人类活动对气候影响的研究Ⅱ.对东亚和中国气候变化的影响

系统总结和介绍了20世纪90年代以来作者所开展的有关人类活动对东亚和中国气候影响的一系列研究活动.其中包括温室气体辐射强迫及其气候效应,大气微量气体的全球增温潜能,对流层和平流层气溶胶的辐射气候效应,气候系统外部因子对中国气候影响的总体评估,人类活动对中国和东亚地区未来气候变化的影响,以及20世纪和21世纪东亚及中国的气候变化.同时给出了一系列研究成果,这些研究成果对于正确认识和准确预测东亚地区以及中国气候变化具有十分重要的意义.     

结合毫米波雷达提取降水条件下风廓线雷达大气垂直速度的研究

风廓线雷达主要是利用大气湍流对电磁波的散射作用,在晴空条件下对大气风场等进行探测。在降水天气下,风廓线雷达能同时接收到大气湍流回波和雨滴的散射回波信号,其探测到的回波功率谱中降水信号谱和大气湍流信号谱叠加在一起,使得大气的运动被雨滴的运动信息所掩盖,给后续的大气风场反演带来误差。而毫米波云雷达在降水天气下仅能探测到云雨粒子的回波而无法探测到大气湍流回波,基于这一差异结合毫米波云雷达资料对风廓线雷达功率谱数据进行订正,剔除其中的降水回波信息,进而获取正确的大气运动垂直速度。通过一次典型弱降水天气过程的雷达资料对该方法进行了可行性验证,并将计算得出的大气垂直速度与传统双峰法提取的大气运动垂直速度及原始风廓线雷达垂直速度进行了对比分析,显示在弱降水天气下该方法能有效消除降水对风廓线雷达垂直速度测量的影响,提高弱降水天气下测速准确率,并且在湍流谱极其微弱的情况下该方法也能准确地获取到大气运动垂直速度信息。但是云雷达回波在降水时会有衰减,虽然是弱降水也会导致在高层距离库上的订正效果变差,故目前只适用于弱降水时低距库处的降水订正。      

青藏高原对流云的偏振雷达观测研究

利用可移动式C波段双偏振雷达（C-POL）,以及那曲新一代天气雷达（CINRAD/CD）于2014年7月30日和8月5日在西藏那曲地区的观测资料,并通过双多普勒雷达风场反演、偏振雷达相态识别,清晰展示了这两次高原冰雹云发生发展的动力、微物理、热力结构特征。结果表明:青藏高原地区的对流云多在午后出现,水平及垂直尺度不大,但是对流云发生频繁、生消快,一般持续几十分钟。从RHI扫描的水平偏振反射率因子（Z_H）、差分反射率因子（Z_DR）,以及反演的相态（Class）分布上可以明显看出,粒子跟随"0线"抬高,不断增长,回波强度也越来越大,并最终超过主上升气流从另一侧降落,形成冰雹墙的整个动力与微物理过程。从连续时次的RHI上还观测到一次对流单体发生、发展过程中相态从湿雪到冰雹的变化,单体刚刚触发时,回波高度不高,强度还很弱,但是却出现成片的湿雪区域,说明上升气流非常旺盛,将本来落到0℃层以下的未完全融化的湿雪重新带到0℃层以上,通过凝华、凇附、攀附等物理过程,仅仅10多分钟,这些湿雪就能够迅速增长成为冰雹。这些湿雪重新凝结过程中,释放潜热,进一步促进了不稳定结构,加强了上升气流和下沉气流。因此,如果某个刚刚生成的弱回波区域内,在融化层以上出现大量的湿雪,往往预示着该区域上升气流强劲,会迅速发展成强回波单体。      

NASA/Goddard长波辐射方案在GRAPES_Meso模式中的应用研究

本文将NASA（National Aeronautics and Space Administration）/Goddard长波辐射方案引入到GRAPES_ Meso（Global/Regional Assimilation and PrEdiction System_Meso）模式中,对2006年4月中国地区进行了一个月的模拟试验,并与相应的NCEP（National Centers for Environmental Prediction）再分析资料进行了对比分析。试验结果表明:在模拟区域内,使用GRAPES_Meso模式进行24 h、48 h预报得到的晴空大气顶向外长波辐射通量（the clear sky outgoing longwave radiation flux,OLRC）、地面接收到向下长波辐射通量（the clear sky downward longwave radiation flux at ground,GLWC）分布形势与NCEP再分析资料具有较好的对应关系;模式预报24 h、48 h OLRC和NCEP再分析资料月平均误差百分比控制在－10%～＋10%以内,GLWC月平均误差百分比比OLRC略大,但总体上两者误差都在合理和可接受范围之内。OLRC和GLWC 24 h、48 h的预报和NCEP再分析资料的逐日距平相关系数及标准误差的对比显示,模式24 h预报OLRC、GLWC的距平相关系数月平均值分别为0.96、0.98,标准误差月平均值分别为24.54 W m-2、27.23 W m-2;模式48 h预报OLRC、GLWC的距平相关系数月平均值分别为0.9521、0.9804,标准误差月平均值分别为22.43 W m-2、27.64 W m-2。总体上,模式24 h、48 h预报OLRC和GLWC的距平相关系数都在0.93以上,标准误差都在31 W m-2以内,且GLWC预报和NCEP再分析资料的相关性比OLRC略好,OLRC预报与NCEP再分析资料的的标准误差比GLWC略小。通过和RRTM长波辐射方案对比可知,两者的预报水平基本一致。本文研究结果表明,引入NASA/Goddard长波辐射方案后的GRAPES_Meso模式整体上能够较好地预报OLRC和GLWC,该辐射方案可以作为模式GRAPES_Meso的备选辐射方案之一。     

一次东北冷涡天气过程双偏振雷达降水粒子相态识别

本文利用双偏振天气雷达资料,对2019年6月7-9日辽宁地区一次东北冷涡强对流天气过程进行分析。分析了东北冷涡的演变过程以及双偏振雷达的偏振参量在降水粒子相态识别中的作用,研究了不同判别规则对模糊逻辑算法识别结果的影响。结果表明：双偏振雷达的偏振参量可以对水凝物的种类、空间分布、物理形态进行大致判断,但水凝物相态识别结果仍需细化。模糊逻辑算法在强回波区域的识别结果更准确,采用不同的判别规则得到的水凝物分类结果虽存在一定差异,但在大部分观测区域的分类结果基本一致,符合天气演变规律,能够为气象预报预警提供鉴别参考。具有广泛时间、空间适配性的模糊逻辑算法,仍需大量实测案例数据的验证与仿真。     

单多普勒雷达反演涡旋风场方法分析

由于单雷达在探测台风临近、登陆时仍具有双部或多部雷达难以具备的优势,目前利用单多普勒雷达反演涡旋风场的方法并不多见,本文对能够反演涡旋风场的3种方法NIVAP(自然坐标系的积分VAP方法)、EVAPTC(反演热带气旋的EVAP方法)、GBVTD(地基速度追踪法)进行了比较,分别从每种方法的假设条件和数学方法以及结果精度来比较3种方法对涡旋风场的适用性。利用中尺度气旋Rankine模式模拟了纯涡旋性气旋、只有环境风场时、环境风场和辐合(辐散)同时存在时的径向速度场及风场,比较了各种情况下的反演风场和模拟风场的相似系数。在对模拟风场比较之后,选取了2014年"威马逊"台风登陆前1h、登陆时及登陆后1h的3个实测雷达资料,对比分析了3种方法反演实测资料的风场特征,3种方法中EVAPTC方法最好,GBVTD方法在应用中有一定的限制,NIVAP方法较差。     

利用雷达回波自动识别锋线的方法

运用Matlab软件对冷锋过境的多普勒雷达径向速度进行模拟,运用合成切变估算方法,采用多普勒雷达获取的速度基数据资料,探讨了自动识别锋线的判据,并以动态链接库的方式进行了多普勒雷达锋线自动识别模块的工程设计。对2002年5月13日湖南省入汛后首场大范围暴雨过程进行自动识别处理,对比模拟结果表明该模块对此次过程中的锋线有较好的识别能力。     

冰雹云的多普勒天气雷达识别参量及其预警作用

使用宜昌多普勒天气雷达基数据资料,采用统计计算方法,分析了2004—2008年宜昌境内52块强对流云的特征。结果表明：（1）在宜昌地区,产生冰雹的对流云中其平均最大反射率因子均在50 dBz及以上;回波顶高均在9 km以上,最高达到22 km,其中80%的冰雹云的回波顶高在12～16 km之间;最大垂直液态含水量在50 kg.m-2以上的比例为76%;利用回波强度、回波顶高和垂直液态含水量均不能很好地辨别雹云和雷雨云,但可将这些参量作为冰雹发生的参考条件。（2）利用45 dBz回波顶高可较好地识别冰雹云,当强回波高度达到7.6 km时预示有冰雹出现,其临界成功指数达86%。（3）降雹前,强中心回波顶高会出现跃增现象,跃增后不久地面出现降雹,这一特殊现象有助于提前进行冰雹预警。     

太赫兹频段雷达探测的冰云微物理参数反演算法模拟研究

在假设冰云粒子呈球形以及粒子谱服从对数正态分布的条件下,利用离散偶极子近似法(DDA),计算出太赫兹频段(220 GHz)冰云粒子的雷达反射率因子,及其与瑞利假设下雷达反射率因子的比值。忽略衰减和多次散射的影响,根据太赫兹波段冰云的雷达反射率因子,基于最优估计理论反演冰云的微物理参数,并验证该算法的可靠性。反演结果表明,当冰云粒子大小在设定的尺度范围内时,有效粒子半径(r_e)的反演误差小于4%,粒子谱宽(σ)的误差小于2.5%、粒子数密度(N_T)的误差小于1%,冰水含量(IWC)的误差小于5%。还分析了当N_T和σ为定值时,反演结果随粒子尺寸的变化情况,当冰云粒子尺寸在模拟计算设定的范围内时,r_e的反演误差小于0.04%,σ的反演误差小于0.02%,N_T的反演误差小于0.50%,IWC的反演误差小于0.08%,如果冰云粒子大小超出模拟计算设置的范围,反演误差随着r_e增加而增大。该结果证明了基于最优估计理论反演得到的冰云微物理参数与模拟设定值有良好的一致性,说明该方法可应用于太赫兹频段云雷达的冰云观测及云微物理参数的反演和研究。      

山西一次降雪云物理特征的飞机观测研究

液态水含量（Liquid Water Content,LWC）是重要的云参数,对了解云微物理过程以及在人工影响天气效果检验等方面有重要的指导意义。针对已有研究的反射率因子（Z）与LWC经验公式适用范围有限的问题,利用2018—2020年飞机观测资料,在验证中国首部机载云雷达（Ka-band Precipitation Radar,KPR）探测能力和数据可靠性的基础上,采用分档平均方案,建立了适用于降水性积层混合云的Z-LWC经验公式（ Z) and LWC proposed in previous studies is limited. In this study, the reliability of the airborne Ka-band millimeter wavelength cloud radar (Ka-band Precipitation Radar, KPR) and cloud particle detection instruments are validated first. Cloud data collected by the radar and the particle instrument onboard airplane during 2018—2020 are then processed and smoothed within different cloud diameter ranges and radar reflectivity ranges to build a new Z-LWC relationship suitable for precipitating stratiform-convective cloud. The new relationship is 相似文献