用雷达垂直累积液态含水量资料预测冰雹

通过对雷达垂直累积液态含水量的资料进行总结、分析，阐述了垂直累积液态含水量的大小和面积与对流性天气的关系。并且利用多元回归的方法，建立了预报方程。     

一次强降雹过程中垂直累积液态含水量的特征分析

利用探空资料对垂直累积液态含水量(VIL)进行了分层,并分别计算出0℃层上、下两层的VIL值以及这两层的比值。再利用VIL、分层VIL以及VIL比值分析了2006年7月24日发生在山西阳泉的一次冰雹过程,发现在冰雹发生前后VIL、分层VIL以及VIL比值有明显的规律可循,这对冰雹天气的短时临近预报以及对冰暴灾害的防御有重要指导意义。     

青藏高原东北侧雹云单体最大垂直累积液态含水量的演变特征及其在降雹定时判断中的应用

以3D-Barnes方案插值的新一代天气雷达反射率因子等高平面资料,用垂直累积液态含水量(Vertically Integrated Liquid Water Content,简称:VIL)的理论模式计算雹云单体在演变过程中的VIL、用MAX函数逐个提取最大VIL(简称;VILmax),采用统计和分段函数处理技术,对2004-2005年5-8月青藏高原东北侧的16个雹云单体的VILmax的演变特征及其与地面降雹的时间关系进行详细分析.结果表明,(1)雹云单体出现降雹时所需的VILmax存在明显的时空差异,但同一雹云单体在演变过程中其VILmax均存在"爆发式增长"和"爆发式降低"现象;(2)雹云单体在首次降雹前4个资料时间间隔(22 min)内其VILmax将出现2次"爆发式增长"现象,出现第1次"爆发式增长"现象时地面不会降雹,维持1-2个资料时间间隔(5-11 min)后出现第2次"爆发式增长"现象时地面开始降雹;同一雹云单体再次降雹时没有第1次"爆发式增长"现象,出现"爆发式降低"现象时地面降雹停止;(3)通过个例总结并定义的雹云单体最大垂直累积液态含水量变化率(简称:GVILmax)的"正(负)峰"现象与VILmax的"爆发式增长(降低)"现象所对应的时间完全吻合,且利用GVILmax "正(负)峰"现象识别雹云单体"爆发式增长(降低)"现象具有明显的指示意义;根据雹云单体GVILmax "正(负)峰"现象与地面降雹的时间关系建立的经验公式计算降雹的时间误差在1个资料时间间隔(5-6 min)内.     

利用新一代天气雷达资料反演云体含水量

利用多普勒天气雷达探测的反射率因子Z与含水量M的Z-M经验关系式,反演云体含水量。计算域定为以雷达站为中心、水平边长为150 km的正方形格点域,垂直高度为30 km,分辨率是1 km×1 km×1 km。通过对2006年4月11日发生在湖南长沙的一次飑线过程的分析,利用反演软件计算该飑线云体的含水量分布,构建了CAPPI和VCS及整层VIL(垂直累积液态含水量)3种显示方式。反演结果与实测的雷达基本反射率产品、雷达CAPPI反射率产品、垂直积分液态含水量产品对比分析表明,反演的含水量分布及中心位置与雷达产品结果吻合,且利用Z-M经验关系式反演的含水量M反映了含水量的三维分布,较雷达VIL产品更能显示真实的含水量状况。     

双线偏振多普勒天气雷达遥测降水强度和液态含水量的方法和精度研究

利用雨滴谱的Г分布和散射计算模式,研究了C波段双线偏振多普勒天气雷达遥测降水强度、液态含水量和识别降水粒子相态的方法,给出了利用反射率因子ZH、差分反射率因子ZDR、差传播相移KDP反演降水强度和液态含水量的三种公式以及这三个物理量的关系公式,并从雨滴谱的变化和雷达测量误差两方面比较了几种方法的测雨精度.结果表明:雨滴谱在很大范围变化时,利用ZDR和KDP可以很好地反演出降水强度和液态含水量,它受滴谱分布的影响不大,它的探测精度优于(ZH,ZDR)方法.单参数KDP方法优于传统的Z-R关系方法.同时给出的ZH与ZDR和KDP关系公式也基本不受雨滴谱变化的影响,它可以用于降水粒子相态的识别.双参数方法的测量误差主要来源于雷达测量ZDR和KDP的误差,特别是KDP的误差,改善KDP的测量误差是发挥双线偏振多普勒雷达探测降水强度或液态含水量潜力的关键.     

陕西冰雹实例垂直累积液态含水量指标分析

利用2005年5月30日和8月1—3日陕西4次冰雹过程的多普勒雷达产品中垂直累积液态含水量(QV IL)资料,分析了14个回波中心与实况对应关系,初步得到降雹的QV IL指标:在多普勒雷达回波图上,雷达探测范围50~150 km内,QV IL≥50 kg/m2会出现降雹,QV IL≥60 kg/m2时可出现大冰雹,QV IL最大可达80 kg/m2;降雹前后,QV IL值一般都较大;QV IL大值区对冰雹落区及强度有较好的指示作用。分析还发现距离雷达50 km以内、150~200 km的范围,雷达回波对QV IL值估计过低,这些区域QV IL≥25 kg/m2时,就有可能产生冰雹,应用时要注意订正。     

VIL产品在人工防雹中的应用

利用西安多普勒雷达垂直累积液态含水量（VIL）产品及地面实况资料,分析2005--2006年渭南19个典型雹日的VIL回波特征。得出指标：VIL值的变化可以应用于预测降雹;降雹时VIL值在50kg／m。以上;一般在降雹前VIL值有明显的“跃增”;VIL值的迅速减小会给本地和下游地区造成雷雨大风冰雹天气;在距离雷达较远的合阳、韩城VIL值可信度较低。这些指标的应用对强对流天气的临近预报和有效开展人工防雹作业具有指导意义。     

冰雹云垂直累积含水量密度与降雹大小的关系研究

垂直累积含水量（Vertically Integrated Water Content,简称：VIWC）包括单位底面积的垂直柱体内固态和液态水质量的总和,是以3D—Barnes方案插值的新一代天气雷达反射率因子等高平面资料,假定固态和液态水滴反射得到的反射率因子都满足由液态水滴引起的经验导出关系,将垂直积分改为离散求和的方式进行计算的。利用VIWC与云体高度之比计算垂直累积含水量密度（Vertically Integrated Water Content Density,简称：VIWCD）,用MAX函数逐个提取冰雹云在降雹时段内的最大VIWCD（简称;VIWCDmax）,采用统计和回归处理技术,对2004—2006年兰州新一代天气雷达监测到的54例冰雹云在降雹时段内VIWCDmax与地面最大降雹直径之间的关系进行了分析。结果表明：最大冰雹直径相同的冰雹云内部雹胚竞食成雹粒的数密度在降雹时段内基本相当,雹粒尺度是影响雷达反射率因子的重要因素,它决定了冰雹云的雷达回波强度和地面降雹的大小;冰雹云VIWCDmax与地面最大降雹直径之间存在函数式（6）的关系;冰雹云倾斜结构和雷达扫描模式是影响（6）式效果的2个重要因素。     

较强降水过程云内液态含水量的分布特征初析

本文应用我台７１３雷达数字化处理系统，对１９９３年几次较强降水过程的云中液态含量水的分布特征作了初步分析．结果表明，液态水含量的多少对降雨强度有一定的但非决定性的作用；就较强降水过程而言．云中液态含量水随着季节的不同、影响系统的差异，而有不同的分布特征。     

常规数字化天气雷达体扫资料的处理应用

主要讨论通过数字化终端获得立体扫描（ＶＯＬＵＭＥＳＣＡＮ）资料及由此导出ＣＡＰＰＩ、ＶＩＬ、ＶＣＳ,多层透视ＰＰＩ等产品的有关处理技术及产品应用等问题。     

利用垂直积分含水量估测降水

讨论了垂直积分含水量 ( QVIL)在估测降水中的实际应用 ,并首次针对其他常规方法做了较为详实的对比实验将 QVIL与 PPI、CAPPI资料在估测降水中的应用进行了对比分析。最后 ,将 QVIL的估测降水结果与雨量站实测资料进行了比较。     

应用多普勒天气雷达资料分析强对流天气的垂直廓线特征

利用石家庄多普勒天气雷达资料,对2004-2007年的22次冰雹和39次短时强降水天气过程中的各要素进行了对比分析.结果表明:在单体对流云和积层混合型对流云中,冰雹回波的强度、高度均强(高)于短时强降水,并且单体对流云型冰雹和短时强降水的回波强度和顶高均强(高)于积层混合型,积层混合型对流云出现短时强降水比例高于冰雹.在回波中层,短时强降水主要为偏东风和偏南风,冰雹主要为偏西风、偏北风;冰雹平均风速大于短时强降水,在3～6 km的高度风速显著增加.强对流天气出现前均呈现低层辐合,高层辐散;都有较强的上升运动,在天气过程出现后冰雹的下沉运动更强;当高层辐散量大于低层辐合量时,对流云发展加强,反之减弱.     

大气物理学

基于采样间隔为2 min的湖北省高速公路交通气象站观测资料和微波辐射计资料,对2014年1月29—30日发生在湖北省一次强浓雾过程的大尺度环流背景、温度、相对湿度、液态水含量以及水汽密度等要素的演变特征进行了分析。结果表明,这次大雾的发展演变可以分为三个明显的阶段：大雾的形成阶段,气温与路面温度降低,能见度下降,且下降速率明显;大雾的发展增强阶段,气温与路面温度变化平稳,能见度不足百米;大雾的消亡阶段,气温与路面温度升高,能见度上升,大雾消散。大雾产生在特定的大气环流背景下,微波辐射资料分析表明,近地层逆温是大雾产生的重要条件,它的演变与大雾的生消发展有着较好的对应关系。大雾的形成到发展增强阶段,水汽密度明显从近地面逐步向上增加,液态水含量数值增大,相对湿度饱和区高度抬升,大雾厚度变厚,雾浓度变大,能见度下降;大雾的消亡阶段,液态水含量、水汽密度明显减小,相对湿度饱和区高度降低,大雾厚度变薄,雾浓度减小,能见度上升。

     

一次冰雹过程的多普勒雷达资料分析

20022年6月16日，一次多单体强对流天气影响太原及周边地区。利用多普勒雷达回波资料分析了这次强对流天气过程，着重对冰雹云在其强度PPI、速度PPI、距离高度显示RHI上的回波特征进行了分析，并且利用垂直液态含水量分析了冰雹云增长的定量和定性的特征。通过分析总结出了冰雹云回波所具有的一般特点。2003年的汛期马上就要到来，这些分析结果，将为今后判别冰雹云和人工消雹提供依据。     

一次降水过程云液态水和降水演变特征的综合观测分析

利用IP/WVP-3000地基微波辐射计、多普勒雷达结合卫星及地面雨量计等多种遥感观测资料,对2007年6月30日北京地区的一次积层混合云降水过程的云液态水和降水的分布及演变特征进行了综合观测分析。分析表明:降水开始前,辐射计液态水含量有明显增加,地面降水的产生滞后于液态水含量增加一段时间,利用这种现象,可用于提前预测云系正处于降水产生的发展阶段,应用于人工增雨作业。在相同时间对同一位置进行探测的雷达和辐射计资料显示,雷达回波垂直分布趋势与辐射计液态水的垂直分布趋势有着较好的对应关系。此外空中液态水分布,特别是低层液态水的分布,与地面降雨的产生有着直接的关系。     

水分子结构模式及液态固态水若干特征成因探讨

水是包括海洋大气在内的地球生态系统中极重要又有很多特殊性的物质。其特性的成因尚远非清晰。本文提出一种水分子(H_2O)结构及其固态液态水体的结构模式,探讨和模拟计算了其若干特征的成因,结果能较好符合实测值。(1)从氢(H)氧(O)原子结构和电子绕各原子核及相互绕行规律的等概率随机轨道中实现符合库伦力和开普勒运动规律的优势轨道耦合成平均状态稳定的准刚性的水分子结构。其核心是O原子与等距离分立其两侧的2个H原子构成的等腰三角形,其间距平方之比(H-H)_2/(H-O)_2=2.5;电子云活动空间为1个由4个等边三角形为面构成具有6个等长稜的正四面锥体结构水分子模式(可简称"水分子正锥体模式");该模式具有很大电偶极矩。(2)水分子的端点间在约0.27 nm距离内可以按"+""-"电荷吸引原则耦合。6个水分子将按正、负电荷对接耦合,连接成六边环形"壁"的"笼式隧道空间",可容纳其他物质,无电荷显示,电导率极地。(3)在空气中0℃以下凝结冰晶时三维不对称,"薄片"的雪花形成概率更大,其形态也按自相似原则体现了水分子结构的六角六边六针形的特征。(4)液态水分子维持固态水冰的"冰/水笼"结构模式,但由于2个氢原子上的电子同时到达1个"-"电荷端的概率为1/11,当0℃以上部份水分子能摆脱框架水分子束缚后,可以再耦合一个从框架上"脱落"的"自由水分子"使其进入水笼,从而水容积缩小;固体冰和液态水的密度之比为11/12=0.916 667。自由水分子和水笼框架上的水分子可以随时互换(在10-5s时间尺度上),并适应固体壁的形态,既是不可压缩,又有柔软、可变形特点;水在0~100℃时的空/占比达2.28,模式可解译高温高压的水汽中检测到2.16 g·cm-3,水热传导系数很大,比热容量很大,有"异常"的U形特点,且液态水的比热容量略大于固态水冰的热容量的1/2等特征。(5)讨论了水对O_2、H_2S、NaCl、KCl等的溶解度随温度变化的若干特征的成因和计算模式。通过NaCl饱和溶液实验,证实了本文模式。(6)与液态水体表面特征有关的特点及本文实际应用将在随后续文中讨论。     

PMP估算中大气可降水量计算方法的探讨

干旱区水汽变化影响区域水资源系统的结构和演变,基于2020年1月—2022年12月中昆仑山北坡地区4个地基GPS遥感大气可降水量资料(GPS-PWV)、2个探空站观测资料和108个地面气象观测站逐时水汽压资料,利用一元线性拟合方法建立了适用于中昆仑山北坡地区的大气水汽含量(W-PWV)和地面水汽压计算模型(W-e)并对计算结果进行评估,分析了中昆仑山北坡地区东段、中段、西段W-PWV的时空分布特征及降水开始时刻与W-PWV峰值的关系。结果表明：(1) W-PWV年平均高值区位于研究区西段,中段次之,东段沙漠南缘W-PWV最低。海拔高度大于1 500 m测站W-PWV随高度升高逐渐减少。夏季地面气象观测站平均W-PWV是春、秋季的2倍左右;(2) 研究区W-PWV月变化具有单峰型特征,其中海拔高度1 300~1 500 m测站的W-PWV在7月和8月达到峰值,其余测站的W-PWV在8月达到峰值,海拔低于2 000 m和高于2 000 m测站W-PWV分别在夜间和白天维持较高值;(3) 水汽含量模型计算的测站W-PWV与降水开始时刻有较好的对应关系,降水前各站W-PWV均存在不同程度跃变过程,降水过程前1~2 h内W-PWV峰值达到测站W-PWV月平均值的1.5倍以上。

     

邢台市大气水汽及云水变化的降水前兆分析

利用MWP967KV型地基微波辐射计及红外观测仪探测数据,对邢台市2016年发生降水前的水汽含量(IWV)、液态水含量(ILW)和云底高度变化特征进行了分析.结果表明,云底高度的持续明显下降提前约1h于IWV的明显升高,IWV的明显增加提前约1h于ILW的明显升高;IWV呈持续增加时间≥3h且IWV≥4.00cm,IL...     

基于CA-FCM方法的飞机增雨效果检验及分析

采用河南省2013—2017年飞机增雨作业资料,利用CA-FCM方法进行增雨效果检验,以探究CA-FCM方法在河南区域飞机增雨效果检验中的合理性及适用性,并分析相对增雨率与季节、检验物理量、垂直积分液态含水量之间的关系。结果表明：CA-FCM方法应用于河南省飞机增雨效果检验,能够获得定量而合理的增雨效果。多数作业相对增雨率0%—40%,少数作业存在减雨效果。研究中春季、夏季、秋季相对增雨率分别为20.8%、22.4%、-22.6%。春季、夏季飞机增雨效果明显优于秋季,一半的秋季增雨作业呈减雨效果,这可能与作业云层可播性条件有较大关系,春季、夏季云层可播性条件优于秋季。显著性检验表明,65%的作业增雨效果显著。增雨作业区域的垂直积分液态含水量越大,相对增雨率显著增加。具有“作业前回波30—50 dBz”、“作业云层尺度较大”条件的作业,易产生一定增雨效果;作业云层回波20—30 dBz,易产生减雨效果;回波强度及面积的维持或增强对增雨效果有明显贡献。     

新一代天气雷达产品在南疆冰雹天气中的分析及应用

利用南疆阿克苏新一代天气雷达CINRAD/CC的基本产品和导出产品,分析了阿克苏一次冰雹过程的环流背景、环境因子以及冰雹云多普勒天气雷达的回波特征,发现中等强度的垂直风切变和弱回波区是此次冰雹天气的重要特征,并得出垂直累积液态水含量、回波顶高和FY-2C定量产品的简明预报判据,为南疆地区冰雹的临近预报提供了依据。