寒潮期间电离层TEC与地面天气参数的相关性

利用1996-2004年间武汉地区发生的寒潮事件,分析了寒潮过境前后该地区电离层电子总含量TEC的变化情况及TEC与地面温度、压强之间的相关情况.结果表明:1)寒潮过境前,TEC分别有不同程度的波动,在2~3 d内完成一次升高和降低;2)在寒潮来临的标准日TEC有明显下降;3)寒潮过境后的5 d内,TEC出现类似"M"形的波动;4)寒潮过境前后,地面温度、压强和TEC之间表现出一定的正(负)相关.     

台风期间厦门电离层变化的一次特例分析

文中利用中国气象局厦门电离层监测站的电离层频高图数据,研究了2007年登陆地点在厦门附近地区的3次台风登陆事件期间厦门电离层的变化,分析比较了台风登陆前后F2 层临界频率(foF2)的相对变化、电离层Es和扩展F出现率等,结果显示这3次台风登陆均导致电离层foF2扰动,偶发E层(Es)和扩展F的出现率在3次台风临近登陆和登陆后都有明显的增加.台风圣帕(Sepat)登陆前一天,电离层foF2出现了相对月中值达40%(约4 MHz)的增强,登陆后电离层foF2迅速降低到月中值水平;台风韦帕(Wipha)登陆后电离层foF2从登陆前的略高于月中值的水平迅速下降到月中值以下(降幅达30%)并持续4天.台风罗莎登陆前的2天内电离层foF2低于月中值,台风罗莎登陆当天电离层foF2恢复到月中值水平,随后foF2出现了1天的下降和连续3天的增强.初步分析认为由于台风登陆前后,强烈的海气、陆气相互作用可能影响到电离层高度,从而导致对电离层foF2、Es和扩展F等参量发生变化.利用Wang(2005)提出的CoP机制,可以较好地解释台风登陆导致foF2下降,但文中发现在台风临近登陆出现的foF2上升的现象,则需要进一步深入分析研究.     

近似实际风场条件下台风中扰动的稳定性

在与实际台风风场近似一致的环境流场条件下,应用柱坐标中的正压无辐散模式,讨论了台风中扰动的稳定性问题。研究表明,台风暖心结构和台风外围适当强度的冷空气活动有利于台风中扰动发展,且台风愈强(气压愈低),台风中扰动愈易发展。      

基于BDA扰动法的台风路径集合预报试验研究

提出一种新的方法（BDA扰动方法）对台风路径进行集合预报。BDA扰动方法是基于BDA同化方案。通过扰动台风的中心位置和台风强度得到一系列模型台风,将之分别同化到同一环境场中得到一系列扰动初始场,从而对台风进行集合预报的方法。本文选取四个台风个例进行数值试验,将直接用BDA方案同化初始场的模拟结果与采用BDA扰动方法模拟的结果进行比较,发现：利用BDA扰动方法对台风路径进行集合预报能进一步提高路径预报精度;同时发现：对于BDA扰动方法,若与初始定位扰动相结合,5hPa的台风强度扰动幅度可能比10hPa的更适宜。     

登陆台风Matsa (麦莎) 中尺度扰动特征分析

地面中尺度自动站和多普勒雷达资料的分析都表明, 台风Matsa登陆后的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋性涡旋系统。本文使用新一代中尺度WRF模式对台风Matsa登陆后的变化特征进行了数值模拟, 使用四维变分多普勒雷达分析系统 (4D-VDRAS) 对台风Matsa多普勒雷达径向风进行了风场反演。在此基础上对台风Matsa登陆后中尺度扰动特性进行了初步探讨; 对台风Matsa与其螺旋云带的中尺度系统之间动能和涡度的相互转换进行了诊断分析。分析表明: (1) 数值模拟和雷达风场反演结果表明, 登陆台风Matsa的低层螺旋云带中活跃着中尺度气旋式涡旋系统, 与之相伴随的为较强的中尺度上升区, 而且, 中尺度垂直上升运动的强弱与雷达对流回波强度成正相关, 中尺度垂直上升运动越强, 雷达对流回波发展越旺盛。 (2) 台风Matsa与其中尺度系统动能转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统从台风Matsa环流中获得动能而发展; Matsa在陆地上长久维持主要是从高层获得动能。 (3) 台风Matsa与其中尺度系统涡度转换的诊断分析说明, 低层中尺度系统向Matsa输送正涡度主要依靠中尺度垂直运动来完成; 高层正涡度的转换通过水平输送和垂直输送共同来完成。所以, 中尺度系统所产生的正涡度源源不断地向Matsa输送, 使Matsa的气旋性环流可以在陆地上长久维持。     

H2释放扰动电离层的数值模拟

由于电离层中分子性离子与电子的复合要比氧离子与电子的复合快得多,因此H2在电离层高度释放可有效地引起电子的消耗.本文基于一个包括中性气体扩散方程和离子化学反应方程的二维动力学模型,对H2在电离层高度释放过程进行了数值模拟研究,并分析了不同释放条件下的电子扰动特性.结果表明:1)500 mol H2释放后,迅速向周围空间扩散,释放中心处的电子密度30 s内下降了近4％,F2层临界频率下降了1％左右;2)在不同高度处释放H2时,最大的电子密度相对变化率并不是在峰值高度附近处释放时出现的;3)释放化学物质的量越多,电子密度的扰动幅度也越大,但两者之间并不存在线性关系;4)相同量的H2在电离层峰值高度处释放,白天的电子密度扰动幅度要大于夜间的扰动幅度.     

基于3DVPAS模式模拟的热力扰动在台风涡旋中的螺旋特征分析

利用WRF模式模拟了2007年04号台风"万宜"环流,选取发展初期的低层风场作为基本气流代入三维涡旋扰动分析和模拟模式(3DVPAS),模拟分析了理想的热力扰动在该基本气流中的演变特征。结果表明:基本气流的低层流场特征在热力扰动演变过程中起重要作用。虽然发生在不同径向距离处的热力扰动都会导致基本气流偏离静力平衡状态,但在距离涡旋中心较近的地方,静力平衡状态恢复更快。扰动的演变可分为快速调整阶段和准平衡阶段。在快速调整阶段,扰动沿径向内外同时传播,向外传播的扰动逐渐减弱,向内传的扰动不断在台风眼壁附近聚集,经过一段时间的演变,在内聚集的热力扰动开始向外传播,随着时间的发展向外传播的扰动逐渐减弱。同时,伴随着螺旋带的发展及消亡,热力扰动的演变也表现出不对称的结构。     

基于随机全倾向扰动的台风路径集合预报试验

以GRAPES-TCM为试验模式设计3种集合方案对2011年9个台风进行109次72 h的路径集合预报试验。结果显示:在3种集合方案中,路径预报效果总体最好的是方案1,其路径平均绝对误差与台风移速、移向的总体偏差都最小;方案1和方案2的平均绝对误差与台风移速、移向的总体偏差都小于它们的控制预报的结果,集合预报表现出优于确定性预报的预报能力;与实况比较,3种集合方案预报的台风移向总体以偏右为主,台风移速在积分后期以偏慢为主;方案1的路径离散度最大,方案3最小,3种方案的集合离散度比其合理的离散度都明显偏小;与国内外8个业务数值模式的预报结果比较,方案1的路径预报优于除欧洲中心数值模式以外的7个业务模式的预报,表现出一定的业务应用价值。      

H2释放扰动电离层的数值模拟

由于电离层中分子性离子与电子的复合要比氧离子与电子的复合快得多,因此H₂在电离层高度释放可有效地引起电子的消耗。本文基于一个包括中性气体扩散方程和离子化学反应方程的二维动力学模型,对H₂在电离层高度释放过程进行了数值模拟研究,并分析了不同释放条件下的电子扰动特性。结果表明:1)500 mol H₂释放后,迅速向周围空间扩散,释放中心处的电子密度30 s内下降了近4%,F₂层临界频率下降了1%左右;2)在不同高度处释放H₂时,最大的电子密度相对变化率并不是在峰值高度附近处释放时出现的;3)释放化学物质的量越多,电子密度的扰动幅度也越大,但两者之间并不存在线性关系;4)相同量的H₂在电离层峰值高度处释放,白天的电子密度扰动幅度要大于夜间的扰动幅度。     

海棠\

“海棠”台风(2005)再次登陆福建省前后24 h期间(2005年7月19日00时—20日00时(世界时,下同)),给位于台风路径右侧的福建省东北部及浙江省境内(记为R区)造成大范围暴雨,同时,位于台风路径左侧福建省中南部及广东省境内(记为L区)仅有小雨发生,台风路径左右两侧暴雨落区呈明显非对称分布。基于WRF模式模拟结果诊断分析了“海棠”台风(2005)暴雨及其非对称分布特征成因,结果表明：(1)中尺度天气系统对“海棠”台风暴雨的垂直运动场的强迫作用是主要的,大尺度天气系统所起的强迫作用基本处于次要位置。地形抬升对“海棠”台风暴雨形成一直起着稳定、持续的促进作用,地表摩擦作用主要在台风登陆以后与“海棠”台风暴雨形成密切相关。(2) Q矢量强迫产生的降水场、地形强迫产生的降水场均呈左右非对称分布特征,气象因子是“海棠”台风降水非对称特征形成的主要因素,它一方面直接导致降水非对称特征形成,同时还引发地形因子强迫发挥了重要的促进作用。(3)进一步界定诊断范围对比分析表明,对于R区来讲,存在强烈的上升运动,并将低层汇聚的充沛水汽向上层输送,导致R区强降水发生,而对于L区来讲,上述与降水发生密切相关条件均较R区弱,不利于强降水发生。最后,对未来台风降水成因研究工作进行了初步展望。

     

COSMIC与FY-3C掩星电离层反演的比较

利用基于TEC的电子密度廓线反演方法,对2014年12月31日的COSMIC和FY-3C掩星任务的电离层掩星相位数据进行处理,将反演的电子密度廓线及电离层峰值参数分别与两个掩星任务的官方产品进行比较,发现两个掩星任务的反演结果与官方产品均具有较好的一致性.其中COSMIC反演结果与CDAAC官方产品的一致性略好于FY-3C反演结果与NSMC官方产品的一致性,且两个任务的NmF2的反演质量均优于hmF2的反演质量.但与COSMIC不同,FY-3C掩星电离层相位数据进行反演处理之前有必要进行滤波平滑预处理,且由于FY-3C非掩星时段的相位数据量太少,反演过程中不建议对TEC进行改正.     

基于智能手机GNSS双频原始观测值的电离层延迟提取与分析

基于智能手机GNSS（全球导航卫星系统）观测值的研究主要集中于观测值质量分析和定位算法,在大气应用方面关注度则较为有限.本文基于全球首款支持GNSS双频信号的小米8智能手机和超短基线的Trimble Alloy测地型接收机,利用原始GNSS双频载波相位观测值,考虑连续历元间电离层变化较小从而进行观测值质量控制策略,评估了小米8智能手机电离层提取精度.研究结果表明：卫星高度角或载噪比较高的条件下,智能手机观测值可能依然是无效的,设置卫星高度角或载噪比阈值的方法进行质量控制不再适用.小米8提取的电离层延迟与测地型接收机呈现了很好的一致性,但其波动幅度略高于测地型接收机,提取精度优于0.2 TECU,表明智能手机GNSS观测值用于大气应用是可行的.     

印度洋海温异常对西北太平洋台风的影响及机制研究

基于近40 a NCEP/NCAR再分析月平均高度场、风场、涡度场、垂直速度场以及NOAA重构的海面温度（sea surface temperature,SST）资料和美国联合台风预警中心（Joint Typhoon Warning Center, JTWC）热带气旋最佳路径资料,利用合成分析方法,研究了前期春季及同期夏季印度洋海面温度同夏季西北太平洋台风活动的关系。结果表明：1）前期春季印度洋海温异常（sea surface temperature anoma1y,SSTA）尤其是关键区位于赤道偏北印度洋和西南印度洋地区对西北太平洋台风活动具有显著的影响,春季印度洋海温异常偏暖年,后期夏季,110°～180°E的经向垂直环流表现为异常下沉气流,对应风场的低层低频风辐散、高层辐合的形势,这种环流形势使得低层水汽无法向上输送,对流层中层水汽异常偏少,纬向风垂直切变偏大,从而夏季西北太平洋台风频数偏少、强度偏弱,而异常偏冷年份则正好相反。2）春季印度洋异常暖年,西北太平洋副热带高压加强、西伸;而春季印度洋异常冷年,后期夏季西北太平洋副热带高压减弱、东退,这可能是引起夏季西北太平洋台风变化的另一原因。     

“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。     

登陆台风边界层风廓线特征的地基雷达观测

为了分析登陆台风边界层风廓线特征,利用2004—2013年中国东南沿海新一代多普勒天气雷达收集的17个登陆台风资料,采用飓风速度体积分析方法,反演登陆台风的边界层风场结构特征。与探空观测对比表明,利用雷达径向风场可以准确地反演登陆台风的边界层风场结构,其风速误差小于2 m/s,风向误差小于5°。所有登陆台风合成的边界层风廓线显示,在近地层(100 m)以上,边界层风廓线存在类似急流的最大切向风,其高度均在1 km以上,显著高于大西洋观测到的飓风边界层急流高度(低于1 km)。陆地边界层内低层入流强度也明显大于过去海上观测,这主要是由陆地上摩擦增大引起。越靠近台风中心,边界层风廓线离散度越大,其中,径向风廓线比全风速以及切向风廓线离散度更大。将风廓线相对台风移动方向分为4个象限,分析边界层风廓线非对称特征显示,台风移动前侧入流层明显高于移动后侧。最大切向风位于台风移动左后侧,而台风右后侧没有显著的急流特征,与过去理想模拟的海陆差异导致的台风非对称分布特征一致。     

梅雨锋两类中尺度低压(扰动)及其暴雨的数值研究

对1999年6月梅雨锋频发型中尺度低压(扰动)及其暴雨代表个例,利用区域中尺度数值模式MM5进行了数值研究.基准试验成功复制出中尺度低压(扰动)和暴雨的发生发展过程,系统和降水的演变与强度结果比较合理.借助于高时空分辨率的模式输出,在一定程度上可以揭示中尺度低压(扰动)发生发展较详细的演变过程,同时也可描述出发展演变中某些更加细微的特征和反映对流层高低空气流的特征以及它们之间的相互作用.在基准试验基础上设计的一组数值试验,探讨了同中尺度低压(扰动)暴雨相关的物理过程,包括降水的显、隐式参数化方案,凝结潜热释放,行星边界层过程,局地地形对中尺度低压(扰动)及其所伴暴雨发生发展的影响.这些结果能在更加深入理解梅雨锋上两类中尺度低压(扰动)及其暴雨过程的具体物理图象方面提供一些有益的帮助.     

乌鲁木齐市TSP微观形貌特征分析

利用环境扫描电镜(SEM/EDS)分别对2009年四季在雷达站、卫星站、年轮实验室和白杨沟站采集的TSP样品进行微观形貌和能谱分析,结果表明:乌鲁木齐市TSP形貌具有明显的时空分布特征。春季TSP颗粒较大,形状不规则,可能来源沙尘;夏季TSP中颗粒少且小,可能含有土壤扬尘和植物花粉;秋季TSP颗粒多为蓬松链状,可能是烟尘聚集体;冬季TSP颗粒较大,形状规则的颗粒增多且多为圆形,是典型的燃煤飞灰形态。北郊、市区TSP中颗粒物数量高于南郊山区的白杨沟站,秋冬季燃煤对北郊和市区TSP形貌影响较大。TSP主要含Si、S、Ca、Al、Fe、Mg、Cl、Na,说明TSP来源广泛,并且由多种颗粒混合而成。春夏季乌市TSP中Si、Ca Al、Na、Mg含量较高,秋冬季Si、S、Ca、Al、Fe、Cl含量很高。市区TSP中S、Fe、Al较白杨沟同期所占比重大,白杨沟TSP中元素种类较少,S、Fe含量不高,表明燃煤、工业排放影响不大。     

双三次数值模式与理想Lamb波、龙卷扰动对比模拟分析

通过"双三次曲面拟合—时间步长积分—双三次曲面拟合……",实现成为一种双三次曲面拟合新算法数值模式。它对模式大气作非线性(空间二阶可导)描述,是用数值分析(三次样条/双三次曲面)与计算方法近似求解大气运动非线性偏微分方程组。用Z坐标系高分辨率双三次数值模式,采用原始大气运动方程组和采用欧拉时间积分方案,设置理想扰动,对大气声波Lamb波做数值模拟;采用大气不可压假定,除去声波,对大气重力波龙卷扰动做数值模拟。对比模拟发现:理想Lamb波以声速在水平方向传播,扰动能量频散快,仅能在原地持续数秒钟;理想龙卷扰动则在原地可持续约1 min,且波动内圈(外圈)自下至上始终处于风场辐合(辐散)状态,具冷心结构和气压驻波特征,可因水汽进入扰动与借助凝结潜热释放而得到发展。