双线偏振雷达资料在数值模式中的应用: 模拟器的构建

基于Rayleigh-Gans散射原理构造一个S波段双线偏振雷达模拟器。模拟器考虑了云冰、雪、雨和雹4种水凝物,以水凝物的混合比和数浓度以及水凝物粒子的轴比、相对介电常数、下落倾角为输入量,计算得到水平/垂直偏振反射率因子、差分反射率、比差分相位等偏振量。通过二维理想飑线模拟的试验结果表明,模拟器合理地再现了二维理想飑线系统成熟期的主要偏振特征:雹的反射率较高,差分反射率较低(又称Zdr洞);对流云区的Zdr柱;层云区的反射率和比差分相位的0℃层亮带特征;雨滴反射率与差分反射率因子的“雨线”统计特征。利用该模拟器建立了模式变量和偏振雷达观测的联系,有助于未来将偏振雷达观测资料应用于模式预报效果评估及对流尺度资料同化等方面的研究和应用。      

中国中东部冬季霾日的形成与东亚冬季风和大气湿度的关系

利用1961-2013年中国地面台站长期观测资料和同期NCEP/NCAR再分析资料,以华北、江淮和华南为研究区,分析了中国中东部冬季霾日的形成与东亚冬季风以及大气湿度的关系。结果表明:(1)冬季霾日与东亚冬季风强度成显著的负相关。首先,东亚冬季风强度的减弱使得地面风速减小,进而导致冬季霾日增多。其中,华北7-8 m/s最大风速日数和江淮6-8 m/s最大风速日数的减少,及华南≤2 m/s最大风速日数的增多对各区冬季霾日的增多作用较大。其次,东亚冬季风减弱引起冬季气温的持续升高,易导致冬季霾日的增多,这在华北地区较之在江淮和华南更为明显。(2)由于气候变暖,冬季气温升高,使得近地面相对湿度减小。在江淮和华南地区,冬季霾日的增多与近地面相对湿度的减小显著相关,而在华北地区这种相关较弱。(3)冬季气温升高也有利于大气层结稳定度的增强,3个区域冬季霾日的增多均与大气层结稳定度的增强显著相关,特别是与对流层中低层(850-500 hPa)大气饱和度的降低显著相关。(4)冬季霾日数变化与区域水汽输送关系密切。其中,华北地区的冬季霾日数与水汽总收入成显著正相关,江淮地区与纬向水汽收入成显著正相关,与经向水汽收入成显著负相关,华南地区与经向水汽收入成显著负相关。     

统计方法在数值模式中应用的若干新进展

目前,数值模式的准确性不断提高,天气预报和气候预测越来越依靠数值模式。数值模式不仅仅是求解描述大气运动和热力过程的方程组,其中也大量使用了统计方法,统计方法是数值模式的重要组成部分。本文对统计方法在数值模式中应用的最新进展进行了综述。首先,分析了统计方法在数值模式的资料同化、集合预报、次网格尺度物理过程参数化方案、数值产品统计释用、延伸期预报、模式检验等方面的应用。然后阐述了贝叶斯统计在数值模式中应用的新进展。最后,对统计方法在数值模式中应用的未来发展趋势进行了展望。     

2015年汛期气候预测先兆信号的综合分析

文章全面回顾了发布2015年汛期预测时考虑的先兆信号及其应用情况。2015年春夏季厄尔尼诺事件进一步发展,并由中部型向东部型转变,热带印度洋为一致偏暖模态发展;冬、春季北大西洋三极子为正位相;冬、春季北极海冰较常年略偏少,南极海冰偏多;冬季欧亚积雪增量略少,青藏高原积雪略多但气温偏高。通过诊断分析,认为2015年汛期预测的主导外强迫信号是太平洋厄尔尼诺事件和印度洋海温一致偏暖模态。同时参考动力气候模式的预测,在4月初的预报中,重点考虑了厄尔尼诺事件的强度和空间型变化对东亚夏季风环流的影响,有利于东亚夏季风偏弱,西太平洋副热带高压偏强偏西,季风季节内进程偏晚,我国降水呈南多北少型。在5月底的订正预报中,进一步考虑热带印度洋偏暖模态对副热带高压偏强偏西偏南的影响,以及南半球越赤道气流强度偏弱特征及对夏季风季节进程和强度的影响。经过综合分析,准确地预测了2015年东亚夏季风偏弱、我国夏季降水南多北少的布局,以及季节内主要气候事件的演变。最后对汛期气候预测存在的不足进行了初步分析和讨论。     

风暴分类识别技术在人工防雹中的应用

利用新一代多普勒天气雷达资料,在风暴跟踪识别算法的基础上,发展了风暴分类技术,以提高人工防雹作业指挥的效率。首先以SCIT算法为基础,结合风暴的结构特征,综合利用雷达、探空资料,自动提取风暴结构特征指数;其次采用基于决策树模型的风暴自动分类技术,将风暴按强度分为雷雨云、单体风暴、多单体风暴和强风暴;最后根据风暴强度、高度和位置等属性,对有可能产生冰雹的单体,结合GIS,自动对下游方向或附近作业点进行预警或输出作业参数。通过对2006—2014年期间重庆、辽宁大连和河南三门峡三地发生的较为典型的31次冰雹天气过程、182站次冰雹样本的检验来看:该方法通过对风暴按强度、垂直结构等综合属性进行分类,能有效提高冰雹识别的命中率、降低空报率,其中强风暴的命中率能达到100%,空报率仅为11.4%。能有效提高人工防雹作业的自动化程度,对防雹作业的科学决策有着重要参考作用。     

上海市PM_(10)浓度四季遥感模型研究

通过分析2001—2012年上海市PM_(10)浓度(由API(Air Pollution Index)转化得到)的变化规律,构建了上海市PM_(10)浓度的遥感反演模型。结果表明:1)上海市PM_(10)浓度存在季节性变化,应分别建立遥感反演模型。2)分析MODIS气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth,AOD)产品与PM_(10)浓度之间的相关性发现,AOD须经过垂直和湿度订正才可与PM_(10)建立较好的关系。3)结合垂直和湿度订正分别建立的上海市PM_(10)浓度春夏秋冬四季的遥感反演模型均通过了拟合度检验,其中春季模型采用指数函数、夏季和秋季模型采用二次多项式函数、冬季采用幂函数、全年采用二次多项式函数,利用此四季模型反演上海市PM_(10)浓度具有较高的可信度。     

莱州湾沿岸寿光、莱州和龙口地下水的稳定同位素与地球化学

依据地下水咸化机理:蒸发、溶解和混合,海水入侵是地下淡水与较之更咸的海水的混合,海水和淡水的混合包括水分子的混合和溶解盐分的混合。只有溶剂水分子和溶质溶解盐分都发生了相同比例的混合,才能确定二种水体发生了混合。地下淡水变咸并不能都归因于海水入侵,也有可能源于蒸发或溶解。鉴定是否存在海水入侵可运用惰性示踪剂和反应示踪剂来共同识别。惰性示踪剂包括δD、δ~(18)O、Cl~-和Br~-,反应示踪剂包括主要化学成分和微量元素。本研究对莱州湾沿岸寿光、莱州和龙口的地下水进行了化学成分形成过程的对比研究。莱州采集样品6件,龙口10件,寿光9件。莱州和龙口的碎屑沉积物以硅酸盐矿物为主,而寿光的沉积物来源于南部鲁中南山地的碳酸盐岩。根据莱州采样点地理条件和样品的稳定同位素δD-δ~(18)O分布域确定了当地降雨入渗的多年平均值,进而明确龙口样品也源于就地降雨入渗补给,根据高程效应和当地水文情况确定寿光样品补给来自南部山区的降水,经河道排入洼地后入渗地下。Cl~--δ~(18)O关系表明盐分都来源于淡水溶解的蒸发盐,而非与海水混合。Br~-/Cl~-比值证实了蒸发盐溶解,还存在人为污染物和海侵沉积物中有机质分解的影响。从三线图可看出龙口样品经历了离子交换反应。主要成分和微量元素(HCO_3~-,H_2SiO_3,F~-,Li~+,Sr~(2+)和Ba~(2+))的含量与样品所处含水层的矿物组成有关,反映出水岩作用。所有样品都没有淡水和海水混合的现象。惰性示踪剂分析提供了区域地下水补给的框架,明确了大气水源因溶解蒸发盐而咸化,排除了淡水和海水混合的可能性。用反应示踪剂中主要化学成分和微量元素来分析水中化学成分的形成过程,在和海洋盐分输入对比基础上,二者偏差值主要源自水-岩相互作用结果,包括溶解、沉淀、离子交换等,以及局部样品的污染物输入。所以沿海地带研究地下水咸化,先要解决溶剂的混合问题,在此基础上辅以水文地球化学分析,利用水化学的多种示踪剂,主要解决溶质混合以及盐分来源问题。     

大兴安岭Cu- Mo- Ag多金属成矿带主要地质成矿特征及潜力分析

大兴安岭成矿带是2008年确定的首批16个重要成矿带之一,随着新的找矿进展和预测成果不断涌现,需要对其开展新一轮研究总结。本文以新的研究成果和找矿突破为基础,通过综合分析,重新厘定大兴安岭成矿带的边界并将其命名为"大兴安岭Cu-Mo-Ag多金属成矿带"。结合区域成矿地质背景的综合研究,在区内划分了5个III级成矿带,初步建立了Cu-Mo-Ag多金属成矿带成矿谱系,并将其主要成矿期归纳为两期:海西期和燕山期;在典型矿床成矿地质特征及潜力评价综合分析的基础上,总结了研究区主要成矿类型为热液型银铅锌矿、斑岩型铜钼矿和接触交代型铁锡多金属矿。结合区域找矿进展和潜力评价最新成果,认为本区Cu、Mo、Ag、Sn、Pb、Zn潜力巨大,为下一步勘查部署的主攻矿种,同时在本区划分了16个远景区,其中10个为重点远景区,6个为远景调查区,对研究区下一步矿产勘查部署工作有一定指导意义。     

阿尔泰-准噶尔北缘铬铁矿- Cu- Au- Pb- Zn- Ni成矿带主要成矿地质特征及潜力分析

阿尔泰-准噶尔北缘铬铁矿-Cu-Ni-Au-Pb-Zn-Ni成矿带是全国重点部署找矿勘查工作的16个重点成矿区带之一,是全球阿尔泰巨型成矿带位于中国境内的一部分。文章根据全国矿产资源潜力评价成果,结合新的成矿理论和找矿进展,对该成矿带的边界进行了新的修定;从大地构造演化历史出发,分析总结了该带区域成矿地质背景和有利成矿地质条件,进一步修订了成矿带的成矿谱系;总结了成矿带内次级成矿单元的成矿特征;对带内矿床的主要成因类型和相应的典型矿床的成矿特征进行了总结;分析了成矿带的资源潜力,并在此基础上,确定了Cr、Mo、Cu、Au、Ni、Pb、Zn、Ag为本带下一步勘查部署的主攻矿种,划分了9个远景区,其中3个为重点远景区,6个为一般远景区。此项工作对本成矿区带内下一步矿产勘查工作部署有着重要指导意义和参考价值。     

华北陆块晋冀Al- Fe- Au- Pb- Zn- Ag- Cu- 煤成矿带主要地质成矿特征及潜力分析

华北陆块晋冀成矿带是我国重要的金属和能源矿产资源基地,近年来新的找矿进展和预测成果不断涌现,使之成为我国重点找矿地区之一,需要对其开展系统的成矿区划和部署研究工作。本文以新的研究成果和找矿突破为基础,通过综合分析,在该地区划分新的重要成矿部署区带,厘定边界并将其命名为"华北陆块晋冀Al-Fe-Au-Pb-Zn-Ag-Cu-煤成矿带"。结合区域成矿地质背景的综合研究,在区内划分了10个成矿亚带,初步建立了Al-Fe-Au-Pb-Zn-Ag-Cu-煤成矿带成矿谱系,其成矿作用具有多期次发育和多系统控制的特点,在时间演化上表现为多旋回性、继承性、新生性和叠加性特点,主要成矿期有前寒武纪,寒武纪-晚二叠世,晚三叠世-晚白垩世和新生代,其中晚侏罗-早白垩世是内生金属矿床成矿大爆发期。该带产出的矿床类型复杂多样,与岩浆有关成矿作用有岩浆岩型、斑岩型、矽卡岩型、海(陆)相火山岩型、岩浆热液型和石英脉型,变质成矿作用有沉积变质型、绿岩建造型,层控成因矿床有碳酸盐岩中热液型,沉积成矿作用有海(陆)相沉积型、砂矿型、风化壳型矿床等。结合区域找矿进展和潜力评价最新成果,认为本区铝土矿、铁、金、锰、钼、铜、铅锌、煤矿潜力巨大,为下一步勘查部署的主攻矿种,同时在本区划分了26个重点远景区,对研究区下一步矿产勘查部署工作有一定指导意义。