大气气溶胶对8—13微米窗区辐射的衰减

根据实测的气溶胶粒子谱对大气气溶胶在8—13微米窗区的衰减效应进行了计算,并和利用太阳光谱得到的某些实测结果进行了比较。对不同大气条件下的气溶胶物理特征及其衰减特性也进行了分析。结果表明,气溶胶在8—13微米窗区的衰减效应不仅依赖于粒子的浓度和谱分布,而且和粒子的化学成份有很大关系。和洁净大气相比,在工业污染大气中,气溶胶对辐射的衰减效应有着明显的差别。     

新疆一次暴雨过程的观测分析及水汽特征

2015年4月15—17日北疆和南疆东部出现了一场较强的暴雨过程,此次暴雨是在中亚低涡减弱成槽分裂短波、北方有冷空气补充的大尺度环流背景下产生的。观测分析显示,卫星云图相当黑体亮温TBB-42℃区域可能出现中等强度降水、TBB-52℃时最大小时雨强可能大于7 mm·h~(-1);乌鲁木齐风廓线雷达的反射率因子产品在大于20 d Bz的强回波出现后的30 min左右雨强增大。分析得出,水汽输送主要出现在临近暴雨前6~12 h的低层700—850 h Pa,而最大水汽通量值12 g·(cm·h Pa·s)~(-1)出现在850 h Pa,乌鲁木齐暴雨前期,出现低空急流后,5 min雨强增强,但中后期降雨强度主要取决于低空急流和中层大风速带携带的水汽及辐合抬升的强度。本文最后讨论了中国气象局沙漠气象研究所的区域数值预报模式、ECWMF和T639对这次暴雨过程的预报。     

利用黑碳仪观测数据分离气溶胶吸收系数的计算方法

运用Fialho等提出的线性统计回归方法对2006年塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站春季大气气溶胶中沙尘和黑碳气溶胶吸收系数的波长指数及其对总吸收系数的贡献进行了估算。气溶胶吸收系数由7波段黑碳仪观测数据计算而得,观测时间为2006年3月1日_月31日。选择背景天气(假设其气溶胶吸收无沙尘的贡献)估算的黑碳气溶胶吸收系数的波长指数a为一0．95±0．002;选择6次强沙尘暴天气影响时段估算的沙尘气溶胶吸收系数的波长指数口为一2．55±0．009。用估算的d和口对春季总吸收系数进行分离,结果表明,春季沙尘吸收系数和黑碳吸收系数平均约占总吸收系数的50．5％和49．5％(520am     

应用区域地基全球定位系统观测分析北京地区大气总水汽量

利用2000年6月1日～8月11日北京地区地基全球定位系统(Globe Positioning System)网遥感大气总水汽量试验的观测资料,分析了北京地区夏季大气总水汽量的时空变化,研究了大气总水汽量与日平均温度、地面水汽压和降水的关系.研究结果表明:大气总水汽量存在明显的时空变化,对于地理位置基本相近的台站,海拔高度的影响比较明显,一般情况下高山站的水汽总量低于平原站;在晴天,地面水汽压与大气总水汽量有较好的相关性,而在云雨日,由于高低层大气湿度的变化常常不同步,用地面水汽压估算的大气总水汽量具有较大的偏差;大气总水汽量短时间内的快速增加往往对应有降水过程出现,但总水汽量的大小与降水量之间并没有明显的相关,在降水预报中应综合考虑总水汽量的前期平均水平、短时的增幅和峰值大小等条件的影响.     

利用可见光与近红外大气窗区的组合通道探测陆面上空气溶胶

本文提出了一种利用可见光与近红外大气窗区内的0.5μm和0.85μm双通道的组合,通过观测地气系统的反射辐射从卫星上遥感陆面上空气溶胶的方法.模拟试验发现,对于不同类型的气溶胶,随着气溶胶光学厚度的逐渐增大,0.5μm和0.85μm双通道的反射辐亮度的差值和比值呈现出明显不同的变化趋势,据此便可以识别出气溶胶的类型,并...     

六盘山区夏秋季大气水汽和液态水特征初步分析

六盘山区是中国典型的农牧交错带和生态脆弱带,也是黄土高原重要的水源涵养地、生态保护区及国家级扶贫开发区。利用2017年6-11月隆德气象站地基多通道微波辐射计资料,结合同期平凉探空站及隆德地面降水等观测资料,分析了六盘山区夏秋季大气水汽、液态水变化特征。结果表明：六盘山区夏秋季在降水天气背景下,大气水汽含量和液态水含量均较高,分别为无降水天气背景下的1.4倍和7.0倍;降水天气背景下水汽在5000 m以下有明显的增加,且在此高度范围内的水汽密度随高度的递减率比无降水天气背景下明显偏小;各高度层的液态水相比无降水天气背景下均有明显增大,除6月外,主峰值均出现在0℃层高度层以下。六盘山区夏秋季各月中,6-9月。大气水汽含量高值区均出现在正午到傍晚时段,低值区均出现在日出前后;液态水含量在日出前、午后及傍晚分别出现峰值,最明显的峰值出现在午后。对一次对流性降水天气过程分析后发现,降水发生前40 min大气水汽含量和液态水含量出现两次明显的跃增,水汽向上输送不断加强,2500-7500 m高度的相对湿度明显增大。     

2007年7月8—9日淮河流域特大暴雨过程MCS观测分析

利用多部雷达组合反射率因子拼图资料、地面自动站加密资料及NCEP 1°×1°每日4 次再分析资料,分析2007 年7 月8—9 日淮河流域特大暴雨过程中MCS 活动及其影响系统和降水特征。结果表明,该过程主要由3 次线状MCSs 活动造成,其分别为邻接层状单向发展MCS、前导层状MCS 和镶嵌带状MCS;雷达组合反射率因子图上,MCS 表现为回波组织性强、模态清晰,或移动,或静止,MCS 雷达回波分布特征决定雨带走向和落区;3 次MCSs 活动分别对应地面图上不同的天气影响系统,第一次邻接层状单向发展的MCS 主要受地面弱冷锋和低压倒槽影响,第二次前导层状降水MCS 受强的锋面影响,第三次镶嵌带状MCS 由地面风场上辐合线造成,与之对应的对流层中低层流场或高度场上表现为两次低涡活动,随低涡演变,MCS 生成区对应气流辐合区。     

基于观测约束的地基犌犘犁三维水汽层析技术研究

全球定位系统(GPS)卫星信号穿过大气层时发生的偏折和延迟,可以用来反演信号传播路径上的大气水汽总量。为获取区域高精度的大气水汽三维分布,借助分布密集的地基GPS观测网及其斜路径水汽观测,建立新的观测约束层析模型,提出以高斯函数为水平约束,区域逐月多年探空观测为垂直约束,即以平均量为先验值,以标准偏差为权重矩阵的新方法;并在层析算法中引入地面观测,以提高整体尤其是低层反演精度。三维水汽层析网格模型基于长江中游鄂东区域的22站地基GPS加密网搭建,实时解算系统可逐时输出三维水汽产品。三维湿折射度和水汽密度可以分别由斜路径的湿延迟总量和水汽总量观测反演获得。以2010年开展的汛期联合加密探空观测为参照,对三维层析的总体反演精度、低层反演精度、层析区域中心与边缘反演精度进行了对比和分析。结果显示:整体样本检验三维水汽密度平均偏差为-0.63 g/m~3,标准偏差为1.22 g/m~3,与探空相关系数为0.98;水汽密度与探空资料的相关比湿折射度与探空资料的相关好;对于不同层析区域,中心区域观测元数量较为丰富,使得位于中心的层析精度好于整体和边缘;加入低层观测的层析结果与探空的相关比未加低层观测时的好,低层观测的加入提高了层析与探空的相关,减小了低层层析标准差、区域中心和2 km以上层析的均差,有效提高了反演精度;低层观测的加入对整体标准差的影响,可能与加剧观测方程中长度矩阵元素间的量级差异有关。     

GPS/MET水汽观测的常见故障及处理方法探讨

通过对GPS/MET水汽观测的常见故障分析,找出故障原因,提出具体的处理方法,供观测员在实际工作中参考,使GPS/MET水汽观测能更好的运行。     

1971—2010年三江源地区水汽输送变化分析

在利用三江源地区及邻近区域探空资料对NCEP/NCAR I再分析资料进行适用性分析的基础上,采用1971—2010年再分析资料的逐日风场和比湿数据,分析三江源地区水汽输送的变化。结果表明:1971—2010年,经向流入三江源地区的水汽显著减少,使区域总水汽收支也呈显著减少趋势。水汽通量在1970年代和1980年代的变化相对较小,在1990年代和2000年代的变化幅度则较大。三江源地区总水汽收支在春季、夏季和秋季均呈明显减少趋势,冬季则无明显变化。三江源地区水汽输入明显减少,特别是6月和9月显著减少,对该地区降水形成不利。     

锢囚气旋钩状云区暴雪过程的水汽源地及输送分析

利用常规高空、地面观测资料、FY-2E卫星云图和NCEP再分析场,分析了2013年11月25日发生在中国东北东部的暴雪天气过程,并用HYSPLIT模式模拟了暴雪区上空气块的轨迹。结果表明:卫星云图显示暴雪发生在锢囚气旋的钩状云区中,且具有中尺度特征。钩状云区不同代表点、不同层次25日08时120 h气块的后向轨迹计算结果表明,在每个代表点的6条轨迹中,只有1条轨迹来自新疆以西地区的对流层上层,其他5条轨迹均来自蒙古国或我国北方地区的对流层中低层。几乎每条轨迹对应的气块在东移或南移时先以水平运动为主,伴有弱的下沉;中低层气块在72～24 h经过渤海湾和日本海;而中上层气块则主要经过黄海或东海,到达降雪区前几小时气块移速快并有明显的上升运动。对钩状云区不同代表点1500和3000 m上空120 h后向轨迹中气块湿度分析表明,来自东亚大陆的气块水汽含量并不大、相对湿度也小于60%,但在经过渤海湾和日本海时,海气交换使得气块的含水量和相对湿度均呈增加的趋势;特别是气块途径日本海的时间和距离越长,水汽含量越多。因此暴雪区的水汽主要来自日本海,其次是渤海湾。在降雪发生前几小时,气块随偏南风或东南风快速北移,相对湿度接近饱和并伴有上升运动,从而引起降雪。     

中尺度数值预报模式预报水汽与GPS观测的比较研究

利用建立在长江三角洲地区的GPS观测网中4个站点资料,进行2002年梅雨期(6月18日～7月11日)MM5模式24小时预报结果与GPS观测资料的比较研究.研究结果表明:2002年梅雨期,不同的GPS站点可降水量的变化与梅雨带的移动和走向有直接的关系.提高模式分辨率能减小模式初始场对湿度的分析误差,但对可降水量的预报能力改善不明显.尽管MM5模式积分一开始对可降水量的预报就存在5%～10%的偏差,但积分前10小时模式对可降水量表现了较好的预报能力.积分20小时后,模式对可降水量的预报偏差明显增长.研究还表明:GPS对可降水量的测量与探空观测有较高的一致性.相距43 km时,两者仍有一定的可比性.GPS测量的可降水量资料可能存在系统误差, 同化GPS资料时应关注GPS资料本身的可靠性.     

利用GPS的倾斜路径观测暴雨过程中的水汽空间分布

利用青藏高原地区COSMIC掩星资料反演的大气湿廓线WetPrf数据和8个站点的探空数据,分析了COSMIC反演大气廓线和可降水量与探空观测的偏差,并考查了偏差随高度的变化特征。结果显示：(1) COSMIC反演的温度、压强和水汽压廓线与探空观测具有很好的正相关;与探空观测相比,COSMIC的温度、压强和水汽压的偏差为-0.2 ℃、1.7 hPa和0 hPa,均方差为1.8 ℃、1.6 hPa和0.4 hPa;COSMIC反演大气廓线与探空观测的偏差基本上在大气低层较大,然后随高度增加而减小。(2) COSMIC反演的可降水量与探空观测正相关较好;COSMIC反演的可降水量低于探空观测,两者的偏差为-5.0 mm,均方差为5.7 mm;两者的负偏差在大气低层最明显。(3)探空观测在近地层的不稳定性和COSMIC反演方法中背景模式在青藏高原地区描述大气状态的能力有限,是造成COSMIC反演大气廓线和探空观测的偏差在近地层较大的主要原因;COSMIC观测的折射率偏小导致其反演的可降水量偏低。

     

加入水汽—温室效应后的Sellers模式

本文以Sellers(1969)模式为基础,加入水汽——温室效应的正反馈机制,计算地球上纬向年平均温度的稳定分布和进行一系列的敏感性试验。与Sellers的计算结果相比较后发现,加入水汽温室效应以后,全球平均温度提高了2.1℃。此外还分别考虑了太阳常数,反照率、大气减弱系数以及人类活动对气候的影响。结果指出:如果太阳辐射减少了1％,则相应的各纬圈年平均温度会减少1～2℃。当太阳常数减少到3％时才会触发极冰——反射率——温度的正反馈机制,而导致新的冰川期的形成,同时还发现加入水汽——温室效应正反馈机制以后,会使极冰——反射率——温室的正反馈机制有所收敛,并且可预测人类活动的影响能导致全球气候变暖。     

利用GPS的倾斜路径观测暴雨过程中的水汽空间分布

介绍了地基全球定位系统 (GPS) 沿倾斜路径方向观测水汽总量 (SWV) 的原理和方法; 不同时间和不同地点的GPS SWV与微波辐射计反演的SWV符合较好, 误差在3 mm左右, 表明GPS可以较高的精度探测SWV.计算了区域GPS观测网在一次暴雨过程中不同空间方位上的水汽观测结果, 为消除不同路径对SWV的影响, 把SWV转化为天顶方向的值VSWV; 分析了同一GPS站点对不同卫星方向VSWV的变化情况, 以及不同GPS站点对同一个卫星方向VSWV的关系.结果表明, 区域GPS观测网中倾斜路径观测可较好地探测不同方位上水汽的分布和变化; SWV相对于天顶方向的大气水汽总量PW而言, 能更好地代表真实大气水汽分布; 在探空或卫星观测等传统观测手段无法探测的情况下, GPS SWV数据可提供中小尺度暴雨结构中水汽分布和变化状况等有用信息.     

四川盆地特殊地形下基于加密观测的一次低涡暴雨水汽结构分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、常规观测资料以及汛期西南涡加密观测资料,分析了2012年7月7~10日由西南涡引发的四川暴雨天气过程。结果表明:结合加密观测资料能更好表现四川盆地复杂地形下低涡附近的水汽来源及其与实际降雨的关系,由于地形阻挡作用,气流在大巴山以南堆积,引发了四川、陕西交界处的暴雨。运用西南区域数值预报系统(SWCWARMS),与控制试验(不同化观测资料)相比,同化试验(同化西南涡加密观测资料)可使预报降雨与实况更为接近。通过同化加密观测资料,初始时刻四川北部出现了偏南气流,这有利于西南涡的初生,对比试验中的西南涡范围与强度也比控制试验更大更强,并且,试验验证了盆地东北部的水汽堆积现象。因此,西南涡加密观测资料在天气诊断及数值预报业务应用中都具有重要作用。      

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...     

拉格朗日水汽源诊断方法在三江源区的应用

以NCEP/NCAR每日4次的GFS (Global Forecast System) 再分析资料驱动大气三维输送模式FLEXPART (Flexible Particle Model), 借助于拉格朗日水汽输送和源区识别技术, 在考虑了空气块输送过程中的比湿变化基础上, 诊断三江源区大气的水汽来源、输送途径及其空间结构特征。结果表明:夏季三江源区短时输送 (6 d内) 的水汽主要来自于青藏高原以及其西北侧陆地区域, 而更长时间 (8~10 d) 的来源可追踪到阿拉伯海和孟加拉湾等远距离海洋区域; 水汽输送通道主要有两支, 第1支为沿着索马里海到阿拉伯海的跨赤道水汽输送, 第2支为在西风控制下从中亚乃至西亚地区向三江源区的输送。定量分析亦显示:6月青藏高原西侧的水汽输送贡献最大, 7月阿拉伯海成为了主要水汽来源, 8月阿拉伯海水汽输送贡献减小。     

华北和西北区干湿年间水汽场及东亚夏季风的对比分析

为了更好地理解华北及西北地区的夏季降水气候，我们利用NCEP的再分析格点资料等，对华北和西北两区干，湿年（月）的水汽场及夏季风状况作了对比分析，主要结论是：（1）近50年来华北和西北区东部明显干旱化，这可能与同期内东亚夏季风强度趋弱，大气可降水量逐渐减少有关；（2）两地区干，湿年（月）间气柱可降水量差别明显；（3）两地区干，湿年（月）的夏季风，水汽输送通道的位置及强度，以及水汽通量的辐散辐合情况均不同；（4）高原与太平洋间的海陆温差指数及东亚夏季风指数（SMI）对表征东亚夏季风的季节变化及夏季风强度的年际变化有一定的能力，冬春季高原与太平洋间的海陆温差对其后东亚夏季风的强弱及西北和华北区的干湿状况有部分指示意义；作西北区夏季降水预报时要注意四川盆地的水汽场及广元－汉中一带，以及闽，台和两广的水汽输送状况。     

阿克苏地区降水的水汽条件分析

利用2001～2004年4～10月的降水量和常规观测资料,分析了发生在阿克苏地区中量以上降水的比湿场和水汽通量场的特征;通过分析T213预报产品中的相对湿度、温度露点差和水汽通量预报场演变与阿克苏地区降水的关系,得到一些有参考价值的物理量预报场特征。