黄土高原半干旱区异常能量闭合率特征分析

以兰州大学半干旱气候与环境观测站（简称SACOL站）4 a的陆面通量数据为基础,利用普通最小二乘法（OLS）和能量平衡比率（EBR）方法,对能量平衡的异常闭合特征及其与相对垂直湍强（RIw）的关系进行了研究,并进行了能量滞后分析。结果表明,能量过闭合和负闭合现象分别主要发生在白天和夜间,大小遵从正态分布;较大异常闭合产生的原因主要是日出日落时净辐射与地表热通量接近以及降水影响造成湍流通量出现异常大值。一般来说,垂直湍流运动越强,异常闭合越少,闭合度越向1收敛,反之亦然。强湍流或极弱湍流都不利于产生异常闭合,过闭合、负闭合的最适相对垂直湍强RIw约为0.11、0.14。另外,能量支出项的相对滞后也是造成包括负闭合在内的异常闭合的原因之一。剔除湍强较弱的点或将地表热通量G0、感热H、潜热LE相位相对净辐射Rn提前30 min后,异常闭合所占比重减少;月平均EBR法过闭合度降低,OLS法闭合度提高。     

积云模式下三维闪电分形结构的数值模拟

为了提高积云模式对雷暴云内电过程的模拟能力,将Mansell提出的放电参数化方案在起始击穿阈值和闪电通道感应电荷的分配过程上进行改进,耦合了已有的三维强风暴动力—电耦合模式中。对STEPS(Severe Thunderstorm Electrification and Precipitation Study)试验中一次雷暴个例以及对中纬度地区理想雷暴个例的模拟表明,引入了新放电参数化方案的模式模拟出闪电在发展特性和几何结构上和观测结果有较好的一致性。模拟结果还表明:闪电的类型与极性取决于背景电荷结构以及闪电的起始位置,只有底部存在正电荷堆时才会产生负地闪,且负地闪的起始点均具有较高的负电势。闪电通道上感应电荷的沉降会改变通道附近水成物粒子上携带的电荷,这对雷暴云内复杂电荷结构的形成有重要作用。经统计,模拟的地闪和云闪通道的分形维数平均值分别为1.47和1.69。对起始击穿阈值的敏感性试验表明,随着起始击穿阈值的增大,首次闪电时间会向后推迟,当采用逃逸击穿时首次闪电产生的时间最早;闪电数量随起始击穿阈值的增大而减少;当使用固定击穿阈值(100,150和200 k V)时得到的云地闪比均小于使用逃逸击穿时得到的云地闪比,使用逃逸击穿时得到的云地闪比与观测结果最为接近。     

旋翼无人机盐城试验观测资料分析及其在一次浓雾天气观测中的应用

2018年3月28—30日、6月20—26日和9月5—13日在江苏省盐城市射阳站开展了旋翼无人机大气边界层垂直结构观测试验,并与L波段雷达探空资料进行对比,验证无人机观测资料精度。结果表明无人机观测的温度、相对湿度、风向、风速廓线与探空观测资料具有较好的一致性。二者温度、相对湿度的相关系数均为0.98,温度绝对偏差为0.57℃,相对湿度绝对偏差为4.25%,风向相关系数为0.98,绝对偏差为11.5°,二者风速的相关系数为0.91,绝对偏差为1.88 m·s~(-1),且无人机探测的风速为对应高度上的瞬时风速,可以更好地反映出边界层内风速细节变化特征。试验期间,无人机观测到一次夏季浓雾过程边界层结构细致变化特征,其观测的雾的边界层结构特征和宏观特征与探空观测基本一致。验证结果表明无人机在边界层气象观测中具有很好的应用前景。     

观测数据中气象站位置信息检验及应对策略研究

自动气象站位置信息是准确应用观测数据的前提,但受多种因素影响部分测站位置信息不准确客观存在。依据气象站位置信息的特点,设计了一套适用于观测数据中气象站位置信息检验评估的方法和流程,对2018年1月全国62 162个气象站逐小时观测数据中经纬度和海拔高度进行了检验。结果表明:(1)位置信息出现疑误的站点均为区域站;(2)位置信息的站点疑误率为4. 8%,且海拔高度出现疑误的概率大于经纬度,海拔高度和经纬度的站点疑误率分别为4. 2%和1. 3%;(3)随时间变化异常是位置信息疑误的主要表现形式,经纬度和海拔高度时间一致性检查的方法检出率分别为94. 9%和74. 5%。最后,依托MDOS建立了自动气象站位置信息综合监视流程,降低了位置信息疑误对后端应用的影响。     

基于Web-GIS的市县级农业气象业务服务系统研究

加强市县级农业气象业务信息化与自动化建设,可有效提升直通式农业气象服务水平。本文面向基层气象为农服务需求,依托省级农业气象业务服务平台,构建基于Web-GIS市县级农业气象业务服务系统。系统首先应用ArcSDE技术,将省级农业气象业务服务平台输出的农业气象监测、灾害诊断和利弊影响分析等数据产品,转换为空间数据库;采用ArcGIS Server for Flex API开发技术,在浏览器端实现对农业气象数据产品的空间分析。通过拓展省级农业气象周年服务方案、农业气象指标库及农业气象灾害防御对策等知识库,构建农业气象知识库在线维护与服务平台。并基于Internet平台,为县级气象为农服务人员,提供基础数据统计分析及省、市、县三级农业气象业务服务产品共享等功能。系统基于B/S结构,便于推广应用,可为基层直通式农业气象服务提供重要技术支撑。     

一次强雷暴中的多灾种天气特征对比分析

用Micaps和NCEP再分析资料对2012年7月3日发生在淮河以南地区的大范围强雷暴天气进行了分析,得出高、低空急流配置,形成低空辐合,高空辐散,槽线由高到低前倾,有利增强大气不稳定层结,中尺度切变线南北摆动具有触发对流作用等,为该区强雷暴多灾种天气的发生,提供了动力和热力条件。从云图、雷达参数和地闪特征对比分析得出冰雹、雷击、强降水,分别发生在强对流云团发展的不同时间和不同部位。其云团的形态、强度和范围等也不同。冰雹所表现出的回波强度、回波顶高和垂直积分液态水含量为最强,雷击次之,强降水最弱。在地闪出现的各个阶段都有可能出现雷击事故,但多为负地闪,强度均较强。强降水过程多为负地闪,强度较弱,降水集中时段,地闪频次高。冰雹发生时地闪频数明显下降,且多为正闪。雷击过程强度和陡度变化最平缓,冰雹过程突变最明显。雷击发生在整个地闪过程中强度和陡度都相对较大的时刻;冰雹发生前约半小时有强度和陡度的骤增;强降水阶段地闪平均强度和陡度都最小。     

4—6月MJO北传与东亚季风爆发的关系

大气季节内振荡(MJO)对东亚季风的活跃、推进和中断具有显著影响,然而其在东亚季风爆发中的作用一直没有得到深入探讨。利用经验正交函数(EOF)分解和超前滞后回归分析方法,探讨了1979—2011年4—6月MJO的北传与东亚季风爆发的关系。研究表明:4—6月MJO有两次明显的北传过程,分别发生在5月中旬和6月中旬。逐候向外长波辐射资料EOF分析的前两个模态对应了MJO的不同位相,可以表征MJO的向东向北传播。超前滞后回归分析表明,伴随MJO的北传,降水带北移、印度洋到我国南海地区西南风建立、西太平洋副热带高压撤出南海及南亚高压北抬,这些环流异常形势有利于东亚季风的爆发。进一步对PC1所确定的季风爆发候与其它5个季风爆发指数进行对比发现,在大多数年份中,PC1所确立的季风爆发候与其它指数相差2候以内,其中,与其它5个指数所表征的季风爆发时间严格一致的年份分别有15、10、11、10、12年,表明MJO对东亚季风的爆发具有普遍作用。     

黄土高原春季干旱时空分异特征

采用基于相对湿润度的干旱指数分析方法和黄土高原1961 2010年气候要素资料,研究了黄土高原春季干旱时空变化、异常分布和次区域演变特征。结果表明:1961 2010年黄土高原春季干旱强度变化呈现明显中心区域强、周边区域弱的分布特征,其中中部腹地干旱强度增加趋势倾向率最大,中部周边干旱强度增加次之,东北部和西部边缘呈减弱趋势。研究区不同区域春季干旱强度呈同位相变化是干旱变化的首要空间分布模态,异常中心区域在陕北、陇东及宁夏西南部。东西部反相位分布模态反映了黄土高原东西部所受大气系统影响差异性的特征。根据载荷向量不同模态空间异常分布型,可将春季干旱划分为西北部型、东北部型和南部型等3个次区域异常型,南部春季干旱强度时间序列呈显著增强趋势,其由弱变强的突变点出现在1977年,西北部和东北部干旱强度也呈波动增强趋势,但未通过显著性检验,没有突变。西北部和南部春季干旱指数存在显著的3~4年振荡周期,东北部存在显著的5~6年振荡周期。     

基于多普勒天气雷达的两种垂直风廓线反演方法的对比分析

利用2010年阳江高精度探空仪国际比对试验中观测的探空测风资料、CINRAD-SA型多普勒天气雷达体扫资料及基于PUP-VAD方法反演的垂直风廓线产品资料,使用三种不同复杂程度的分层VVP方法(VVP1、VVP2和VVP3)反演了阳江雷达站上空的垂直风廓线,以探空测风为参考,以平均风向、风速均方差和相关系数作为评估因子,将雷达站周围降水回波分布分为较均匀和不均匀两种情况,对比分析了基于分层VVP方法和PUP-VAD方法反演的垂直风廓线。结果表明,相比PUPVAD方法,分层VVP方法都能提供更实用、质量更好的垂直风廓线,特别是在雷达周围降水回波分布不太均匀的情况下。主要原因是在某一高度,相比PUP-VAD方法只分析某仰角某距离圈上的径向速度资料来说,分层VVP方法是通过对该高度层10~100 km范围内的所有有效径向速度资料进行多元线性回归来求解该高度层的平均水平风向、风速,受资料覆盖率的影响程度要小于PUP-VAD方法。     

丘陵地区边界层风廓线雷达数据统计特性分析

采用数据获取率来分析和评价风廓线雷达的探测能力, 对通过2012年的风廓线数据进行统计分析。结果表明:数据获取率和信噪比都随季节变化, 夏季探测能力大于冬季。按照数据获取率达到80%的要求, 确定边界层风廓线雷达无降雨天气有效探测高度为3 km, 并确定低模和高模最佳衔接高度为0.6 km, 能够获得更好的数据获取率。在无降雨天气, 信噪比随高度呈现对数函数单调递减的变化规律, 夏季信噪比的衰减程度比冬季大;在降雨天气, 信噪比随高度呈现一次函数的变化规律, 其斜率范围在-10.44~-2.47之间, 而夏季信噪比的衰减程度比冬季小。