2014年8月南京青奥会开幕式人工减雨作业回波分析

为评估重大赛事活动场馆的人工减雨作业效果,利用南京信息工程大学C波段双偏振多普勒雷达（C-Pol NUIST）资料、探空及地面降水等资料,对2014年8月16日南京青奥会开幕式人工减雨作业效果进行分析。用交叉相关法TREC （Tracking Radar Echoes by Correlation）追踪回波单体,统计作业点上下游的回波强度比值的变化,分析了反射率因子、径向速度、回波顶高（ET）、差分反射率因子Z_dr和相关系数ρ_hv的回波特征以及风矢位温（V-3θ）图表示的大气结构特征。研究表明,在减雨目标区的目标时段,回波强度和回波顶高均呈减弱趋势,减雨作业在播撒催化剂间歇时段和作业后会导致更显著的短时强降水。研究结果为回波产品评估人工减雨的最佳作业时间、作业部位和作业效果提供决策依据。     

山西省不同地区雨滴谱的统计特征

利用2010—2012年OTT Parsivel激光降水粒子谱仪在山西省6个地区观测的雨滴谱资料,调查了不同地区对流性和层状性降水滴谱特征。结果表明:对两类降水而言,山区降水强度大于平原地区,且山区降水广义截距参数N_w和质量加权平均直径Dm均大于平原地区。两种地形层状性和对流性降水的雨滴平均谱分布均呈明显单峰型,两种降水的峰值直径分别为0.56 mm和0.94 mm,对流性降水雨滴谱明显比层状谱宽。Gamma分布较好的拟合了平均谱,统计了对流性降水Gamma分布参数μ-λ关系。此外,对N_w-R、D_m-R以及Z-R关系也进行了研究。     

机载雷达定量测雨中雨滴谱参数的优化

机载雷达可以方便地跟踪观测对象,并且可以观测某些地基雷达较难观测的区域（如海洋）,因此近年来在大气遥感领域得到越来越广泛的应用。为了获得一个较好的地面分辨率,机载雷达使用X波段的衰减频率。虽然雷达波受到的衰减通过算法可以进行订正,但由于雨滴谱的范围较宽,使得利用Z-R或k-R经验公式来确定雨强仍具有较大的不确定性。该文应用在西太平洋进行的国际大型科学考察实验TOGA/COARE中1993年1月和2月间取得的机载雷达实测数据进行定量测雨中雨滴谱参数优化的尝试。     

雨滴谱谱形参数对梅雨降水模拟能力的影响

实际观测表明雨滴谱的谱形参数(μ_r)具有显著的时空分布特征,而微物理参数化方案中往往将其设定为常数。基于WRF 3.5.1模式中的Milbrandt 2-mon(MY)双参数方案,针对四次典型的江淮梅雨降水过程,利用江淮梅雨的实际雨滴谱观测资料结果,分析MY方案中诊断雨滴谱谱形参数的处理方法对梅雨降水模拟效果的影响。结果表明:利用雨滴谱斜率诊断μ_r的处理方式对梅雨降水的系统性偏差有一定的改善能力,对降水落区分布的局地性特征能够发挥一定的修正作用。较强降水对μ_r的完善表现出更显著的改善倾向。耦合经验公式后,μ_r总体增加,对流层中低层的μ_r随降水强度增加而降低。与μ_r直接相关的雨滴质量加权末速度的增加和雨水含水量的减小是改进试验中降水变化的直接原因。环境场的水汽与动力条件的改变是降水变化的重要间接原因,云物质的响应变化以及降水位置强度的宏观特征演变与此密切相关。强弱降水的改善程度的差异主要源于各自物理量场的响应特征的不同。强降水的暖云云物质特征变化趋势虽与弱降水时一致,但变化幅度等差异显著。弱降水时,物理量场对μ_r的响应特征表现出较为一致的变化趋势和一定的线性特征;而强降水条件下,云物理过程以及同环境条件之间的反馈作用更加复杂,冰云和环境场的响应特征往往没有显著规律可循。     

江淮之间夏季雨滴谱特征分析

分析了2011—2013年夏季(6—8月)滁州地基雨滴谱观测资料,根据雨强及其随时间的变化将降水分成对流降水和层云降水,分析不同降水类型的雨滴谱特征。结果表明:滁州地区对流降水的质量加权直径D_m和标准化参数lgN_w的平均值分别为1.67 mm和3.91 mm^-1·m^-3,层云降水D_m和lgN_w的平均值分别为1.18 mm和3.57 mm^-1·m^-3,对流降水雨滴平均尺度更大。N_w相比Γ分布参数N₀能更好地反映总数浓度N_t的大小。Γ分布3参数均随雨强的增大而减小,当雨强增长到一定程度时,μ(谱型)和Λ(斜率)趋于常数。研究了μ-Λ关系和Z(反射率因子)-R(雨强)关系。对流降水和层云降水的Z-R关系分别为Z=408R^1.20和Z=301R^1.21。新的Z-R关系和经典Z-R关系(Z=300R^1.40)反演的雨强相比实际观测值均偏小,但新的Z-R关系反演的雨强与实际观测值更接近。     

激光雨滴谱仪测速误差对雨滴谱分布的影响

该文研究PARSIVEL激光雨滴谱仪的测量误差并提出订正方法。对2014年在广东阳江的PARSIVEL激光雨滴谱仪采集的两次降水过程数据进行分析发现,雨滴下落速度V随粒径D变化与静止大气中雨滴下落末速度随粒径变化的Atlas-Ulbrich曲线分布趋势一致,但D < 1 mm及D > 3 mm的速度偏差较大。其主要原因是大粒径雨滴形变造成速度偏离较大,仪器测量误差造成小粒径测速偏大,激光雨滴谱仪所在高度的大气垂直运动影响雨滴下落速度。根据PARSIVEL激光雨滴谱仪测量原理,基于雨滴形变与粒径关系,给出形变订正后的Atlas-Ulbrich修正曲线,并用于对小粒径测速订正。比较订正前后的雨滴谱分布,订正后的小雨滴浓度明显增加,大雨滴浓度略有减小,订正后浓度参数和斜率参数均增加,形状参数变化不明显。     

激光雨滴谱降水量与人工降水量的对比分析

本文将武汉国家基本气象站2011-2012年期间的激光雨滴谱估测降水量与该站人工定时观测降水量进行了系统的对比和分析,发现激光雨滴谱估测降水量与人工定时观测降水量总体较为接近,均方根误差较小,且不存在显著性差异;整体来看,在雨天时激光雨滴谱估测的降水量小于等于人工降水量,雪天则相反;激光雨滴谱初安装时,误差较小,随时间推移,稳定度逐步下降;大风使人工降水量测值偏小。     

车载X波段雷达对人工消云减雨作业效果初步分析

人工消云减雨是人工影响天气技术的延伸和发展。主要手段是在影响本地保护区的降水云系的上风方,对其进行大规模、连续的催化作业以改变其降水分布,使保护区无雨或小雨。在介绍车载X波段双通道双线偏振全相参多普勒天气雷达的系统组成、主要参数、观测原理的基础上,简要概述了人工消云减雨原理,阐述了2008年8月8日天气过程和奥运会开幕式人工消云减雨作业,并利用车载X波段雷达产品对开幕式人工消云减雨作业进行了实例分析和效果检验。     

雨滴和霰谱形参数对江淮地区强降水影响的数值研究

利用中尺度数值模式WRF-V3.4,对发生在江淮地区梅雨期一次强降水天气过程进行了数值模拟,并针对雨滴和霰粒的谱形参数不同取值做了敏感性试验,分析了谱形参数对降水量、水凝物比含水量、数浓度和粒径分布以及雨滴和霰的源汇项等的影响。结果表明,雨滴和霰谱形参数的变化会影响雨水和霰粒的比含水量和数浓度分布,因为这两个参数的变化会影响雨水和霰的相关微物理过程。当雨滴谱形参数增大时,雨水蒸发量先增大后减小,霰与云水的碰撞也减小;当霰谱形参数增大时,主要使霰融化成雨水的量减少,因此导致降水分布以及降水量级的差异。     

十一运会开幕式人工影响天气服务作业决策与实施流程设计

介绍了"十一运会"开幕式期间天气背景和人工消(减)雨作业防线设计,分析了实施区域人工消(减)雨火箭、高炮过量催化作业对监测预报、空域保障、指令下达、发射操作、弹药供给等技术保障要求及对策,明确了人工影响天气应急服务关键时间节点的主要工作内容,介绍了作业决策、作业实施、跨区作业等流程的技术要点和任务要求。经过全运会开幕式前期作业试验和应急服务检验,各项技术流程设计符合人工消(减)雨作业技术要求。     

2014年南京青奥会开幕式日降水过程数值模拟研究

为评估2014年南京青奥会开幕式日的人工催化消减雨作业效果,利用中尺度数值模式WRF对当日的云降水过程和催化作业开展数值模拟。本文系第一部分工作。首先对常用的八种云微物理方案的降水模拟效果进行评估,进一步选取Thompson和Milbrandt-Yau两个微物理方案对此次降水过程的云系结构和降水形成机制进行对比分析。模拟结果表明,采用Thompson和Milbrandt-Yau两个方案模拟的云系结构和降水形成的微物理机制是一致的。开幕式当天影响奥体场馆的降水由弱的积层混合云系产生,降水过程以冰相微物理过程为主。雪的融化是雨水的主要源项,Thompson方案中雪的融化对雨水的贡献率为72%,Milbrandt-Yau方案为60%,蒸发则是雨水的主要汇项,Thompson方案中蒸发对雨水的消耗率达94%,Milbrandt-Yau方案为95.6%。     

亚青会期间南京地区大气冰核的观测分析

2013年8月2—26日亚青会期间对南京地区进行了大气冰核的观测采样,同时结合气溶胶、气象要素等观测资料,研究了南京地区大气冰核浓度的分布特征,探究在污染管控措施下大气气溶胶的变化是否对冰核浓度产生影响。结果表明,大气气溶胶浓度在污染管控的措施下明显降低,冰核浓度在多种因素影响下没有明显降低的变化趋势,但有明显的日变化特征。燃放烟花的空气污染时刻,大气冰核浓度随污染物浓度的增加会明显增加。当活化湿度达到水面过饱和,温度范围为-12~-23℃时,南京夏季的冰核浓度范围为0.38~50.55 L~(-1)。将活化温度和冰面过饱和度同时加入到参数化公式中得到大气冰核浓度N(T,S_i)=0.003 1exp(-0.254 9T+0.161 6S_i)。进一步分析冰核浓度与PM_(2.5)、PM_(10)、PM_(10)-PM_(2.5)的关系,发现冰核浓度与PM_(10)-PM_(2.5)的相关性较高,相关系数为0.55,说明大粒径气溶胶粒子更容易充当冰核,大粒径气溶胶在冷云过程中起着更为重要的作用。     

“海葵”台风(1211号)暴雨雨滴谱特征分析

利用常规气象观测资料、加密自动气象观测站资料、NCEP/NCAR再分析资料以及安徽省滁州、黄山山底站地基雨滴谱观测资料,分析了2012年8月8-9日“海葵”台风暴雨过程的降水特征与环流背景,重点分析了该过程前后两个阶段(即台风本体造成的降水阶段与冷空气入侵引发的降水阶段)降水的雨滴谱特征。结果表明:(1)“海葵”台风降水过程中,安徽滁州站和黄山山底站平均谱谱宽都较大,均有6~8 mm的大降水粒子出现;黄山山底站具有更高的雨滴数浓度和较小的雨滴直径。(2)整个降水过程中,滁州站平均谱接近后一阶段的雨滴谱型,而黄山山底站平均谱接近前一阶段的雨滴谱型;不同雨强下两站的雨滴谱谱型基本相似,且随着降水强度增大,谱宽和雨滴数浓度均呈增大趋势。(3)前后两个降水阶段,滁州和黄山山底站表现出不同的滴谱特征。前一阶段,滁州站雨强(R)、雨滴质量加权平均直径(Dm)和标准化数浓度(Nw)的均值均小于黄山山底站;至后一阶段,滁州站的R、Dm明显增大,均大于黄山山底站。(4)从台风本体降水阶段到冷空气入侵降水阶段,滁州站雨滴谱型变化明显,呈现出谱宽由窄变宽且随雨滴直径增大而雨滴数浓度均增大的特点;黄山山底站雨滴谱型差异不大,表现出谱宽由宽变窄、雨滴数浓度随雨滴直径增大先增后减的特点。     

上海地区几类强降水雨滴谱特征分析

用Parsivel激光降水粒子谱仪资料对2013年上海地区4—10月份期间4种类型 (层状云、对流暖云主导型、对流冷云主导型和强台风影响下的混合暖云型) 降水过程的雨滴谱特征进行了分析。通过平均雨滴谱及其拟合特征、雨滴数密度与含水量分布、雨滴尺度与速度二维谱分布等对比分析发现:各类降水中, 雨滴谱的峰值结构与雨强大小有关, 其中直径介于0.187~1.312 mm的小雨滴均出现峰值且总数最多。各尺度雨滴数密度及其比例决定了其降水量贡献比, 在冷云强降水中的雨强贡献最大的雨滴尺度要显著大于其他3种类型。雨滴谱宽按大小排列依次为对流冷云主导型、混合暖云型、对流暖云主导型和层状云。最后综合运用雨滴谱、雷达、雨量站、闪电等观测资料对9月13日对流冷云主导型降水过程进行分析后发现:在雷暴的演变过程中, 雨滴谱特征与雷达反射率因子、垂直液态水含量、自动站雨强、闪电频次等要素均有较好的相关性。冷云产生的冰晶和冰雹融化后的大雨滴进入中低层的广谱小雨滴群, 并通过破碎分裂增加了大雨滴的形成概率, 尤其是捕捉碰并过程更加快了大雨滴的增长速度, 使雨强在短时间内迅速加强。雨滴谱中各档粒子数的演变, 揭示了降水强度的变化, 用雨滴谱资料可有效弥补现有雷达定量估测降水的偏差, 且在冷云中改善明显。     

伊犁河谷汛期一场短时强降水雨滴谱特征分析

利用常规地面、高空资料、新一代天气雷达资料、雨滴谱资料,对2012年8月3日发生在伊犁河谷的一次较大范围暴雨的天气背景、雷达回波特征和降雨微物理特征等进行深入分析。结果表明,200hPa西西伯利亚西风槽、500hPa中亚低涡和地面冷锋是这次强降雨过程的主要影响系统。河谷喇叭口地形对气流的机械挤压、东高西低地形对对流的触发、地形强迫抬升对对流和降水的增强具有重要影响。这场降水过程属于积层混合云降水,其中大面积的层状云中嵌有多个对流云团,这些云团连接在一起就构成了对流性雨带,通过对暴雨雨滴谱演变分析得出,这次暴雨主要降水由对流性云团造成,对流云团微物理结构存在明显的不均匀性,其中存在多个强降水中心,其水平尺度多维持在10km左右,持续时间维持在5分钟到10分钟之内,降水集中且雨滴数浓度较高,一般在1000m-1个以上,雨滴谱宽及分布差异很大,小于1mm粒子数浓度很高,对雨强的贡献占两成以上。     

短临交互预报系统在奥运会气象服务中的应用

2008年北京奥运会、残奥会期间,北京市气象局在各气象服务现场安装了先进的短时临近交互预报系统VIPS(Very-short-range Interactive Prediction System)。该系统的应用为增强现场气象保障能力发挥了重要作用。以2008年残奥会开幕式预演气象服务为例,介绍在开闭幕式现场通过VIPS系统实时调用各种监测、预报、预警信息和短时临近预报产品,快速分析,并及时准确地把气象预报服务信息提供给开闭幕式指挥部,避免和减轻了降雨天气造成的影响,为今后开展重大活动气象保障以及短时临近预报业务提供一些可借鉴的经验和思路。     

利用2004年北京雨滴谱资料分析降水强度和雷达反射率因子的关系

在北京2004年的45次降水过程中,基于DISDROMETER仪器测量的雨滴谱资料计算每次降水的强度R和雷达反射率因子Z.结果表明,不同降水过程中,雷达反射率因子Z与降水强度R的幂指数关系中的指数b和系数a是不同的,这与不同降水过程的雨滴谱分布不同密切相关.综合分析这45次降水过程中的指数b和系数a,得到指数b和系数a呈正相关.接着,分别就指数b和系数a与平均降水强度、平均雷达反射率因子、平均特征直径和雨滴平均数密度之间关系做了详细的讨论.另外,基于这一年的降水雨滴谱资料,讨论了Z-R幂指数关系中指数b和系数a的月变化特征.分析结果表明,从4月到12月系数a和指数b呈现逐月递减的年变化特征.最后,文章就12个个例的特征直径Dm的特征进行了分析.结果显示,当特征直径Dm随时间保持不变时,降水强度R和雷达反射率因子Z之间存在线性相关的关系,即当特征直径Dm为常数时,Z-R关系的指数b为1.     

对流性降水雨滴谱特征及其与雷达反射率因子的对比分析

利用OTT Parsivel激光降水粒子谱仪观测的南京地区梅雨季节对流性降水过程的雨滴谱资料和江苏省气象台龙王山雷达观测资料,结合天气形势,对梅雨季节对流性降水过程的微物理参量、平均雨滴谱和速度谱分布特征进行分析;在对平均谱拟合时发现,Gamma分布对小滴数目的估计和大滴端形状的符合程度效果好于M-P分布和对数正态分布,并且拟合了Gamma分布参数μ和λ的二次项关系;建立了雷达反射率因子与雨强的相关关系,并将Parsive激光降水粒子谱仪观测计算的回波强度与雷达观测的回波强度作以比较,结果表明:对于此次暴雨过程,雷达观测到的回波强度有低估的现象,并且Parsivel粒子激光探测仪观测计算的回波强度越大,雷达低估的现象越为明显。回波修正后,用统计的Z-I关系式估算的降水量与Parsivel测得的降水量更为接近。     

中国气象科学研究院参加2008奥运气象服务演练

中国气象科学研究院大气探测研究所、大气成分观测与服务中心、数值预报中心3个单位参加了奥运气象工作。我院的奥运雷电预警预报系统、紫外线强度等级预报及防护措施、大气成分数值预报及城市空气质量等级预报、北京与青岛的酸雨情况评估和成因分析预报的预报服务产品参加了奥运气象服务演练。