2004年冬春季中国地区云的模拟分析

文中利用卫星和地面观测资料分析了中国地区总云量和低云量的分布及华南沿海、华东地区和北方地区的云量垂直分布。利用CREM模式模拟了中国地区的云量,并初步分析了模拟误差的原因。模拟表明,模式能较好地再现中国地区云量水平和垂直分布的形势和演变趋势,但对总云量和低云量模拟系统性偏小20％,且模拟的华南沿海云量垂直分布大值中心偏低。初步分析认为这种云量大小的误差是云量诊断方案的经验系数值不适当引起的。     

人为气溶胶对地形云降水的影响:以黄山地区为例

选取黄山站为高山站,周围黄山区、绩溪、黄山市三个低海拔高度站为对比站,比较高山站与对比站1960—2009年降水量差值,即地形影响因子R0的变化趋势,以及同期能见度的变化,分析了人为气溶胶对黄山地形云降水的可能影响。结果表明,1960—1979年能见度下降,气溶胶含量增大,R0升高;1980—1989年,能见度升高,气溶胶含量有下降趋势,不同对比站R0变化趋势不同;1990—2009年,能见度下降,气溶胶含量升高,R0显著下降。气溶胶对降水的影响作用与背景气溶胶浓度有关,背景气溶胶浓度较低时,增加气溶胶浓度可促进降水;背景气溶胶浓度较高时,增加气溶胶含量对降水抑制作用显著,对应的能见度阈值为10km。当气溶胶对降水起抑制作用时,抑制作用与风速成反比,与风频和各风向平均降水量呈显著正相关。     

秦岭地区气溶胶对地形云降水的抑制作用

以华山站为影响站, 周围的西安、渭南和华阴作为对比站, 通过影响站与对比站降水之比——地形强化因子(Ro)的变化趋势以及Ro与能见度关系的分析, 定量研究了秦岭地区气溶胶对地形云降水的抑制作用。Ro的演变分析表明: 有观测以来Ro逐年递减, 减幅为14%～20%, 即影响站与对比站相比降水量减少了14%～20%; Ro的减少趋势与能见度递减、气溶胶递增相吻合, 说明气溶胶的增加抑制了地形云降水。Ro的递减主要是减少了中小雨 (日雨量小于30 mm) 的天数, 这种影响对浅薄的生命期较短的地形云降水作用更明显, 对于华山站, 30 mm以下的降水都会受到入云气溶胶的抑制作用, 而西安站为5 mm以下, 入云气溶胶浓度越高, 就有越厚的降水云受气溶胶影响而抑制降水; 在以动力强迫抬升为主的春秋季, 气溶胶抑制华山地形云降水20%左右, 最大可达25%; 在热对流条件下, 气溶胶对地形云和对平原地区云的抑制作用基本相当。不同风速风向下Ro的变化趋势表明, Ro递减随风速增大而加快, 迎风向 (240°～30°) 大风 (≥5 m/s) 时减少降水超过30%。由Ro与能见度关系的定量分析发现, 当能见度在14 km时Ro为1.8左右, 随着能见度的降低Ro逐渐减小, 当能见度小于8 km时,R0约为1.2, 减小了30%左右; 华山对于华阴的Ro与能见度呈线性关系, 相关系数达0.81。最后, 根据研究结果归纳出气溶胶抑制秦岭地区地形云降水的初步物理模型。     

内蒙古中部地区云气候学特征及降水云垂直结构特征分析

文章利用2013年内蒙古中部地区呼和浩特、东胜、临河、乌拉特中旗4个高空观测站的L波段探空秒数据,采用相对湿度阈值法,进行云垂直结构气候学特征分析以及降水云系的垂直结构分析。结果表明:呼和浩特地区平均云底高度为2680m,平均云顶高度为6433m,平均云厚为3753m。在全年中有60.2%的时间是无云天气;在有云时候,单层云约占24.1%;多层云中以双层云居多,约占总数的10.1%。云底高度低于2.5km、云层厚度在3.5km以上、云顶高度高于5.0km且连续无夹层是内蒙古中部地区降水云系的垂直结构特征。     

气溶胶对秦岭山脉地形云降水的影响

以华山站为影响站,其周围华阴、渭南、西安为对比站,通过对影响站与对比站降水之比--地形强化因子(Ro)的变化趋势以及Ro与能见度变化关系的分析,研究了气溶胶对秦岭地形云降水的影响.结果表明:有观测以来Ro逐年递减,1980年后Ro递减更快,减幅达20%;Ro的减小趋势与能见度递减、气溶胶递增相吻合,说明气溶胶的增加抑制了地形云降水;华山1980年后的年平均雨量比1980年前减少了15%,达132mm,而平原地区的减少量不超过3%(16mm).分析气溶胶抑制地形云降水的物理过程发现,Ro的递减主要是减少了中小雨(日雨量小于30mm)的天数,而对大于30mm的降水影响较小,说明气溶胶对浅薄的生命期较短的地形云降水的抑制作用更明显;在以动力强迫抬升为主的春秋季,气溶胶对地形云降水的抑制作用明显强于平原地区,1980--2004年间降水减少了20%～30%;在热力作用下,气溶胶对地形云降水的抑制作用与平原地区相当.     

中天山北坡云与降水的气候特征

使用1980年以前中天山北坡的地面气候资料及个别水文站的气候资料，通过对这一地区特殊气候条件下的云与降水的气候特征进行分析研究，评估这一地区的人工增雨潜力和可行性?分析研究表明：地形的作用对中天山北坡的云和降水分布有重要影响，在暖季地形对降水的影响是非常突出的，而在冷季地形影响并不甚明显；暖季在山区有极丰富的地形云资源和优越的降水条件；盛夏的山区是实施人工增雨首选的季节和地带。     

祁连山地形云试验区自然地理和气候特征

对祁连山地形云民乐试验区的降水时空变化及夏季降水、云和风向的日变化进行分析发现,试验区降水随海拔升高由北向南递增,在祁连…北坡实测最大年降水量511 mm,出现在海拔2500 m的瓦房城.全年7月降水最多,6～8月降水量占年降水量的57%.夏季风向日变化明显,以山谷环流为主,白天多为NW风.夜间为SSE风,午后谷风使水汽向祁连山北坡汇集,气流抬升形成对流云,故山区16:00～20:00降水频率最高,有两个雨峰分别出现在午后和半夜,与低云量和积云、积雨云的日变化对应.近50年的气候变化表明,年降水量呈上升趋势,春、夏、秋季降水量均为上升趋势,冬季则下降.1957～2004年有两个枯水期,两个丰水期,1998年至今处于丰水期.年降水量和年径流量最大熵谱图分析表明,4.8年和3年周期较显著,民乐年降水量和莺落峡年径流量熵谱图对应较好,还存在9年的振动周期.     

山东省冬春季低槽降水云系云水资源分析

对 1 999～ 2 0 0 1年冬春季山东省 1 6次小～中雨 (雪 )低槽降水过程系统结构配置、云水资源及增雨潜力进行分析。结果表明 :冬春季低槽降水过程云中水资源与低槽结构及影响时段有关 ,自然降水效率有地区差异。鲁西南增雨潜力最大 ,为80 5 % ,鲁中和半岛增雨潜力较小 ,分别为 6 2 3 %和 6 2 4%。     

六盘山地形云人工增雨技术试验设计

六盘山脉地处青藏高原东部延伸地带,连接秦岭,南北逶迤200 km,分水岭平均海拔2500 m,最高主峰海拔2942 m。六盘山南部重叠的峡谷是泾河的主要发源地,另外还有两条河流均发源于此。六盘山山脉形成的“南北走向山墙”对于不同类型的天气过程而变得复杂,特别是地形云形成过程中水汽场、气流场受山脉地形的影响形成了独特的地形云特征。为此,在西北人工影响天气能力建设工程中增加研究试验项目,开展地形云自然降水研究和人工增雨试验。在地面人工增雨作业能力、人影作业指挥系统、云物理试验基地等方面开展试验,提供或验证工程设计,解决各项建设任务在实施和运行中存在的技术难点和有关问题,实现工程所建各项设备设施的科学应用,发挥工程建设的最佳效益。介绍了六盘山地形云人工增雨技术试验情况,包括外场试验设计、试验方案、试验过程和初步的试验结果。试验结果获得了六盘山地形云分类和强对流发展规律,能够为中部、东南、西南等区域人工影响天气能力建设工程提供站点位置设计、调整提供技术依据。     

冬春季山东降水预报中的几个难点问题

分析了山东冬春季上游整片降水区一分为二和上游分片降水区合二为一的环流形势特点及预报着眼点。论述了高原槽生成的环流背景及用△Ｈ２４来确定高原槽存在的意义。     

青藏高原冬、春季植被特征及其对西南地区夏季降水的影响

本文利用西南地区96个气象台站1982-2001年夏季(6-8月)月平均降水资料和归一化植被指数(GIMMS NDVI)资料,分析了青藏高原冬、春季植被特征及其对西南地区夏季降水的影响,得到以下几点认识:青藏高原冬、春季植被呈现东南部覆盖较好,逐渐向西北部减少的特征.近20 a来,高原冬、春季植被总体呈增加趋势,其高原中西部、南部、北部增加明显,而南部侧边界和中东部呈减少趋势.相关分析和奇异值分解表明:高原冬、春季植被对西南地区夏季降水有较明显影响,且这种影响也存在一定的区域差异.高原前期植被变化可以作为西南地区夏季降水长期预报综合考虑的一个参考因子.     

祁连山南麓夏季地形云特征及山谷风影响分析

利用门源、祁连气象站2004—2013年6—8月逐时常规观测资料,分析了地形云的日变化特征,结果表明:两站夏季总、低云量的日变化呈现双峰型特征;层积云和积雨云的日变化呈反相特征。层积云出现频率最高在清晨,积雨云在午后至傍晚出现频率最高;门源站层积云出现频率高于祁连站,而祁连站积雨云出现频率高于门源站。两站山谷风环流特征明显,风速最大值出现在午后,最小值出现在清晨;门源站谷风控制时间长于山风,祁连站山风控制时间长于谷风。两站积雨云出现时间与山谷风风速最大值出现时间之间具有对应关系;有天气系统影响时形成的积雨云,持续时间较长,降水较多;仅由地形风及热力、湍流作用形成的积雨云,持续时间较短,降水较少。层积云的形成有3种类型:第1种由高层云演变而来;第2种由积雨云对流发展受到抑制而形成;第3种由局地山谷风环流形成,云的形成与山谷风环流以及边界层日变化特征相关。     

祁连山夏季两类地形降水过程的环流特征及成因分析

祁连山地区的降水与大尺度环流系统和复杂地形强迫形成的地形云发展变化有关。本文利用多种观测资料对2018年发生在祁连山地区过程降水（2018年7月19-20日,CASE1）和地形云降水（2018年8月28日,CASE2）两类降水过程进行天气学分析,并利用高分辨中尺度数值模式WRFV3.8.1对两类降水过程的数值模拟结果分析了有关物理参量和发展机制等方面的差异。结果表明：CASE1是在有利的大中尺度条件下形成的降水过程,它的形成是大尺度环流系统和局地地形共同作用的结果,CASE2没有明显的大尺度环流系统,主要是由局地地形诱发的降水过程;CASE1具有水汽供给充足,降水发生前大气中层结明显不稳定、对流有效能量大(1064.84 J·kg^-1)、水平风的垂直切变强（27.6 m·s-1）、理查森数（Ri）小于0和垂直上升运动强烈等特点,这有利于产生大范围持续性的降水过程;而CASE2过程中的层结较CASE1的稳定,MCAPE的最大值为546.15 J·kg^-1,约为CASE1的一半,水平风垂直切变最大值为17.37 m·s-1,远小于CASE1的值,...     

祁连山春季一次层状云降水的雨滴谱分布及地形影响特征

祁连山是青藏高原东北部重要的生态屏障和冰川与水源涵养生态功能区,是黄河流域重要水源产流地,但针对该地区的云和降水过程研究很少。本文利用祁连山地区11个Parsivel2雨滴谱仪的观测数据,研究了祁连山地区春季一次层状云降水过程的雨滴谱分布及地形影响特征。此次降水过程主要受短波槽影响,降水时空差异较大。雨滴谱观测数据表明,此次降水过程的雨滴等效直径（D_m）较小,雨滴谱数浓度（N_T）与D_m随海拔高度升高分别呈增加和减小的趋势,低海拔站点logN_w（N_w为雨滴谱截断参数）和D_m分布有着明显的层状云降水特征,而整个祁连山地区在同样D_m下有着更低的N_w。低海拔站点由于碰并和小雨滴的蒸发,有着更少的小雨滴（＜1 mm）和更多的大雨滴,而高海拔站点由于距离云底较近或位于云内,云滴尺度小且浓度大,D_m随R（R为降水强度）增大变化趋势不明显。M-P分布和Gamma分布在低海拔站点的拟合效果要优于高海拔站点,相较于Gamma分布,M-P分布对高海拔站点的小雨滴和大雨滴浓度有一定的高估和低估,因此更适用于高海拔站点雨滴谱的描述。对比于低海拔站点,高海拔站点的μ–Λ（μ、Λ分别为Gamma分布的形状参数和斜率参数）关系与相关研究的结果较为接近,但在Λ较小（＜40 mm?1）时拟合结果较为接近。受海拔高度与云底的相对位置和地形的影响,祁连山地区的Z–R（Z为雷达反射率因子）关系与其他地区或研究有着较大的区别。     

北京城区冬春季过氧化氢浓度变化特征

大气过氧化氢（H₂O₂）是一种重要的光化学产物,也是硫酸盐气溶胶生成及降水酸化过程的关键氧化剂。然而,我国对H₂O₂的观测研究较少,尤其对雾霾期间H₂O₂浓度变化特征认识不足。该文介绍了冬春时段（2016年12月-2017年4月）在北京城区中国气象局的H₂O₂观测结果,并结合同期O₃,PAN,NO_X,PM_2.5等污染物和气象要素观测数据,分析H₂O₂浓度变化特征与影响因素。观测结果表明:观测期间H₂O₂体积混合比（简称为浓度）为（0.65±0.59）×10-9,其中,春季浓度（0.83±0.67）×10-9高于冬季浓度（0.51±0.47）×10-9;H₂O₂平均日变化基本呈现单峰特征,峰值出现在18:00-21:00,比其他地区峰值出现稍晚,并滞后于O₃峰值时间4~7 h;相对湿度对H₂O₂日峰值时间和浓度水平有影响,小于55%时日峰值出现于18:00-24:00,平均峰值浓度1.52×10-9;大于65%时日峰值出现于11:00-16:00,日峰值浓度均小于1×10-9。H₂O₂,O₃和PAN虽然同属光化学产物,但在不同污染状况下浓度水平和变化趋势差异明显;H₂O₂清洁日峰值浓度高于污染日,但11:00-15:00污染日浓度略高于清洁日。     

祁连山夏季地形云结构和云微物理过程的模拟研究(Ⅱ): 云微物理过程和地形影响

本文是祁连山夏季地形云结构和微物理过程模拟的第Ⅱ部分.文中利用第I部分中祁连山夏季两个地形云降水个例的模拟结果, 详细分析了地形云及其降水发展期间云微物理过程的特征及变化, 并通过与平坦地面条件下模拟结果的对比, 研究了云发展过程中的地形影响.研究表明, 地形云中微物理过程的发展受地形影响很大, 冰相微物理过程明显增强;地形影响下云的主要降水机制也受到影响甚至被改变.     

祁连山夏季地形云结构和云微物理过程的模拟研究(II):云微物理过程和地形影响

本文是祁连山夏季地形云结构和微物理过程模拟的第II部分。文中利用第I部分中祁连山夏季两个地形云降水个例的模拟结果,详细分析了地形云及其降水发展期间云微物理过程的特征及变化,并通过与平坦地面条件下模拟结果的对比,研究了云发展过程中的地形影响。研究表明,地形云中微物理过程的发展受地形影响很大,冰相微物理过程明显增强;地形影响下云的主要降水机制也受到影响甚至被改变。     

2003年春季陕西省层状云降水的雨滴谱特征

文章给出了陕西省春季（2003年）层状云降水雨滴谱部分特征,这些特征与降水天气系统密切相关。降水产生于混合云,各层系统配置适当,有较厚冷层云和相接的暖层云,雨滴数浓度大可达10³m^-3,雨滴谱较宽可达0.32 cm。反之数浓度较小(10²m^-3,谱较窄（0.22 cm）。其中直径0.1 cm以下雨滴谱约占总浓度的80%以上,而对雨强的贡献小于20%。0.1～0.2 cm雨滴是雨强的主要分量,它平均占48%～77%。雨滴谱多数呈非单调下降分布,三参数分布n（D_i）=n₀D^αe^-λD明显优于指数分布n（D_i）=n₀e^-λD。     

云凝结核浓度对不同弗罗德数下形成的地形云和降水的影响

云凝结核(CCN)对云和降水的影响除与其物理化学性质密切相关外,还受到气象条件的影响,但此类研究较少。文中基于WRF中尺度数值模式,引入了表征大气层流速、层结稳定度和地形关系的湿弗罗德(Fw)数,研究揭示了CCN浓度的变化对不同Fw下形成的地形云和降水的影响。研究表明,当Fw≤1,接近临界流时,地形阻挡起主要作用,地形抬升和重力波作用主要发生在迎风坡一侧,主要形成层状云和向上游传播的浅对流波状云,降水主要发生在靠近山顶的迎风坡一侧。在此种情况下,CCN浓度升高对地形云和降水影响较小,当CCN浓度由100 cm~(-3)增至1000 cm~(-3)时,云滴含水量增大,但雨水含量减小,说明云粒子向降水粒子的转化效率降低,CCN浓度升高抑制了暖雨过程。但在云发展后期,云滴被上升气流带至高层形成过冷云滴,与雪粒子发生碰并形成霰粒子,使冰相物理过程有所增强。CCN浓度升高可导致20 h累积降水量减少10—15 mm,约减小7%—8%;当Fw1时,CCN浓度升高会导致20 h地形云累积降水量减小超过50%,最大达到96%,导致地形云几乎不产生降水,而且降水量峰值位置向山顶后移动5—10 km。研究表明,降水显著减小的原因不仅与CCN浓度升高有关,过山气流产生的背风坡焚风效应也起了非常重要的作用。由于CCN浓度升高形成了大量云滴粒子,使雨滴形成效率显著降低,不能形成降雨的大量云滴被强过山气流快速带至下游背风坡区,由于背风坡下坡气流的绝热加热形成的焚风效应很显著,导致云滴和雨滴快速蒸发,使降水显著减小。这一结果可以解释在落基山脉、以色列及中国华山发现的地形降水减小30%—50%的现象,说明气象环境条件在气溶胶影响降水中起重要作用,污染气溶胶与背风坡焚风效应产生的叠加效应可造成地形云降水显著减小。