关于爆炸防雹方法的理论依据和技术要领的探讨

本文分析了我国“37”高炮防雹及苏联的防雹效果，基本的看法是:在防雹效果中，爆炸作用是一个相当重要的因素。我们根据爆炸产生的力学效应和润滑效应，以及冰雹在雹云中增长轨迹有集结于沿雹云移向上相对环境水平风速为零的近域内的现象，对爆炸防雹方法的技术要领提出一些建议。     

二维冰雹云数值模式

本文介绍一个面对称的二维冰雹云模式,其动力学方程基本包含各种动力因子;嵌入改进的降水物理过程,可以描述粒子分布的双参数变化;设计一种新的悬浮边界,可改善边界的影响,设计降水粒子场外边界形态变化子程序,可描述流场和降水粒子场相互作用而形成的雷达回波特征。利用该模式,模拟计算出冰雹云弱回波结构,并研究不同热力扰动场、不同切变风场下对流流场的流型特征。     

海南岛秋季降水异常对应的热带大尺度环流和海温

海南岛的地理环境特殊,具有独特的降水变化特征.作者利用海南岛7个站的月降水资料、NCEP再分析资料及NOAA的海温资料,研究了近45年海南岛降水的变化规律,并给出了产生降水异常的一个可能的物理机制.结果表明,海南岛降水具有明显的季节变化,一年中秋季的9、10月份降水最大,而且这两个月降水的年际方差占全年降水总方差的47.1%.秋季降水的年际异常对应的环流形式主要表现为对流层中下层存在的两个异常的气旋和反气旋中心.当降水偏多时,有两支异常的气流分别从热带太平洋和印度洋吹向海南岛附近地区,为该地区提供了更多的水汽,有利于岛上降水.而当降水偏少时,两支异常的气流变为从大陆吹向海洋,使海南岛上空水汽偏少,不利于岛上降水.另一方面,这种与秋季降水异常对应的环流异常是由赤道中东太平洋海表温度异常造成的,异常的海温将使热带地区的沃克环流发生异常,并最终使海南岛附近环流发生异常,导致降水异常.     

A Lagrangian Stochastic Model for Sea-Spray Evaporation in the Atmospheric Marine Boundary Layer

The dispersion of heavy particles subjected to a turbulent forcing is often simulated with Lagrangian stochastic models. Although these models have been employed successfully over land, the implementation of traditional LS models in the marine boundary layer is significantly more challenging. We present an adaptation of traditional Lagrangian stochastic models to the atmospheric marine boundary layer with a particular focus on the representation of the scalar turbulence for temperature and humidity. In this new model, the atmosphere can be stratified and the bottom boundary is represented by a realistic wavy surface that moves and deforms. Hence, the correlation function for the turbulent flow following a particle is extended to the inhomogenous, anisotropic case. The results reproduce behaviour for scalar Lagrangian turbulence in a stratified airflow that departs only slightly from the expected behaviour in isotropic turbulence. When solving for the surface temperature and the radius of evaporating heavy water droplets in the airflow, the modelled turbulent forcing on the particle also behaves remarkably well. We anticipate that this model will prove especially useful in the context of sea-spray dispersion and its associated sensible heat, latent heat, and gas fluxes between spray droplets and the atmosphere.     

郑州“7·20”极端暴雨过程中水汽和高低空急流作用机制的数值模拟

针对郑州“7·20”特大暴雨过程,使用CMA-MESO区域模式对此次极端强降水过程中水汽与高低空急流的影响进行了数值试验分析。结果表明,此次暴雨过程较为成功地被中尺度模式模拟再现;暴雨过程中水汽来源主要为台风“烟花”北侧的东南急流携带的来自西太平洋与印度洋的水汽以及台风“查帕卡”北侧东南气流携带的来自南海的水汽;降水及水汽输送对水汽含量十分敏感,水汽含量微小的变化便会使郑州上空气流辐合区强度减弱,水汽累积减少,降水范围向河南北部缩小,降水强度大幅度减弱;低空急流对应的气流辐合区是郑州上空出现强垂直上升运动中心的主要机制,低空急流减弱后,水汽辐合减弱,降水减少,降水中心位置偏西南,高空急流对降水的影响与低空急流相比较小。     

2021年河南“7.20”极端暴雨动、热力和水汽特征观测分析

利用MICAPS观测降水数据、欧洲气象中心ERA5再分析资料和FY-4A卫星云顶亮温数据,对2021年7月20日河南极端暴雨进行综合分析。结果表明,此次暴雨受200 hPa两槽一脊、大陆高压、副热带高压（副高）西伸北抬和台风“烟花”西移、“查帕卡”台风倒槽等多尺度天气系统共同影响,黄淮气旋的西南气流与副高和“烟花”之间的东南气流稳定控制河南地区,边界层急流供应充沛水汽,在太行山和嵩山迎风坡辐合抬升,致使河南暴雨长时间维持,产生极端降水量。西南气流穿过从广东和广西延伸到河南的高湿带,副高和“烟花”引导东南气流经过从东海洋面延伸到河南的相对较弱湿区,这两条水汽输送带在太行山和嵩山地形阻挡下汇合在河南北部,为暴雨供应水汽。丰富的可降水量、水汽过饱和、深厚暖云层以及降水系统较强的水汽消耗率为郑州高降水效率提供有利条件。郑州低层大气经历多次从强层结不稳定到弱层结不稳定的转化,边界层急流引起的垂直风切变和气流辐合对层结稳定度变化有重要影响。黄淮气旋内部中尺度涡旋对河南暴雨发生发展至关重要,不但提供西南气流,还产生较强的位势高度纬向平流,增强边界层急流。嵩山与太行山余脉构成喇叭口地形,边界层急流在嵩山北侧和东侧爬坡,促使山前水汽堆积,激发和加强暴雨。中尺度云团合并小尺度云团,发展成结构密实的孤立云团,稳定少动,对暴雨有重要影响。降水区上空广义湿位涡异常,由于广义湿位涡能够刻画中尺度系统的垂直风切变、涡度以及大气湿斜压性和层结不稳定等动力和热力因素垂直结构特点,所以对中尺度系统和降水落区有一定指示意义。     

青藏高原“三江源地区”雨季水汽输送特征

利用40年NCEP/NCAR再分析资料和青藏高原三江源地区的降水资料,分析了三江源地区的水汽输送特征.研究表明:在东亚和印度季风驱动下的西南暖湿气流是三江源地区空中主要水汽来源,其次是来自西边界中东高压中的偏西气流和西风带中的偏北气流,这3种大尺度环流背景的气流汇集到三江源区,使该地区6-9月处在水汽辐合区内,同时在高原大地形的动力作用下,三江源地区近地面层维持定常的切变、低涡等天气系统,源源不断的降水为这一区域形成江河源头创造了条件.在水汽输入的各边界中,南边界季节变化特征显著,冬、春季水汽输入量小,夏、秋季水汽输入量大,9月达到全年的最大值.西边界的水汽输入量季节变化特征不明显,一年四季有水汽输入.北边界冬、春季水汽输入量小,夏、秋季水汽输入量大,6月达到全年的最大值.水汽输出主要在东边界.从三江源地区空中净水汽输入(输出)量收支的月际变化来看,6-9月水汽是收入的,5月收支平衡,10月到次年4月水汽是支出的,三江源地区的这种净水汽输入(输出)量收支的月际变化与该地区降水量的月际变化基本一致.冬、春季以西边界的水汽输入为主,夏、秋季以南边界的水汽输入为主.青藏高原三江源地区主要水汽输入边界的水汽通量近40年来呈现减少的变化趋势,这将影响到三江源地区未来的降水变化.     

费尔干纳盆地1950-2019年降水时空变化及其影响机制

基于1950-2019年费尔干纳盆地降水格点数据,利用线性回归法和经验正交函数（EOF）分析等方法,探究了费尔干纳盆地降水年际变化的影响因素及其空间分布模态,并研究了降水时空变化后的大尺度环流影响因素。结果显示：（1）1950-2019年,费尔干纳盆地降水总体呈下降趋势,为-2.20mm/10a,但并未通过显著性检验,同时对单个月份的降水进行检验也都未发现明显趋势。（2）费尔干纳盆地降水的主要模态有两个,解释了全区降水变化的70.52%,第一模态解释了全区降水变化的59.90%,空间向量场呈现全区一致型,表征研究区整体的降水变化情况,受到ENSO和西风带的影响;第二模态解释了全区降水变化的10.62%,空间向量场表现出从西北到东南的空间反相模态,表征研究区降水空间异质性,受到欧亚大陆北部输送的水汽影响。（3）厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）事件通过调整水汽输送路径和季风环流模式影响了费尔干纳盆地的降水变化;来自欧亚大陆北部的气流是造成费尔干纳盆地降水空间格局差异的主要原因。     

风沙流中风速廓线的数值模拟与实验验证

如何描述风沙流中被风沙运动改变了的风速廓线是风沙相互作用研究中的关键问题之一.该文中将跃移风沙流视为一种颗粒拟流体,将跃移颗粒对气流产生的阻力用颗粒流的阻力系数来表达,建立了描写两场相互作用的数学模型.颗粒流的阻力系数采用了前人在液态流化床研究中得出的阻力系数表达形式,通过引入一个修正系数,使其适用于风沙流(气-固两相流).将风沙边界层划分为跃移颗粒所产生的阻力不可忽略的内边界层和跃移颗粒阻力可以忽略但受内边界层影响的外边界层,分别建立了内边界层和外边界层的风速廓线表达式.应用所建立的数学模型,根据由风洞实验测定的跃移风沙流的浓度分布和速度分布资料,计算了跃移风沙流中的风速廓线,并与风洞实测结果进行了对比.结果表明,计算风速廓线与实测风速廓线吻合得比较好,在半对数图上均为上凸的曲线,有别于无风沙运动时的直线.跃移边界层外风速分布可较好地用对数函数来描述.对风沙流中风速廓线的进一步分析证实了风沙物理学奠基人Bagnold在其早期观测风沙流中的风速廓线时提出的"结点现象"(Bagnold结),该结点的高度随风速的增大而升高,随颗粒粒径的增大而降低.根据数值模拟和模拟实验,可以认为有风沙运动的动床剪切风速是综合反映风场与跃移层以及地表之间相互作用的物理量.     

惠东高潭三次极端强降水过程成因对比分析

基于ECMWF的ERA-Interim全球大气再分析资料、MICAPS实况数据和广东省气象观测资料,对比分析了广东惠东高潭1979年、2013年和2018年的三次极端强降水过程的成因。结果表明:造成高潭极端强降水的影响系统有台风本体环流、登陆后的台风残余环流、季风低压外围环流等,其中2018年季风低压影响过程降水量最大;不同过程对流层低层强迫暖湿气流辐合抬升方式不同,分别为冷暖气流相互作用、西南季风和偏南季风地交汇、季风涌、边界层急流等;各过程中伴随的低空西南气流和偏南气流的风速大小差异明显,2013年台风残余环流影响时低空西南(偏南)风风速最大。相同点有:影响天气系统移动缓慢,并长时间维持,为极端强降水的发生发展和维持提供有利的动力条件;西南(偏南)季风、边界层急流或西南气流源源不断的水汽输送,为极端强降水的发展和维持提供了充足的水汽条件,同时低空暖湿气流的输送使得暴雨区大气层结不稳定状态长时间维持,利于持续性强降水的发展。研究结论可为今后高潭及其附近地区极端强降水的预报和决策服务提供理论支撑。      

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。     

Regional model simulation of summer rainfall over the Philippines: Effect of choice of driving fields and ocean flux schemes

Summary The latest version of the Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics (ICTP) regional model RegCM is used to investigate summer monsoon precipitation over the Philippine archipelago and surrounding ocean waters, a region where regional climate models have not been applied before. The sensitivity of simulated precipitation to driving lateral boundary conditions (NCEP and ERA40 reanalyses) and ocean surface flux scheme (BATS and Zeng) is assessed for 5 monsoon seasons. The ability of the RegCM to simulate the spatial patterns and magnitude of monsoon precipitation is demonstrated, both in response to the prominent large scale circulations over the region and to the local forcing by the physiographical features of the Philippine islands. This provides encouraging indications concerning the development of a regional climate modeling system for the Philippine region. On the other hand, the model shows a substantial sensitivity to the analysis fields used for lateral boundary conditions as well as the ocean surface flux schemes. The use of ERA40 lateral boundary fields consistently yields greater precipitation amounts compared to the use of NCEP fields. Similarly, the BATS scheme consistently produces more precipitation compared to the Zeng scheme. As a result, different combinations of lateral boundary fields and surface ocean flux schemes provide a good simulation of precipitation amounts and spatial structure over the region. The response of simulated precipitation to using different forcing analysis fields is of the same order of magnitude as the response to using different surface flux parameterizations in the model. As a result it is difficult to unambiguously establish which of the model configurations is best performing.     

2018年7月大连地区异常少雨天气大气环流分析

利用1971—2019年大连地区6个气象台站的降水资料,NCEP/NCAR逐月髙度场、风场、气压场和水汽场等再分析资料,以及国家气候中心整编的130项气候系统监测指数资料,采用合成和相关分析等统计诊断方法,对比分析了大连地区7月降水偏多和偏少年对应的大气环流异常特征,并在此基础上诊断分析2018年7月大连地区降水异常偏...     

华南前汛期降水特征及其与大气热源的关系

该文采用中国气象局月值站点数据和JRA-55资料分析华南前汛期降水特征及其与大气热源的关系。发现4—6月降水中心从南岭地区转移到珠三角地区,同时伴随副高东退北抬。6月降水范围和强度最大,降水空间分布的典型模态是全区变化一致型。降水偏多年副高异常偏西,西南气流强盛,华南地区大气整层被强热源控制,且伴随显著上升气流。菲律宾以东和孟加拉湾西侧被异常冷源控制,伴随强下沉气流,异常冷热源在400 hPa高度达最强。合成和相关分析表明,前汛期菲律宾以东异常冷源加强下沉气流,使副高西伸加强,利于东南气流沿南海北上。孟加拉湾西侧异常冷源加强低空气流反气旋式辐散,从而使冷源东侧的印缅槽加深东进,利于西南暖湿气流北上。来自热带太平洋和热带印度洋的暖湿气流北上在华南地区汇合,而华南地区异常强热源抽吸低空气流辐合上升,从而造成前汛期降水偏多。降水偏少年也可采用相似机理来解释。     

不同行星边界层参数化方案对新疆降水模拟的影响研究

使用NCEP-FNL全球分析资料作为WRF模式的初始场和边界场,利用该模式中6种行星边界层参数化方案对新疆进行2006年10月1日至2008年1月1日的模拟积分试验,重点考察模式在10 km水平分辨率下不同行星边界层参数化方案对新疆降水模拟的敏感性。结果表明:1）采用6种行星边界层参数化方案的模式都能较好地模拟出年、雨季总降水量的空间分布及月降水的季节循环。2）对于新疆整体来说,采用Grenier-Bretherton-McCaa（GBM）方案模拟雨季降水更接近观测,偏差在±30%以内。对于天山地区来说,采用Bougeault-Lacarrere（BouLac）方案模拟年降水更接近观测,偏差为－19.13%;采用GBM方案模拟中雨和大雨的TS评分最高分别为0.37和0.33,并且能够较好地模拟7月5次较大降水日中不同下垫面类型的昼夜降水,偏差在5 mm以内。3）BouLac方案能够较好地模拟天山地区年降水的时空分布特征,GBM方案更适合模拟新疆整体雨季期间降水。因此利用WRF模式开展新疆降水模拟研究时应考虑不同行星边界层参数化方案的适用范围。     

RegCM3模式对青藏高原地区气候的模拟

使用RegCM3区域气候模式，利用ECMWF的ERA40再分析资料，对东亚地区进行了长达15年（1987-2001年）时间的数值积分试验，重点分析了模式对青藏高原及青藏铁路沿线地区气温和降水的模拟。结果表明，RegCM3模式具有模拟青藏高原及周边地区当代降水和气温主要分布特征的能力，尤其在观测站点稀少地区可提供局地降水和气温分布的较可靠信息。模式较好地模拟了青藏铁路沿线地区的降水，特别是气温的年变化趋势，同时也较好地模拟了这一地区气温的年际变化，但对该区降水年际变化的模拟能力则有待进一步提高。     

江河源区水汽输送与收支的时空演变特征分析

江河源区位于青藏高原腹地,是东亚气候变化的敏感区之一,研究水汽的分布、输送及收支对于理解区域降水特征具有重要意义.本研究基于1980-2019年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA5再分析资料,结合1981-2010年国家气象科学数据中心9个探空站资料,分析了江河源及其毗邻地区水汽分布、输送及各边界水汽收支的时空...     

“威马逊”（1409）降水水汽来源和源区定量贡献分析

利用拉格朗日轨迹追踪模式FLEXPART(the Flexible Particle Model)和水汽源区定量贡献分析方法,研究了超强台风"威马逊"登陆期间(2014年7月17日06:00至19日06:00,协调世界时)强降水的水汽来源和源区定量贡献。结果表明,大量目标气块源自目标降水区西南侧和东侧,西南侧气块可追溯到阿拉伯海和孟加拉湾等地区,且大部分气块来自相对较低层大气,高度在输送途中变化不大,来自东侧的气块可追溯到西太平洋海域,气块初始位置相对较高,在输送途中逐渐降低;源区定量贡献分析显示:南海区域(C)贡献最大,目标降水区域(T)局地贡献次之,孟加拉湾(B)和西太平洋南部区域(D)贡献相当且均低于区域T;区域C和T对"威马逊"登陆期间降水贡献较大源于其较高的源区水汽摄取率(尤其是区域C)和较低的沿途损耗率(尤其是区域T);区域B源地水汽摄取量高于区域D,但从前者摄取的水汽到达目标降水区域而未被释放的比例明显高于后者,同时,两者沿途损耗率相当,造成两者对目标降水区域的最终贡献也相当;尽管阿拉伯海区域(A)水汽摄取亦较明显,但由于沿途的显著消耗,导致其对目标降水区域的最终贡献显著降低。FLEXPART轨迹追踪模式和水汽源区定量贡献分析方法,与以往常用的环流和水汽通量进行定性分析相比,可更为清晰和定量地揭示热带气旋降水的水汽来源特征。     

1981-2012年西北东部夏季降水不同强度雨日变化及其环流特征的对比分析

利用1981-2012年中国西北东部198个台站的逐日气象观测数据和ERA-Interim再分析资料,分析了近32年中国西北东部夏季不同强度降水的雨日和雨量的变化特征,并对比了产生不同强度降水的大气环流系统的异同。结果表明,西北东部夏季降水以小雨和中雨为主,二者占夏季雨日的90%以上、占夏季雨量的70%左右。小雨日数占总雨日的比率在空间上自东南向西北递增;中雨、大雨、暴雨和（特）大暴雨日数的比率自东南向西北递减。夏季小雨、中雨日数和降水量均呈减少的趋势,21世纪初的减少速率慢于20世纪80-90年代;暴雨则呈略微增多的趋势。通过对1981和2003年的个例分析发现,乌拉尔山阻塞高压、蒙古气旋和西北太平洋副热带高压增强西伸时,有利于北方干冷气流和南方暖湿气流在西北东部交汇,降水较多;反之则降水较少。在冷、暖空气均增强的背景下,若冷、暖气团的交界线偏南,西北东部主要受北方冷气团控制,南边界的水汽输送较微弱,易发生小雨;若冷、暖气团的交界线偏北,西北东部主要受到南方暖湿气团的影响,南边界的水汽输送和辐合较强,多出现强降水,降水强度取决于水汽的强度和上升运动的高度。     

云体併合及雹云形成

云体併合是冰雹云形成的重要原因之一。 文章提出了五种併合类型,给出了它们的特征和模式。最后讨论了饼合成雹云的若干条件。