闪电定位和雷达观测资料在云分析中的应用及数值试验

本文针对2016年6月山西、山东地区一次强对流活动,通过GRAPES（Global/Regional Assimilation andPrediction Enhanced System）云分析系统融合了多普勒雷达反射率三维组网拼图资料和ADTD（Active DirectoryTopology Diagrammer）闪电定位资料,对模式初始场的云水、云冰等云微物理变量进行了调整和分析,并对这次强对流过程设计了3组数值试验。结果表明:（1）云分析系统在加入雷达反射率资料以后,能在模式初始场中较准确的计算模式的初始水物质;（2）闪电定位资料转换成的替代雷达反射率对原有的雷达反射率有一定的补充作用,使模式的初始场与真实状况更接近;（3）从模式降水的角度看,在加入雷达资料以后,GRAPES云分析可以显著提高6小时以内降水的模拟效果,而闪电定位资料的加入,对中雨以上量级的降水模拟有进一步的改进作用。     

龙门山沿线暴雨过程的诊断分析及数值试验

利用常规气象观测资料和西南区域模式WRF_RUC产品,对2012年8月17 18日四川盆地西部龙门山脉沿线出现的一次暴雨过程进行了诊断分析和数值试验。结果表明,对流层中低层明显高能、高湿,大气层结极不稳定,为中尺度对流系统的生成和发展提供了有利的热力不稳定条件;对流发展与低层偏东气流密切相关,暴雨开始前,四川盆地内低层偏东气流增强,使盆地西部沿山地区辐合和地形抬升作用增强,是造成垂直上升运动强烈发展的主要动力机制;降低高原地形高度,暴雨区明显西移;降低盆地内初始场温湿条件,降水强度明显减弱;不考虑地面热通量影响,降水强度也将有一定减弱。     

一粗细网格模式“三维嵌套”方案的设计及试验结果分析

该文简要地分析了水平侧边界嵌套技术中存在的问题，提出了“三维嵌套”的设想，并就不同范围对水平侧边界嵌套及三维嵌套方案进行了对比试验。试验结果表明：（１）三维嵌套方案对区域模式的降水及中、下层形势场的预报均有所改进；（２）嵌套区域越小，三维嵌套方案对预报的改进效果越明显；（３）三维嵌套方案对预报的改进随积分时间的增长而愈加显著     

从GTS获得的海洋温、盐资料在BCC海洋同化系统中的质量控制及同化结果初步分析

介绍了从全球电信系统(GTS)上获得的海洋温度、盐度观测资料在中国国家气候中心(BCC)新一代海洋同化系统中的应用情况。通过资料的质量控制判断温、盐观测的重复记录、观测深度、地形、极端值、气候变率、层结、空间差异,有效地过滤了错误的或不可靠的观测信息。质量控制后,将温、盐观测资料加入同化系统,有效地改进了模块化全球海洋环流模式MOM4中的全球热带、副热带海洋,尤其是太平洋地区的多年平均海表温度、盐度场分布特征;此外,同化温、盐资料对南北半球中纬度地区的海表温度分布特征也有明显的改进。对比同化前后的均方根误差(RMSE)发现,同化后大部分海区,尤其是热带海洋的海表温度/盐度的均方根误差明显降低,降幅通常在0.1—1.0℃/psu,模拟与观测的海表温、盐分布特征也更为接近。进一步分析指出,同化明显地改善了模式对Nino3、Nino4区海温时间演变特征的模拟,同化后的Nino3海温与最优插值海表温度的差异减小,但其通常在上半年改进较多(差值绝对值多在0.5℃左右),而在下半年则改进较少(差值绝对值常达1℃左右);Nino4区的海温特征则改进明显,其与最优插值海表温度的差值绝对值通常都控制在0.5℃以下。