河南省春季和秋季降水时空变化的特征研究

进行人工增雨作业和规划必须了解目标地区的气候背景,才能有较好的作业效果,因此根据河南省1971～2001年114个气象站点4月和10月的降水资料,采用具有分类显著性检验的聚类统计检验分析方法进行分区,并在此基础上对降水距平百分率、降水强度和雨日数等参数作分析,研究其各分区降水的时、空变化特征和演变规律.结果表明:(1)河南省4月和10月降水量和雨日数具有明显的区域性分布特征,均呈现北少南多、东北少西南多的特点;月平均降水量从北向南增大主要是雨日数从北向南的增加起决定性的作用,其中以中雨雨日数的增加起主导作用.(2)4月各分区降水量和雨日数的年际演变趋势均呈减少趋势;10月各分区的降水量呈减少趋势,但雨日数的年际演变呈现不同的趋势,个别分区强度较小降水(小雨和中雨)的雨日数呈增加趋势.(3)从旱涝年份情况上看,4月和10月各分区在31年中均以干旱、少雨年居多,并且均以无降水日、小雨雨日占多数.其中,4月河南省最北部的分区(分区1)和最南部的分区(分区5)是干旱年出现最为频繁的区域,其余分区干旱年出现的频数较接近;各等级强度降水的雨日数均以分区5最多,以分区1最少;10月河南最北部的分区(分区1)是旱涝年发生最为频繁的区域,其余分区旱涝年出现频数较接近,各等级强度降水的日数均以河南最南部的分区(分区4)最多,而分区1最少.这些结果对河南省开展人工增雨作业布局规划和人工增雨效果检验是有重要参考价值的.     

雹暴系统中单体相互作用宏微观物理过程研究

为探究雹暴过程中单体相互作用的演变特征,利用X波段双线偏振天气雷达和二维闪电监测数据,结合常规气象探空和ERA5再分析资料,分析了贵州威宁县2018年4月30日一次雹暴天气过程中单体合并特征。结果表明：本次雹暴天气主要受两单体合并影响,合并初期有“云桥”现象发生,两单体的强降水促进了连接处的增长;合并使对流系统整体加强发展,初期上升气流和下沉气流的相互作用使雷暴回波顶高降低;冰雹粒子在合并阶段呈现增长趋势,大值主要出现在合并结束前6 min和合并后6 min。本次天气过程中,负地闪频次占总地闪的94%;闪电频次在合并阶段出现跃增现象且达到峰值,较大的上升速度使得低密度霰和冰晶的增速超过高密度霰增速的5倍,低密度霰与冰晶粒子之间非感应碰撞是主要的起电过程;合并完成后,回波顶高下降,上升气流减弱,大粒子下落,受附近新生对流的影响,系统的霰粒子与冰晶粒子数短暂增加,闪电发生频次再次上升。     

区域闪电活动对地面相对湿度的响应

全球闪电活动表现出明显的地域差异,温度和湿度是造成这种差异的基本气象因素.本文利用美国全球水资源和气候中心提供的1995～2002年全球闪电资料和NCEP气象再分析资料,研究了区域闪电密度对地面相对湿度(RH)的响应.发现在平均相对湿度RH73%的经度带里,闪电密度与RH呈负相关;在RH>74%的赤道地区闪电活动与RH呈负相关, 而在RH<72%的中高纬地区闪电密度与RH呈正相关.得到结论：当地面相对湿度过大时,相对湿度的增加不利于闪电活动的发生;而当相对湿度较小时,相对湿度的增加有利于闪电活动的发生.地面相对湿度的临界值域约为72%～74%.此结论在不同经、纬度的几个典型区域均得到了验证,并探讨了过大的相对湿度抑制闪电活动发生的可能原因.     

一次冷涡天气系统中雹暴过程的地闪特征分析

利用地面雷电定位系统、多普勒雷达和卫星观测资料,对2002年6月1日山东地区冷涡天气系统下的3个雹暴过程的地闪特征进行了详细分析,结果表明,在同样的天气条件下,产生冰雹的3个强雷暴在不同的发展阶段表现出明显不同的地闪分布特征。通过云图和地闪资料的综合分析发现,地闪主要出现在云顶亮温低于-50℃的云区内,其中负地闪分布比较集中,且偏向云顶亮温水平梯度大的一边,而正地闪则分布比较分散。地闪主要发生在大于40 dBz的区域内,负地闪通常簇集在强回波区(大于50 dBz)或邻近区域,有时密集的正地闪也出现在强回波区或临近区域,但稀疏的正地闪通常发生在强回波外围10-30 dBz的范围内,属于稳定性降水区。结合地面降雹观测资料发现降雹发生在正地闪比较活跃的阶段,正地闪频数峰值略微超前降雹时刻。比较密集的正地闪发生,通常预示着强对流天气(如冰雹、大风等)的发生。强雷暴在发展旺盛阶段通常表现的低地闪频数,可能是由“电荷抬升机制”造成的。     

贵州威宁雹暴微物理特征的观测及数值模拟研究

利用位于贵州威宁雪山镇的X波段双偏振雷达,在观测资料质量控制的基础上,结合基于模糊逻辑的水凝物粒子识别算法(HID)以及中尺度数值模式WRF,对2018年6月28日贵州威宁羊街镇的一次强雹暴天气过程进行分析。结果表明：此次冰雹过程,观测识别与模式模拟结果具有较好的一致性,主要经历发展、成熟(孕育)、成熟(降雹)、衰减(消亡)四个阶段。(1)发展阶段：低密度霰(LDG)初生于-20℃层附近(5.0～6.8 km),是冰晶(CR)与周围过冷云水的凇附作用所致;高密度霰(HDG)初生于2.6～4.2 km,由聚合物(AG)凇附周围过冷云水所形成。(2)成熟(孕育)阶段：LDG、HDG以AG粒子为主要霰胚源进行凇附增长;雨夹雹(RH)初始形成在-20℃层附近(4.2～6.8 km),由周围少量HDG为雹胚源碰冻过冷云水所致。(3)成熟(降雹)阶段：LDG通过碰并作用大量形成,HDG产生有两种源项,一是由AG粒子(3.4～6.0 km)为高密度霰胚源的凇附作用,二是由上方的LDG粒子(6.8～9.3 km),因重力沉降作用,在下沉中撞冻过冷水所形成,并最终由HDG为主要雹胚源形成RH。(4)衰减...     

强对流天气过程中降水结构和雷电活动关系的研究

利用TRMM卫星等资料,运用统计与对比的方法,分析了川南的一次暴雨过程的闪电活动及其与降水结构之间的关系。结果表明,绝大多数闪电发生在对流区域,有少数闪电发生在层云区域,并进一步分析了两个时刻的MCS在6km高度处的雷达回波特征及其和闪电的关系,发现处于发展到成熟阶段的MCS绝大部分事件(闪电资料的一种)集中发生在MCS中的强对流单体回波区。对闪电与85.5GHz的亮温的研究表明,大多数闪电发生在低亮温值区域,负地闪在低亮温区域相对分散,在高亮温区域相对集中。     

黔西山区小槽触发类雹暴的诊断方法研究

利用探空资料、美国国家环境预报中心0.5°×0.5°逐6小时再分析资料、X波段双偏振雷达观测资料对小槽触发的雹暴过程进行诊断分析。针对其发生发展特征,提炼出具有代表性的预报指标阈值构建针对小槽触发的雹暴诊断方法。利用此方法对雹暴多发地黔西山区,小槽触发下3次雹暴过程进行诊断分析,验证诊断方法对各类小槽触发的雹暴过程的预报效果。结果表明:根据多个个例降雹前的环境条件特征,选取湿热力垂直螺旋度大于0.8×10^-3 Pa·m³·K·kg^-1·s^-2和水汽垂直螺旋度大于0.8×10^-5 kg^-1·m³·Pa·s^-2作为指标阈值,在雹暴发展初期可诊断出个例的降雹潜势;针对强风切变、单体合并过程将促进强雹暴发展的特性,利用热力切变平流参数绝对值大于3×10^-8 K·Pa^-1·s^-1的大值中心区域与降雹地的对应关系和45 dBz回波顶高与0℃高度关系阈值,可诊断...     

藏东南森林穿透雨氮沉降通量变化特征及其影响因子

2012—2013年生长季在野外原位观测了青藏高原林芝地区森林穿透雨中不同形态氮湿沉降通量,并研究了氮沉降通量的变化特征及其影响因子。研究结果表明,2012、2013年可溶性总氮(TN)累积沉降通量分别为8.82kg·hm-2·a-1和6.91kg·hm~(-2)·a~(-1);其中,硝态氮(NO-3-N)、铵态氮(NH+4-N)、可溶性总有机氮(DON)沉降通量分别占总氮的16.98%、53.39%和29.63%,NH+4-N对湿沉降通量的贡献率最大。不同形态氮沉降通量呈现明显的季节性变化特征,一般在夏季达到最大值。随着降水量及温度的升高,不同形态氮沉降通量均有增加趋势;其中,总无机氮(TIN)与月平均气温呈显著相关关系(p0.05),TN、TIN均与月累积降水量呈极显著相关(p0.01)。月累计降水量和月平均气温可以共同解释森林穿透雨中TN沉降通量55.2%的变化。     

闪电产生NOX机制及中国内陆闪电产生NOX量的估算

对闪电产生NOX的物理机制及化学过程进行了分析,并根据闪电物理及不同经纬度上观测到的闪电资料,对中国内陆地区闪电产生的NOX进行了估算.结果表明各纬度上每100km2内闪电产生NOX估算的年平均值(WLNOX)从南到北随纬度的增高而降低,在广东、陇东、北京和东北地区的最高值分别为6.41×106gN/100km2/yr、4.26×106gN/100km2/yr、3.65×106gN/100km2/yr和3.52×106gN/100km2/yr.闪电产生的NOX主要分布于35°N以南的地区,从陇东地区向南到广东地区的闪电产生的NOX占整个中国内陆的2/3以上.整个中国内陆地区闪电产生NOX的年平均估算值为 3.84×1011gN/yr.就广东地区而言,强雷暴的活动月闪电产生的NOX比弱雷暴活动月的大一个量级.在雷暴天气过程中闪电产生NOX浓度的峰值都无一例外地出现在雷暴云发展的成熟期,其直接原因主要是雷暴云成熟期的高闪电频数.     

青藏高原东北部地区夏季雷电特征的观测研究

介绍了2002年夏季在海拔2650m的青海东部地区所进行的雷电综合观测实验及初步研究结果。实验中采用了GPS同步的6个站闪电快、慢电场变化和平均电场的同步观测,配合1ms的高速摄像对该地的雷暴电荷结构、闪电放电特征等进行了研究。初步研究结果表明,青海东部的雷暴云当顶时,地面电场既可受云内的负电荷所控制,也可能受正电荷所控制,揭示了雷暴电荷结构的复杂性。同时,闪电特征也存在一定的特殊性,所发生的地闪先导常以多分叉的形式慢速向地面行进,并在地面形成两个或两个以上的接地点;梯级先导的发展速度约为0.8～1.18×105m·s-1。同时在地闪发生之前和之后常有持续时间较长、闪道清晰的云内放电过程发生。高速摄像观测首次发现,在一次云内正电荷控制地面电场的雷暴条件下,云内放电过程呈现出双层结构特征。放电首先从上部负电荷区和下部正电荷之间的地方激发,然后上、下同时发展。在开始阶段只能看到向下的负流光通道,当上、下发展的通道分别到达负、正电荷区时,明亮的的主通道形成。之后放电在下部正电荷区以多分叉的形式水平扩展,下部的水平扩展停止后,主通道上部的放电开始水平扩展,是一种反极性的云内放电过程。