台风“云娜”在近海强度变化及结构特征的数值研究Ⅰ:云微物理参数化对云结构及降水特征的影响

首先对AREM模式模拟的台风基本结构和云结构进行验证,检验了模拟结果的可靠性.在此基础上,设计了5组试验来研究云微物理参数化方案对台风"云娜"云结构及降水特征的影响.试验设计主要突出冰相云微物理过程、云微物理特征引发的冷却效应以及霰下落速度的重要性.结果表明:云微物理参数化过程对云的发展和降水特征的影响更为显著.各试验的水凝物分布和强度不同,降水类型和强度存在较大差异,由此引起的云中热力结构也有较大区别;在所有试验方案中,24 h降水率最大差异为52.5 mm/h.云微物理过程对云和降水特征的具体影响表现在:(1)如果不考虑雨水蒸发冷却效应,此时台风内核上升运动强度最强(达到-19 Pa/s),雨水和霰粒子增长最明显,相对于对照试验增量分别为1.8和2.5 g/kg.(2)霰和雪的融化对于螺旋雨带中雨滴的增长十分重要,但他们可能不是云墙中雨水形成的主导因子.(3)不同方案的降水模拟特征也存在较大差别,采用暖云参数化后,降水区域最小,但其中对流降水比例最大(63.19%);霰落速减半后,降水区域最大,其中非对流降水比例也最大(51.15%).     

热带测雨卫星测雨雷达探测的亚洲夏季积雨云云砧

热带测雨卫星(TRMM)测雨雷达探测产品资料中"其他"类型降水一直被忽略,它具有什么物理含义也无从知晓。文中利用个例分析和统计分析方法,对10年夏季亚洲"其他"类型降水进行了研究。个例分析结果表明"其他"类型降水的平均廓线表现了积雨云云砧特征,其廓线峰值(约0.6—1.0 mm/h)高度位于8—10 km,且云砧顶部具有0.8以上的可见光平均反射率和低于215 K远红外平均亮温;根据个例中积雨云云砧廓线特点,文中定义5 km以上各层累计降水率大于1 mm/h为云砧廓线,对亚洲夏季积雨云云砧样本进行了统计,结果表明该地区夏季云砧样本占"其他"类型降水样本总数的近70%;统计结果还表明夏季亚洲积雨云云砧出现频次为0.1%—0.4%,它至少超过对流降水频次的十分之一,亚洲云砧出现频次的特点是陆面高于洋面;云砧的结构特点表明云砧平均厚度3—4 km,其底部高度约6 km,顶部高度在10—12 km;云砧的平均可见光反射率在0.8—0.9,远红外平均亮温低于220 K。     

热带地区云量日变化的气候特征

利用国际卫星云气候计划（ISCCP）1984—2003年共20年云量资料,统计分析了热带地区的云量日变化特征,研究结果表明,云量峰值时间和变化幅度在全球的分布都较为均匀,而海陆差异明显。高云和低云在变化机制上相对独立,其云量日变化并非同步。全球云量日变化由4类基本形式组成,分别为洋面高云型、陆面高云型、洋面低云型和陆面低云型。高云日变化与地表辐射加热状况密切相关,其形式在洋面和陆面类似,均为早晨出现云量最小值而午后到达云量峰值。相比于洋面,陆面高云的峰值在夜间持续时间较长,可发展至更为稳定深厚的云系。低云多在局地5时附近出现云量峰值,18时左右达到云量极小值,其中陆面低云在12时出现第二峰值。     

格点尺度对TRMM微波成像仪云水数据的影响

选取热带测雨卫星(Tropical Rainfall Measuring Mission,TRMM)微波成像仪(TRMM Microwave Imager,TMI)液态水路径(liquid water path,LWP)轨道像元数据为研究对象,探讨了将瞬时探测以及逐月的像元数据进行格点化(0.1°、0.25°、0.5°、1.0°和2.5°五种格点分辨率)时,格点数据的失真情况。对TMI瞬时探测的个例分析结果表明,细分辨率(0.1°、0.25°和0.5°)格点能保留原始像元数据的细节;而随着网格变粗,细节受到较大的平滑。因此对于中尺度到天气尺度的天气系统分析而言,将卫星轨道数据处理到网格尺度不大于0.5°的格点更合适。对逐月LWP像元资料格点化处理的分析表明,细分辨率格点能保留LWP空间分布细节,尽管5种分辨率下LWP的概率密度分布(probability density function,PDF)均相近。因此,对月尺度及以上的气候分析研究而言,格点尺度大小对卫星像元数据格点化的影响不显著。最后利用本实验室计算的TMI/LWP格点数据与欧洲中期数值预报中心再分析资料(European Centre for Medium-range Weather Forecasts Interim reanalysis,ERA-Interim)和NCEP再分析资料(NCEP Climate Forecast System Reanalysis,NCEP CFSR)进行了对比,发现两种再分析资料都高估了LWP;TMI/LWP格点数据与两种再分析资料LWP的多年变化趋势大致相同。     

利用热带测雨卫星的测雨雷达资料对1997/1998年El Ni?o后期热带太平洋降水结构的研究

利用热带测雨卫星的测雨雷达(TRMM PR)的探测结果,对1997/1998年 El Ni(n)o后期热带太平洋的降水结构进行了研究,并对比了非El Ni(n)o的1999年和2000年的同期降水情况,取得如下结果:(1)1997/1998 El Ni(n)o后期与非El Ni(n)o期间相比,1997/1998 El Ni(n)o后期,热带东、中太平洋层云降水和对流云降水的比例明显增大、平均降水率也增大,并且层云强降水的比例增多,而层云弱降水比例减少.(2)在非El Ni(n)o期间,热带东、中太平洋对流云降水系统较为浅薄,冻结层高度比西太平洋低约0.5 km;而在1997/1998 El Ni(n)o后期,这种差异明显减小,热带东、中太平洋对流云降水和层云降水都变得深厚;对流云降水和层云降水的降水率随高度的变化也发生了变化.(3)对大气环流的分析表明,对应于降水结构的变化,热带太平洋地区的高空辐合辐散分布也发生了改变,导致Walker环流在1997/1998 El Ni(n)o后期减弱.     

激波管内水汽相变滞后效应的实验研究

本文研究了激波管中稀疏波、反射稀疏波对水汽-空气混合气体作用的非定常瞬态相变过程。利用两种不同波长光束的消光方法对水汽相变过程进行了测试。结果表明:水汽非定常瞬态相变发生的温度远远低于出现于自然大气中的凝结或冻结温度，混合气体膨胀越强，水汽瞬态相变的温度越低。非定常瞬态膨胀时的压力迅速下降是水汽瞬态相变温度远远低于自然大气中水汽相变温度的主要原因。水汽瞬态相变过程中，生成的微滴尺度均匀，但微滴的数密度却随时间发生变化。     

饱和湿大气Brunt-V3/4is3/4l3/4频率及修正的相当位温

实际大气中受扰动的饱和气块发生凝结后 ,凝结水会部分脱离气块。以前研究饱和湿大气的Brunt V is l 频率 (N2 m)没有考虑凝结水的部分脱离 ,相当位温 (θe)也忽略了饱和气块的混合比的作用。文中针对这些不足 ,在假设饱和空气中只存在气液转换条件下 ,推导出液态水部分脱离气块的、更符合实际情况的N2 m 表达式和修正的饱和湿大气θe 表达式。新的N2 m 表达式增加了部分脱离气块的液态水的作用项 ,新的θe 表达式中包含有饱和气块的混合比 ,并对有关的表达式分别作了讨论和比较     

GPCP和TRMM PR热带月平均降水的差异分析

文中利用GPCP(Global Precipitation Climatology Project)和TRMM(Tropical Rainfall Measuring Missio) PR(Precipitation Radar)资料,分析了1998～2002年热带地区月平均降水的差异及其主要原因.结果表明,GPCP和TRMM PR资料能一致地反映热带降水的主要分布特征,但降水的强度和范围存在着差异;两种资料的差异与雨强有密切关系;平均而言,洋面上的降水差异(0.5 mm/d)大于陆地上的差异(0.1 mm/d).微波发射信号(SSM/I E)的反演结果对洋面降水的高估和地面雨量计的缺乏,是造成两种资料间差异的主要原因.分析结果还表明,洋面上GPCP降水相对于PR降水的最大概率差异随雨强增大呈线性增大;陆地上这种差异则呈非线性关系.文中最后还利用最大概率函数对1979～1997年GPCP气候平均降水的误差进行了分析.     

用TRMM卫星探测资料对"卡努"台风云系不同阶段特征的分析

本文利用TRMM卫星测雨雷达、微波成像仪探测结果,结合FY-2c卫星云图和浙江路桥多普勒雷达探测结果,对“卡努”台风活动的大尺度大气环流背景、不同阶段云系特点及云中冰、水结构进行分析,以了解台风云系中冰、水的分布和变化,为进一步揭示台风云系变化规律和提高对台风强度及路径的预报能力做了有意义的尝试。     

利用MODIS和CERES遥感数据研究青藏高原的云辐射强迫效应

准确估算青藏高原的云辐射效应,对分析该地区的近地面感热通量十分重要.本文首先利用加权平均方法,分别将中分辨率成像光谱仪(MODIS)、测云雷达(CPR)和云与地球辐射能量系统(CERES)的像元数据进行融合.利用这些数据,分析了青藏高原上多云个例(2017年5月5日)与少云个例(2017年8月2日)情况下的可见光通道和...