水汽瞬态相变的激波管实验研究进展

从激波管内水汽瞬态相变实验研究的角度出发，探讨利用激波管理论及实验技术应用于人工影响降雨、消雹所涉及的云雾瞬态相变问题。首先介绍利用激波管研究水汽瞬态相变的概况，并介绍一些特殊激波管及实验状态的控制。然后介绍激波管内水汽相变过程研究的测试原理及方法。最后讨论在研究爆炸方法进行人工降雨、消雹和自然闪电、雷击等问题时，应用激波管理论及实验技术进行实验研究爆炸作用于云雾等微物理过程的方法和内容     

基于CloudSat-CALIPSO资料的全球不同类型云的水平和垂直分布特征

云是天气与气候变化的重要影响因子,准确估量云顶高度和云量对分析云特性、降水及强天气预报、估算云辐射强迫等都具有重要意义。利用2006-2010年6-8月CloudSat卫星搭载的微波云廓线雷达（CPR,简称微波雷达）和CALIPSO卫星搭载的云-气溶胶偏振激光雷达（CALIOP,简称激光雷达）的探测资料,分析了全球云顶高度及云量的空间分布特征。结果表明,热带地区微波雷达探测云顶高度平均比激光雷达低约4 km,但均超过12 km;副热带洋面云顶高度在4 km以下,且两部雷达探测的云顶高度差异存在地域性。微波雷达对薄云、云砧及云顶高度低于2.5 km的低云存在漏判,对厚云的云顶高度偏低估;微波雷达探测的全球总云量均值为51.1%,比激光雷达少23.3%;两者给出的云量分布也存在显著的海-陆差异,其中洋面云量差异更大,如微波雷达测出局部洋面云量为80%,而激光雷达的探测结果却超过90%。由于激光雷达发射波长短,对云顶微小粒子比较敏感,而微波雷达波长较长,对相对较小粒子的探测存在局限性。因此,激光雷达对云顶高度的探测优于微波雷达。此结果不仅加强了对激光雷达和微波雷达探测原理的认识,而且进一步理解了云的气候特征。     

近40年我国暴雨的年代际变化特征

概要回顾和总结了中国暴雨的卫星光谱遥感、被动微波遥感及主动微波探测的国内研究成果,并对卫星主被动仪器遥感研究中国暴雨的趋势进行展望。在卫星光谱遥感研究暴雨方面,学者们充分利用了红外通道亮温,监测暴雨云团发展变化,并结合再分析资料、雨量计观测结果、天气模式等,进行了很多具有应用价值的研究。在被动微波研究暴雨方面,主要将被动微波亮温结合变分同化系统,开展改善天气模式预报能力的研究,而很少利用被动微波多通道亮温来反演暴雨云参数。在卫星测雨雷达探测研究暴雨云结构方面,主要开展了暴雨降水结构的个例分析研究、暴雨强度及频次时空分布的统计分析研究。卫星多仪器与地基多仪器、模式资料、地面站和探空站等数据的综合应用,在未来暴雨监测及暴雨机理研究等方面将发挥重要作用;卫星多仪器遥感信号结合辐射传输模式和高分辨率云模式,可望未来获得暴雨云团内的大气动力学参数、大气热力学参数和云参数。

     

中国东部夏季持续性降水日变化在淮河南北的差异分析

本文利用1961—2006年我国285站观测的逐时降水数据,分析了中国东部不同地区夏季平均降水日变化随降水持续时间的变化特征. 虽然整个东部地区都表现为短时降水峰值较一致地出现在下午17时左右,持续较长时间降水在清晨前后发生峰值降水,但持续性降水日变化的平均峰值时间以淮河为界存在显著南北差异. 北部地区的持续性降水峰值主要出现在02—06时前后;南部地区的持续性降水峰值时间出现在06—10时. 无论是降水强度或频次的日变化峰值的南北差异均较明显,但降水强度差异更为突出,且主要表现在持续性强降水中. 进一步分析发现：一方面北部地区持续性强降水开始时间较南部地区更早;另一方面,北部地区降水从开始到峰值经历的时间更短. 最后,对持续性强降水峰值时间南北差异的可能原因进行了初步讨论.     

东亚季风研究的进展

降水所释放的潜热是驱动全球大气环流主要的能量来源,是太阳能向大气热动力能转化的重要途径。准确测量降水云中各高度层的潜热释放率是人类长期努力而未实现的目标。本文阐述了降水潜热在气候系统水循环和能量平衡中的重要意义,以及已有的对热带降水潜热垂直结构的理解和共识,并介绍了遥感降水及其潜热三维结构的主要卫星计划和传感器。特别分析了卫星遥感降水潜热的两大类方法,即查表法和物理反演法。对美国宇航局的CSH算法、日本空间局的SLH算法以及中国科学技术大学的VPH算法的原理做了较为详细的介绍,着重分析了不同算法的思路、特点、适用性和不确定性。

     

暴雨和中尺度气象学问题

目前人们对超级单体云团降水回波结构的认知仍有限。本文采用GPM (Global Precipitation Measurement) 卫星搭载的测雨雷达DPR (Dual-frequency Precipitation Radar)和微波成像仪GMI (GPM Microwave Imager)的探测结果,结合FY-4A静止卫星多通道扫描成像辐射计(AGRI)的热红外10.8 μm通道观测结果、探空站的温湿风观测结果及欧洲天气预报中心再分析数据,利用雷达回波剖面和回波反射率因子概率密度随高度分布的方法,分析了2018年5月重庆地区超级单体云团的降水结构特征。结果表明：该超级单体云团由西北向东南运动的冷空气与暖湿空气交汇而引发;超级单体云团内存在对流降水和层状降水等次尺度系统;强降水区位于云贵高原与四川盆地交界处至盆地的西南部;超级单体暴雨云中冰相粒子多;对流降水的回波顶高度超过12 km,且最大回波强度多数位于地面上空4-5 km;对流降水比层状降水拥有更高的降水粒子浓度,而粒子大小却小于后者;对流降水的粒子尺度随着高度下降而明显增大,反映了其明显碰并增长过程。

     

一次西南低涡特大暴雨的中尺度对流云团特征

利用热带测雨卫星(TRMM)探测资料和ERA5再分析资料,研究了2006年7月6日发生在青藏高原东坡的一次强降水过程,并在此基础上分析了青藏高原东坡夏季(6—8月)的降水结构特征。研究结果表明：青藏高原东坡较强降水个例发生在低层辐合、高层辐散的降水环境背景场中,雨带呈东北-西南分布,最大降水强度超过20 mm·h^-1。对流降水回波顶高超过17 km,层状降水回波顶高低于15 km,6.5 km高度存在亮带,且外形也似非高原地区的层状降水垂直结构。统计分析表明在高原东部偏南区、高原东部与四川盆地交界区南部的夏季降水频次高,而在高原东部偏北及四川盆地的降水频次、对流和层状降水频次均比上述地区小;多年夏季的日均降水量分布大体与降水频次分布类似。降水反射率因子的垂直结构具有地域性特点,高原东部偏南和偏北区的回波垂直结构相似,因受到地形高度的压缩,其降水垂直结构与非高原地区的不同;而高原东部与四川盆地交接区的降水垂直结构外形,介于高原与非高原之间;四川盆地的对流降水和层状降水垂直结构与中国东部平原及热带副热带洋面的相近,但层状降水的亮带高度高出1 km。

     

GPCP与中国台站观测降水的气候特征比较

文中利用GPCP降水资料和中国大陆740个台站雨量计降水观测结果,分析研究了1980-2000年中国大陆范围内两者的异同.平均降水率分布结果表明:在中国台站雨量计分布密集地区(100°E以东)两者的多年年平均、季平均和月平均降水率分布具有很好的一致性,即均能表现自春季至冬季中国大陆降水分布自东南向西北伸展,然后向东南后退的气候变化特点.对长江中下游、华北、东北、西南的降水距平随时间的变化分析表明,两者的月距平随时间变化也具有很好的相似性,相关系数均超过0.8.差异分析还表明,由于中国降水季节性变化和台站雨量计密度不均匀,造成春秋冬三季节GPCP和台站雨量计之间的差异较小,而夏季差异较大.总体上GPCP有过高估计降水率的趋势.在GPCP逐月降水资料既能很好地反映出100°E以东中国大陆降水的气候分布,又能很好地表示出上述地区降水量异常变化的基础上,我们利用GPCP降水资料对青藏高原和中国大陆西北地区西部降水分布及变化进行了分析.结果表明20世纪80年代前期青藏高原西部降水偏多,而90年代后降水量减少;中国西北地区降水总体偏少,但没有明显的变化趋势.     

准全球6—8月雨粒子谱和降水反射率因子分布特征分析

获得准全球雨粒子谱(DSD)特征对研究降水具有重要科学意义,并在测雨雷达探测反演降水中具有重要应用价值。利用2014—2020年6—8月美国航空航天局(NASA)戈达德飞行中心(GFSC)提供的2ADPR数据以及欧洲天气预报中心再分析数据(ERA5),分析了准全球DSD参数(粒子中值直径D₀、粒子浓度参数dBNw)和降水反射率因子(PRF)的三维结构特征,并对不同纬度带及青藏高原地区DSD参数和PRF三维结构特征的区域差异及海陆差异进行了对比和讨论。结果表明：DSD参数D₀和dBNw的空间分布型不同,表现为dBNw大值区(>35)具有小D₀(<1 mm),而dBNw低值区(<30)具有大D₀(>1.2 mm)。近地面各纬度带上陆地平均D₀均大于洋面,但平均dBNw均小于洋面,且热带及北半球地域的海陆差异很大。PRF的垂直分布主要由D₀决定,dBNw为次要因子。D₀平均垂直分布廓线表明大、中、小降水粒子的主要微物...