Ka波段云雷达晴空回波垂直结构及变化特征

利用2017—2019年中国气象局大气探测试验基地Ka波段云雷达资料,结合地面自动气象站、激光云高仪资料,从强度、速度、线性退极化比以及晴空回波高度等方面,分析晴空回波垂直结构和变化特征。基于激光和微波对粒子半径和数密度散射的差异,区分云和晴空回波。结果表明:Ka波段云雷达探测到的晴空回波在边界层主要包含层状湍流回波和点状昆虫回波,且回波顶高在3000 m以内。晴空回波强度和高度具有明显的季节和日变化特征,冬季回波顶高较低,夏季回波顶高较高,与地面气温具有很好的相关性,每年的1,2,11,12月几乎没有晴空回波,而7月和8月回波顶平均高度最高。晴空回波反射率因子为-40~-15 dBZ,其中层状湍流回波反射率因子概率密度峰值处反射率因子为-35 dBZ,点状昆虫回波反射率因子概率密度峰值处反射率因子为-30 dBZ。晴空回波垂直移动速度为-1.5~+0.5 m·s-1,整体呈下沉运动。层状湍流回波线性退极化比较点状昆虫回波稍大,一般为-10~-5 dB,点状昆虫回波线性退极化比一般为-15~-8 dB。     

华北部分地区云凝结核的观测分析

利用美国DMT公司生产的连续气流单过饱和度云凝结核计数器对华北部分地区地面和空中云凝结核（CCN）进行了观测研究。地面观测结果表明,太原由于污染严重CCN数浓度高于石家庄。CCN数浓度日最大值、日平均值均随过饱和度的增加而增大。CCN数浓度具有明显的日变化特征,与气象因子、人类活动有关。降水对地面CCN具有明显的冲刷作用。利用关系式N=CSk拟合太原地面CCN活化谱,C〉2200cm-3,k〈l,C、k值很高,属于典型的大陆型核谱。飞机观测资料显示,CCN主要来源于地面,数浓度随高度增加明显减少。高空风向发生变化时,长距离气团输送提供CCN二次源。云对CCN有消耗作用,云内CCN比云外明显减少。     

黄河上游云凝结核观测研究

分析了2001、2001年8月在黄河上游的玛曲－河南县利用美国Mee公司的130型云凝结核计数器观测的资料，讨论了凝结核的谱型，浓度随饱和度、天气状况及一些气象要素变化的关系，通过与其它地方观测结果的比较，可以看出在地表植被较好的黄河上游牧区，人类活动、污染较少，其自然凝结核少，浓度与青岛的测值相近，与海洋过饱和核谱型接近。     

华北地区云凝结核的观测研究

利用连续气流纵向热梯度云凝结核仪对中国华北地区空中和地面的云凝结核(CCN)进行了观测研究.2005年秋季和2006年春季的飞机观测结果表明,华北地区的CCN主要来源于地面,近地层CCN浓度较高,CCN浓度随高度增加而减少;CCN的分布与地面源地密切相关,污染地区乡村上空CCN浓度比无污染地区乡村高5倍以上,而污染城市上空的CCN浓度无显著差异;水平穿越淡积云云簇时云内CCN明显减少,表明云对CCN的消耗作用.2005年夏季石家庄地面CCN观测显示,同一过饱和度(S)下的CCN浓度差异很大,在S=0.1%、0.3%和0.5%下的最小值分别为584、808和2431个/cm3,最大值分别为9495、16332和21812个/cm3;CCN有明显的日变化,06时以后浓度开始上升,上午至中午前后达到极大值,下午浓度下降,原因可能是由于上午汽车排放以及光化学产物开始增加所致;降水对CCN具有冲刷作用.本文根据关系式N=CSk拟合得到的空中和地面的CCN活化谱参数C值明显较大(大于1000),k值较高(约0.7),表明华北地区CCN具有大陆性特征.     

太原云凝结核的观测研究

本文利用连续气流纵向热梯度云凝结核仪对太原的云凝结核（CCN）进行了观测研究。结果表明,CCN数浓度具有明显的日变化特征。CCN数浓度一天中出现了两次峰值。降水、降雪对地面CCN具有明显的冲刷作用。本文根据关系式N=CS#拟合得到的地面CCN活化谱参数C值明显较大,k值较高,属于典型的大陆型核谱。     

黄山地区不同高度云凝结核的观测分析

为研究华东高山地区云凝结核（Cloud Condensation Nuclei,CCN）沿山峰的垂直变化特征,2011年6月利用云凝结核计数器（Cloud Condensation Nuclei Counter,CCNC）在黄山三个不同高度处对CCN进行观测。观测结果表明,不同高度的CCN浓度随时间的变化趋势基本一致,CCN浓度随高度的升高而减小,过饱和度为0.8%时山顶、山腰、山底CCN浓度平均值分别为1105.62、1218.39和1777.78 cm-3,山底的高CCN浓度（大于1000 cm-3）出现频率大于山腰和山顶,表明山底受周边污染源的影响较山顶和山腰大。山顶和山底的日变化曲线均为双峰型,两个峰值分别出现在午前和午后,与大气边界层高度及山谷风变化有关。利用公式N=CSk拟合了山顶在不同天气条件下CCN活化谱,并分析了其变化特征。结果显示,晴天、雨天和雾天的C值分别为2798、384、765,小于一些污染城市,属于清洁大陆型核谱。本文结果有助于改进对华东背景地区云凝结核时空分布的认识,为该地区云雾核化在数值模式中的表达提供观测依据和参数化方案。     

南京不同天气和能见度下云凝结核的观测分析

利用美国DMT公司生产的云凝结核(Cloud Condensation Nuclei,CCN)计数器(DMTCCNC),对2013年4—12月南京地区CCN进行观测。对不同天气条件下CCN活化谱拟合,霾天C值最高,为13 085 cm-3,雨后C值降至8 054 cm-3,属于大陆性核谱。不同能见度条件下CCN活化谱特征有明显差异,南京地区不同程度霾天CCN数浓度均远高于轻雾天,浓雾时期CCN数浓度显著偏高。CCN数浓度受到气象要素和天气状况、气溶胶源排放等因素影响。南京地区气溶胶凝结核(Condensation Nuclei,CN)数浓度和CCN数浓度的拟合结果显示出较好的相关性。CCN数浓度值:冬季春季秋季夏季,春季CCN数浓度日变化有三峰趋势,夏季基本呈单峰型,秋季、冬季双峰特征突出。气溶胶源排放、环境气象条件和气溶胶理化特性均会影响CCN数浓度的季节变化。     

云探测卫星CloudSat

介绍了一种新型的云探测卫星CloudSat.首先概述了CloudSat卫星所携带的探测仪器及"A-列车"星座,着重介绍该卫星的主要产品和获取方式,并给出两种天气形势个例的卫星监测,最后探讨了CloudSat卫星产品的可能应用情况.     

2007年夏季我国西北地区云凝结核的观测研究

利用连续气流纵向热梯度云凝结核仪对我国西北地区2007年夏季空中和地面的云凝结核(CCN)进行观测研究,并对观测结果进行了对比分析。飞机观测资料表明,西北地区的CCN主要来源于地面,近地层浓度较高,CCN浓度随高度增加而减少。污染城市上空的CCN比一般地区上空浓度高,浓度随高度变化趋势相同;地面观测结果显示,CCN具有明显的日变化,与人类活动、气象因子和下垫面相关;污染地区和清洁地区的CCN浓度在相同过饱和度下差异很大,在低过饱和度下浓度相差可达一个量级。根据关系式N=CSk拟合得到的地面CCN活化谱参数,银川地区的C值明显较大(2200),k值较高(约0.7),表明银川地区具有大陆性特征;而祁连山地区C值较低(2200)、k值较高(约0.77),属清洁型大陆性特征。     

Observations of Cloud Condensation Nuclei in North China

Using a DMT （Droplet Measurement Technologies） continuous flow streamwise thermal gradient cloud condensation nuclei （CCN） counter mounted on a Cheyenne IIIA aircraft, about 20 flights for aircraft mea- surements of CCN over North China were conducted in the autumn of 2005 and spring of 2006. According to the design for aircraft observation, the method of spiral ascent or descent in the troposphere was used for the vertical measurement of CCN, and some certain levels were chosen for horizontal measurement. The vertical distributions of CCN concentrations show that most CCN particles are concentrated in the low level of troposphere and CCN concentration decreased with height increasing. It suggests that the main source of CCN is from the surface. This result is consistent with former studies during 1983-1985 in China with a static thermal gradient CCN counter. The comparison of vertical observations between polluted rural area near Shijiazhuang and non-polluted rural area near Zhangjiakou shows that there is about five times difference in CCN concentration. But over two polluted cities, Shijiazhuang and Handan, there is no notable difference in CCN concentration. The horizontal flight measurements for penetrating the cumulus clouds experiment show the apparent decrease of CCN in clouds. It confirms that cloud has a definite consumptive effect on CCN particles because some CCN particles can form cloud droplets. The surface measurements of CCN in Shijiazhuang City were made during June-August 2005. The statistical CCN data show the great difference in concentration at the same supersaturation （S） in Shijiazhuang summertime. The minimum CCN concentrations were 584, 808, and 2431 cm-3, and the maximum concentrations were 9495, 16332, and 21812 cm-3 at S=0.1%, 0.3%, and 0.5%, respectively. CCN has a diurnal variation cycle. From 0600 BT, the concentration began to increase and reached the maximum at about noon. Then it generally decreased throughout the afternoon. The reason maybe is related to the onset o     

华北云凝结核分布及与云滴相互作用的观测研究

利用美国DMT公司生产的连续气流单过饱和度云凝结核计数器（DMT—CCN仪）,于2009年4月-7月在华北上空进行云凝结核观测,对不同天气现象下云凝结核的数浓度进行统计分析,研究了云凝结核的垂直分布特征以及水平穿云时云凝结核和云滴的相互作用和演变。     

天津武清地区云凝结核变化特征

利用2009年11—12月在天津武清气象局测量的云凝结核(CCN:Cloud Condensation Nuclei)浓度资料以及气溶胶数谱分布的观测资料,分析了武清地区在不同过饱和度(0.1%～1.0%)下云凝结核浓度及活化率的变化特征。结果表明:武清地区冬季CCN数浓度变化范围很大,过饱和度1%时,浓度变化范围为4000～32000cm-3,且浓度受风速影响明显,风速2级以下CCN数浓度很高,过饱和度1%时,其平均浓度可达16000cm-3,但对于4级风速以上CCN平均浓度为4000cm-3左右;在过饱和度0.1%～0.4%间CCN浓度变化较大,过饱和度每增加0.1%,CCN浓度增加值平均约为过饱和度0.4%～1.0%间浓度增量的5倍。低过饱和度(0.1%、0.2%)下,活化率受风速影响明显,1级风速下的CCN活化率约为4级风速下的3倍,但在过饱和度1%时活化率则相差不大。CCN浓度的日变化呈双峰型,峰值时刻为北京时间08:00和18:00左右,活化率的日变化则呈双谷型,这主要是受局地排放影响的结果。利用指数函数拟合各风速下CCN浓度过饱和度谱,表明该地谱型为典型的大陆型。     

Highly Biased Hygroscopicity Derived from Size-Resolved Cloud Condensation Nuclei Activation Ratios without Data Inversion

The impact of aerosols on the climate and atmospheric environment depends on the water uptake ability of particles; namely, hygroscopic growth and acti- vation into cloud condensation nuclei （CCN）. The size-resolved activation ratios （SRAR）, characterizing the fraction of aerosol particles that act as CCN at different particle sizes and supersaturations, can be measured using a combination of differential mobility analyzers （DMA） and particle counters. DMA-based measurements are in- fluenced by the multiply charged particles and the quasi-mono-dispersed particles （effect of DMA transfer function） selected for each prescribed particle size. A theoretical study, assuming different particle number size distributions and hygroscopicity of aerosols, is performed to study the effects of the DMA transfer function and multiple charging on the measured SRAR and the derived hygroscopicity. Results show that the raw SRAR can be significantly skewed and hygroscopicity may be highly biased from the true value if the data are not corrected. The effect of the transfer function is relatively small and depends on the sample to sheath flow ratio. Multiply charged particles, however, can lead to large biases of the SRAR. These results emphasize that the inversion algo- rithm, which is used to correct the effects of the DMA transfer function and multiple charging, is necessary for accurate measurement of the SRAR.     

巨核对暖云降水影响的模拟研究

利用耦合了新的暖云参数化方案的中尺度模式(MM5),研究了暖云降水中巨核的作用.在这个暖云方案里,先假定一个三模态的气溶胶正态对数分布,然后考虑对流、扩散、云滴和雨滴的核化(非核化)过程,再由气溶胶质量的预报量显式地计算出气溶胶的数浓度.选择了华北地区2005年6月25～26日的一次弱冷锋过程,并以此研究了巨核对云和降...     

Airborne Observations of Cloud Condensation Nuclei Spectra and Aerosols over East Inner Mongolia

A set of vertical profiles of aerosol number concentrations, size distributions and cloud condensation nuclei(CCN)spectra was observed using a passive cloud and aerosol spectrometer(PCASP) and cloud condensation nuclei counter, over the Tongliao area, East Inner Mongolia, China. The results showed that the average aerosol number concentration in this region was much lower than that in heavily polluted areas. Monthly average aerosol number concentrations within the boundary layer reached a maximum in May and a minimum in September, and the variations in CCN number concentrations at different supersaturations showed the same trend. The parameters c and k of the empirical function N = c S~kwere 539 and1.477 under clean conditions, and their counterparts under polluted conditions were 1615 and 1.42. Measurements from the airborne probe mounted on a Yun-12(Y12) aircraft, together with Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model backward trajectories indicated that the air mass from the south of Tongliao contained a high concentration of aerosol particles(1000–2500 cm~(-3)) in the middle and lower parts of the troposphere. Moreover, detailed intercomparison of data obtained on two days in 2010 indicated that the activation efficiency in terms of the ratio of NCCNto N_a(aerosols measured from PCASP) was 0.74(0.4 supersaturations) when the air mass mainly came from south of Tongliao, and this value increased to 0.83 on the relatively cleaner day. Thus, long-range transport of anthropogenic pollutants from heavily polluted mega cities,such as Beijing and Tianjin, may result in slightly decreasing activation efficiencies.     

云凝结核数浓度对华东地区一次飑线过程发展的影响

利用WRF模式对2016年5月2日华东地区的一次飑线过程进行数值模拟,通过开展5组不同初始云凝结核数浓度的数值试验,讨论了污染对飑线发展的影响,并用Q矢量散度进行分析,结果表明:轻度污染下飑线线状结构最完整,强对流组织形式最紧密,而污染过重或过轻均导致飑线强对流组织分散甚至断裂;轻、中度污染对飑线降水有增强作用,而污染程度过重或过轻均对降水有限制作用;从清洁大气加深到轻度污染,强回波区宽度增大,强回波的高度升高,回波强度增强,随着污染继续加深,强回波区宽度减小,强回波的高度降低,回波强度减弱;轻度污染时,垂直速度、涡度和散度的强度较强;飑前低压在轻度污染时强度最强,雷暴高压、尾流低压和冷池则是随着污染加深而逐步减弱,但重度污染时,雷暴高压、尾流低压和冷池又增强;随着污染加深,对流云区不稳定性先增强后减弱,轻度污染下不稳定性最强;除了雪粒子外,其他水凝物粒子混合比含量均在轻度污染下达到最大值,而雪粒子混合比含量的最大值是在重度污染下出现的;推导了非地转非静力平衡的Q矢量散度方程,理论分析和计算结果均表明Q矢量辐合区对应上升运动,辐散区对应下沉运动。在较清洁和轻度污染的情况下,Q矢量散度高值区最强。