乌鲁木齐地区暴雨云场研究

研究了乌鲁木齐地区夏半年暴雨过程的环境云场特征，以及直接影响乌鲁木齐地区的对流云团发生、发展与大尺度环境云场之间的关系，并对暴雨过程的物理量场特征进行了分析。     

基于卫星辐射率资料的两种三维云反演方法对比研究

基于格点统计插值分析系统（Gridpoint Statistical Interpolation analysis system,简称GSI）,利用粒子滤波（Particle Filter,简称PF）方法对卫星红外辐射率资料进行了云覆盖、云高等三维云图产品的反演研究。选取了具有高时空分辨率的静止卫星GOES（Geostationary Operational Environmental Satellites）-Imager辐射率资料进行了云反演试验,初步评估了PF云反演方法的可行性及其与多元极小残差（Multivariate and Minimum Residual,简称MMR）云反演方法的异同。结果表明:两种方法反演得到的云覆盖和云顶气压与NASA基于CO₂切片法反演得到的GOES云产品一致性较高。PF和MMR方法反演产品的优点是云图信息是三维分布的,相对于NASA提供的GOES云产品能提供更全方位立体的云信息。MMR方法需要利用一维变分逐步拟合观测来反演三维云图产品;PF方法采用不同模式垂直层的云覆盖比例作为不同粒子来近似后验概率分布,计算效率大大提高。进一步提出了一种新的基于“扰动粒子”的粒子滤波云反演方法,结果表明:在滤波过程中采用足够多的粒子样本（样本数量约为250）可以改进后验概率密度函数的估计,有效地避免了粒子发散问题,改善了云反演的结果。     

根据GMS-IR观测资料推断的大尺度云场分布及其季节变化

本文利用GMS-IR云图资料研究了90°E-170°W,50°S-50°N范围内云的分布和云季节变化的大尺度气候学特征.定量描述了自1984年6月至1986年6月3年间(1984年6月除外)云顶高度在700hPa以上的大尺度云场分布及其季节变化.通过算得高云量(云顶高于400hPa)与高、中云量(云顶高于700 hPa)的比率以及考察被云覆盖的1°×1°区域内云顶高的标准差研究了云顶高度和云型的分布和季节变化. 研究结果表明,最大云量(～4/10)区分布在150°E以西的热带,次大云量(3/10～4/10)区分布在中纬度的气旋路径带,最小云量(1/10～2/10)区在副高附近.年平均云顶高度在热带高于中纬度.在两半球中纬度的气旋路径带上,云顶高度差异悬殊:最低纬度气旋路径带上的平均云顶高度大大高于其他气旋路径带上的平均云顶高度. 热带季风区内云量的年变化很大(2/10～4/10).此外,在热带季风区大陆及其邻域(大约1000km以内)冬季云顶高度明显降低.这表明在冬季深对流活动在那里受到强烈抑制,可因冷流而加强的强对流活动限于远离大陆的区域.在冬季,自中国南方至日本这一副热带季风区也可观测到云顶高度的降低.在中国南方和东海,云顶高度大的季节变化伴随着云型显著的季节变化:暖季为深厚对流云,冷季为层状中云.除了热带和副热带季风区,深厚对流云在夏季亚洲大陆上甚至可出现在50°N的较高纬度且高云量增加达2/10.这与澳大利亚大陆明显不同,在那里除热带季风区外,全年高云很少(～0.5/10).     

云场中云簇的测量

使用云分割法和最近累积分布函数法，通过蒙特卡罗模拟和陆地卫星资料研究了云覆盖频率与云簇型式的依赖关系。     

强降水云物理过程的三维数值模拟研究

利用改进的三维完全弹性强对流云模式,模拟了1998年7月21日晨发生在武汉附近的特大暴雨个例,结果显示,该模式模拟得到的降雨量与实测接近,计算得到的雷达回波强度最大值也与实际观测相一致,说明该模式对实际对流性强降水具有较好的模拟能力.在此基础上,通过冷云和暖云两种不同情况的比较分析,研究了云微物理过程在强降水形成过程中的作用.模拟结果表明,详细云物理过程的考虑对深入理解武汉这次强降水的形成过程是有意义的.该个例雨水的形成主要是暖雨过程,冰相微物理过程对该对流性强降水过程的发展和演变有重要的促进作用.在形成雨水的冷相过程中,霰的融化及其在0 ℃层下碰并云水形成雨水的过程是主要的.模式云在0 ℃层附近存在明显的雷达回波亮带,亮带中间含有强回波核和及地下挂回波.分析表明,这种强回波核和下挂回波的产生主要是由于冰相粒子在0 ℃层融化形成的,融化的冰相粒子与云滴碰并又加速雨水的产生.在这些融化的冰相粒子中,贡献最大的是霰粒.文中还分析了该强降水暴雨云维持长时间强降水的云物理机制.在低层大气温暖高湿和环境风切变有利条件下,倾斜上升气流和下沉气流之间的准稳态结构可能是暴雨强降水得以长时间维持的重要原因.     

强降水云物理过程的三维数值模拟研究

利用全弹性三维冰雹云数值模式,对2016年6月5日河南三门峡单体雹云个例进行模拟,将催化防雹的方式、时间、区域、剂量指标动态化组合形成81种方案,从而更高效、更精细地探究能够产生显著防雹效果的作业指标值域,探究催化防雹作业指标的最佳组合方案。结果表明：（1）减雹效果显著的催化方式、区域、剂量非固定单一指标,而催化在雹云初期内越早越好;催化防雹的显著效果取决于适合冰雹个体的各催化作业指标的优化组合。在雹云形成最早期,使用合理值域内的最大剂量对过冷水含量中心进行垂直催化,可使减雹效果最显著。（2）催化防雹后降雹量的减少转化为降雨量的增加,总降水量随之增加。（3）霰转化成冻滴、雹粒撞冻过冷云水增长二者的减少是冰雹时空积分总量减少的重要因素。（4）试验获得的8种减雹效果显著方案,其冰雹含水量极大值较未催化方案均减少80%;催化防雹对冰雹含水量极大值的分布位置影响很小。

     

用EOF方法对夏季低纬云场的初步分析

近年来,EOF(经验正交函数分析)方法已成为多变量分析的一种常用方法,在天气、气候分析中被广泛应用[1-3]。经验正交函数没有固定的函数形式,其图形是由场本身决定的,且少数几项就能逼近原场,这些特点为场分析提供了有利条件。     

云系模式研究:云场的宏微观结构模拟

用计算物理方法设计构造了一个云系模式,并用一个实例作为初始场进行了模拟,模拟的云场宏观特征与实况观测比较一致,微观结构比较合理,配套的模式输出数据处理和绘图程序包能给出云系的点(粒子谱)、线(垂直廓线)、面(结构剖面)、体(云场,云型,云量,云系形状)的多维宏微观结构的云场图象。     

基于探空云识别方法的云垂直结构分布特征

云的垂直结构特征作为云重要的宏观特征之一,直接决定了云的类型,进而通过发射和吸收辐射的方式影响着地气系统的能量收支平衡,因此对云垂直结构特征的研究一直都是云物理研究的一个重要方向。作为观测云垂直结构特征的一种方式,探空气球通过获取沿路径方向高分辨率的廓线信息,采用一定反演方法从而能够较为准确的识别云的垂直结构。本文即利用我国业务布网探空站的观测资料,采用相对湿度阈值法识别云垂直结构,并同激光云高仪、“风云四号”静止卫星和毫米波云雷达对识别的云结构特征量进行了一致性检验。在此基础上,统计分析了2015～2017年单层、两层和三层云的垂直结构分布特征、日变化和季节变化特征以及全国区域分布特征,结果表明:（1）整体分布上,单层云在垂直方向上出现的高度范围介于多层云的高度范围内,并且随着云层数的增加,云在垂直方向上更为伸展,即高层云越高,低层云越低;（2）在日变化中,中午单层和多层云中最低层云的云底高度均高于早晨,而夜间单层和多层云中最高层云的云顶高度则高于早晨和中午,同时中间层云厚的变化要小于最上层和最下层云厚的变化;（3）在季节变化中,夏季云量较其他季节更多,云体发展也更为深厚,表明温暖的大气条件更有利于云的形成和发展;（4）我国云垂直结构分布特征具有明显的纬向变化趋势,从以青藏高原为中心的西南地区的云底较高云体较薄的云,逐步过渡到以东南沿海地区为中心的云底较低云体较为深厚的云,表明不同地形和气候带的差异与不同云类型的分布直接相关。     

GRAPES全球模式云方案的诊断研究

在对GRAPES全球预报系统(GRAPES_GFS)云预报性能进行诊断评估的基础上,对凝结(华)和蒸发等物理过程及对流卷出对云的影响过程进行改进和优化,旨在提高GRAPES_GFS云量及其特征量和降水的预报精度.通过研究GRAPES全球模式、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)和美国环境预报中心(NCEP)全球模式中3种...     

9914号台风降水云系雨强的三维结构初探

利用TRMM卫星的测雨雷达资料，研究了9914号台风降水云系在3个不同时次雨强的水平和垂直结构。结果表明：3个时次层状云降水在像素数量上及对总降水量的贡献上均比对流性降水大；3个时次层状云降水和对流性降水的平均雨强均随台风强度加强有较大的增幅；对流性降水与层状云降水的雨强的垂直廓线有明显的差别，但两类降水廓线本身在3个时次差别不大。对流性降水廓线按斜率不同大致分为3段，雨强均随高度减小，5～6km高度段减速最快。层状云降水廓线大致分为4段，在4．5km高度附近出现明显的亮带结构。     

祁连山云系云微物理结构和人工增雨催化个例模拟研究

改进了胡志晋、刘奇俊的云物理方案,并实现了与GRAPES模式的耦合;利用包括了新云物理方案的GRAPES模式对祁连山地区一次山区云降水过程进行了数值模拟,研究了祁连山地区云系的微物理结构,并开展了人工催化的数值试验研究。结果表明：（1）耦合的双参数方案能够较好的模拟此次降水范围、强度及云场分布的特点和规律;（2）新方案给出了祁连山云系的合理微观结构和它的特征;（3）播撒冰晶可以增加降雨,在云初始阶段播撒增雨范围较广,在云发展阶段播撒增雨范围较集中;（4）播撒冰晶后,云的动力结构发生了改变。     

石家庄地区一次秋季冷锋云系垂直微物理结构的观测研究

利用2008年10月4～5日石家庄一次降水性层状云系的飞机探测资料,结合实时天气、卫星、雷达等资料,分析了降水过程的天气背景条件、降水初期云中的液态含水量、云粒子平均直径和粒子谱等要素的垂直分布与变化特征,以及云系的垂直微物理结构。结合云中冰雪晶二维粒子图像的增长和地面降水特征,初步探讨了该层状云系降水形成的物理机制。...     

利用Ka波段云雷达对青藏高原三类重要天气系统云宏观参数日变化特征的研究

青藏高原上空云宏观参数的日变化受大尺度环流、当地太阳辐射和地表过程的联合作用,对辐射收支、辐射传输及感热、潜热的分布等有重要影响。由于缺乏持续定量的观测,对各类天气系统云宏观参数日变化特征的了解还十分不足。多波段多大气成分主被动综合探测系统APSOS（Atmospheric Profiling Synthetic Observation System）的Ka波段云雷达是首部在青藏高原实现长期观测云的雷达。本文基于2019年全年APSOS的Ka波段云雷达资料,采用统计和快速傅里叶变换方法研究了西风槽、切变线和低涡三类重要天气系统影响下的有云频率、单层非降水云或者降水云非降水时段的云顶高度、云底高度和云厚日变化的时域和频域特征,得到了统计回归方程。主要结论有:（1）西风槽系统日均有云频率为56.9%,切变线系统为50.8%,低涡系统达73%。（2）尽管西风槽和切变线系统的成因不同,但两类系统云宏观参数的日变化趋势和主要谐波周期相似:日变化趋势基本为单峰单谷型,日出前最低,日落前最高。有云频率表现为日变化和半日变化,单层云云顶高度、云底高度和云厚主要表现为日变化。（3）低涡系统云宏观参数的日变化特征与前两类系统明显不同:日变化趋势表现为多峰多谷型,虽然有云频率和单层云云顶高度、云底高度主要谐波中均以日变化振幅最大,但频谱分布分散,云厚主要变化中振幅最大的是周期为4.8 h的波动。（4）得到了各系统有云频率、单层云云顶高度、云底高度和云厚日变化的统计回归方程。     

基于三维分解的大尺度垂直环流变化特征分析

通过探讨大尺度大气环流表示方法的数学变换，提出了三维分解方案，在全球范围内统一处理热带和中高纬度的环流，并依此对垂直环流进行方差分析。结果表明，垂直环流以季节变化为主，亚洲季风区是全球垂直环流季节变化的强信号区，年际变化的强信号区位于热带中太平洋。     

基于组网天气雷达的台风定位方法探讨

利用组网天气雷达格点反射率因子确定登陆台风的中心位置,根据台风的反射率因子表现出对称特征,提出一种简单的定位方法——相关法,该方法具有较高的时间分辨率,能对临近登陆台风连续定位.通过2008年台风“黑格比”与2009年台风“天鹅”两个实例验证了该方法的可行性.结果表明:该方法能较好地确定台风中心位置,以中央气象台给出的...     

兰州地区秋季层状云垂直微物理特征分析

利用PMS云粒子测量仪器和机载温湿仪测得的2001年9、10月份在兰州中川机场上空的5次天气过程的层状云垂直探测资料,分析了秋季Cs-As-Ns和Ac-Sc结构层状云温度,云粒子浓度、粒子直径、液态含水量及云粒子谱的垂直分布特征,用N阶Γ函数对云粒子谱分布进行了拟合,选出最优化拟合参数,并指出逆温层相对于温度0℃层的位置和逆温强弱对云滴的微物理特征的分布和降水形成有显著的影响。     

一次多层云系云物理垂直结构探测研究

利用飞机PMS探测数据、雷达回波资料和FY-2卫星云图,分析了2009年6月四川盆地上空一次未形成地面降水的多层云系。结果表明,云系为Cs-As2-As1-Sc2-Sc1结构,夹有干层。云系中暖层厚,过冷层很薄。液态含水量随高度分布很不均匀,出现多个峰值。云系中液态含水量主要由小云粒子浓度决定,并且存在大量的小云滴、一...     

祁连山区夏季总云量的气候变化与异常研究

利用祁连山区周围34个测站的1961-2000年6—8月总云量资料，采用EOF、REOF、谱分析等方法，分析了40a来祁连山附近夏季总云量的空间异常特征和时间变化规律。结果表明：EOF的前3个主成分的累积方差占总方差的78％左右，可以较好地反映夏季总云量整体异常结构，即主体一致型、东南和西北变化相反型、东北和西南变化相反型。REOF的前3个主成分的累积方差占总方差的74％左右，前3个载荷向量场可以较好地代表夏季总云量的3个主要异常敏感区：祁连高原区、祁连东南区，河西走廊东部区，其相应的代表站是野牛沟、永登和民勤站。用代表站的资料分析3个异常区总云量的时间变化，其演变具有不同的趋势，但有相同的20a和10a周期。     

对转压气机三维掠动叶优化设计

为探索三维掠动叶降低对转压气机二次流损失的潜力,进一步提高对转压气机气动性能,基于近似函数与遗传算法,针对某对转压气机双排转子在整机环境下进行三维掠动叶优化设计,并对优化前后流场进行对比分析。优化成功的得到了双排“S”形掠动叶,结果表明:三维掠动叶有效改善了双排动叶吸力面径向二次流,减小了吸力面低速区,提高了对转压气机性能,优化工况点整机效率提高0.6%,全工况范围内效率均有所提高;三维掠动叶提高对转压气机效率的根本原因是其对径向负荷分配的重新调整,将叶展下方流动较差区域负荷移至叶展上方,改善流场的同时保证对转压气机负荷不变。 