健康水生态系统的退化及其修复——理论、技术及应用

由于人口增加和工农业生产的发展,人类赖以生存的淡水生态系统日益退化,特别是富营养化问题,已严重威胁社会经济的持续发展和人类健康,如何在强污染负荷下修复水生态系统具有重大理论和现实意义,本文总结了自1990年以来在淡水湖泊中进行的物理生态工程（Physico-Ecological Enginnering ,PEEN)实验研究实践,主要结论O 为：（1）地表水环境治理的主要目标是修复为稳定健康的水生态系统;（2）主要方法是与污染源治理相结合实践物理生态工程IPEEN）和生物环保产业（Bio-Environmental Enterprise,BEE);(3)实现目标的主要途径是星火燎原,从局部到大范围乃至全流程;（4）实现目标的主要关键是抓住四个环节（4M）;高等水生植物（Macrophyte),宏观颔生学（Macro-bioimitation), 微生物（Microorganism),及管理（Management).(5)山清水秀,人杰地灵,社会经济生态协调发展的美好未来有可能在不远的将来实现。     

河北省中南部暴雨雨滴谱特征

基于2016—2017年河北省中南部暴雨过程的OTT Parsivel激光雨滴谱仪观测资料,对3种类型暴雨过程的降水微结构特征参量、不同尺度降水粒子对雨强的贡献、分雨强下的雨滴谱分布、速度谱等进行分析。结果表明:河北省中南部暴雨不同雨强下雨滴谱基本呈现单峰型分布,低槽冷锋类暴雨雨滴谱谱宽最窄,低涡类暴雨次之,暖切变线类暴雨最宽。不同类型暴雨过程粒子平均直径和峰值直径平均值以低涡类最小,低槽冷锋类次之,暖切变线类最大。雨滴体积中值直径和质量加权平均直径均值以低槽冷锋最小,低涡类次之,暖切变线类最大。河北省中南部暴雨过程主要以直径D 1. 0 mm的小雨滴为主,其中1. 0≤D 3. 0 mm的雨滴雨强对总雨强贡献接近70%,D 4. 0 mm的大雨滴数浓度占总数浓度百分比最小,其雨强对总雨强的贡献也最小。3种类型暴雨分雨强对应雨滴谱多呈单峰型分布,呈双峰分布时对应雨强不同。速度谱上不同类型暴雨雨滴数极大值中心位置一致,且位于经验曲线下方。与目前雷达系统采用的标准Z=300~(I1. 40)关系相比,河北省中南部暴雨过程Z-I关系低估低槽冷锋类暴雨降水,高估低涡类和暖切变线类暴雨降水,其中低涡类暴雨偏差最大。     

云滴数浓度对超级单体龙卷影响的数值模拟研究

为了探讨云滴数浓度对于龙卷发生、发展的影响,利用ARPS（Advanced Regional Prediction System）模式,通过调整云滴数浓度（分别取高3000 cm-3、中1000 cm-3和低100 cm-3）的变化,对2003年7月8日安徽省无为县超级单体龙卷进行理想模拟试验。研究表明:三组试验都模拟出超级单体风暴的特征结构如钩状回波和V型入流缺口;云滴数浓度高的试验中上升气流更强、风暴较先发展且持续时间长,近地面涡度也较其他两组试验更大;从三组试验中找到4个龙卷涡旋,其中云滴数浓度高的试验中有两个,涡旋总持续时间接近30 min,最大近地面风速为46.93 m s-1,最大涡度值为0.42 s-1;高云滴数浓度情况下地面冷池弱,更有利于龙卷产生,并对龙卷的发生、发展有促进作用。     

暖底对流云催化的微物理和动力效应的数值模拟

为加深理解暖云底对流云降水形成的微物理机制,调查对这类对流云实施碘化银催化所能产生的微物理和动力效应,本文使用三维对流云模式(包含6种水成物:云滴、雨滴、冰晶、雪花、霰和冰雹),对2004年7月8日发生在我国江淮地区的一例对流云进行模拟,并开展碘化银催化试验。结果表明:(1)模式能够较好地模拟出实测风暴的回波结构。(2)云雨自动转化和霰粒子融化是两个最重要的成雨机制,产生的雨滴占雨滴总数量(质量)的67%(19%)和18%(57%)。(3)对流发展初期在主上升气流区进行的催化试验表明,对本例对流云播撒碘化银能够同时获得增雨和减雹的正效果。(4)催化增加的霰粒子通过竞争机制抑制了前期冰雹的形成,但增强了向雨滴的转化(通过融化机制);催化也促进了二次对流的发展,增加了入云的水汽通量和云水含量,加强了后期的云雨自动转化及碰并增长,导致后期的雨和冰雹增加,并使地面降水分布发生变化。这些结果表明,对暖底对流云进行碘化银催化能够产生微物理和动力效应。     

BOUNDARY LAYER STRUCTURE IN TYPHOON SAOMAI (2006): UNDERSTANDING THE EFFECTS OF EXCHANGE COEFFICIENT

Recent studies have shown that surface fluxes and exchange coefficients are particularly important to models attempting to simulate the evolution and maintenance of hurricanes or typhoons.By using an advanced research version of the Weather Research and Forecasting(ARW)modeling system,this work aims to study the impact of modified exchange coefficient on the intensity and structures of typhoon Saomai(2006)over the western North Pacific.Numerical experiments with the modified and unmodified exchange coefficients are used to investigate the intensity and structure of the storm,especially the structures of the boundary layer within the storm.Results show that,compared to the unmodified experiment,the simulated typhoon in the modified experiment has a bigger deepening rate after 30-h and is the same as the observation in the last 12-h.The roughness is leveled off when wind speed is greater than 30 m/s.The momentum exchange coefficient(CD)and enthalpy exchange coefficient(CK)are leveled off too,and CD is decreased more than CK when wind speed is greater than 30 m/s.More sensible heat flux and less latent heat flux are produced.In the lower level,the modified experiment has slightly stronger outflow,stronger vertical gradient of equivalent potential temperature and substantially higher maximum tangential winds than the unmodified experiment has.The modified experiment generates larger wind speed and water vapor tendencies and transports more air of high equivalent potential temperature to the eyewall in the boundary layer.It induces more and strong convection in the eyewall,thereby leading to a stronger storm.     

基于再分析资料的我国龙卷发生环境和通用龙卷指标

利用NCEP再分析资料,对2004~2009年《中国气象灾害年鉴》(许小峰,2005-2012)上记录的龙卷按区域进行整合分析,确定在中国适合龙卷发生的大气环境条件。结合国内外已有参数,用临近探空的分析方法初步建立了一个适用于中国的龙卷潜势预报通用指标。研究表明:我国龙卷主要发生在东部地区,其发生发展需要有利的高低空形势场配置,并且不稳定能量的累积、水汽的输送都至关重要;从环境场来看,首要条件是有合适的对流有效位能和大的深层(0~6 km)风切变,低的抬升凝结高度和大的低层(0~1 km)风切变也是重要因素;建立了基于NCEP资料的龙卷潜势预报通用指标,并利用2010~2011年的龙卷事件对该指标进行了预测检验。     

利用PMS的 GBPP-100型雨滴谱仪观测资料确定Z-R关系

根据地面雨滴谱确立雷达反射率因子Z和雨强R之间的关系需要大量的观测资料.本文利用GBPP-100型地面雨滴谱仪在沈阳、哈尔滨和河南观测的雨滴谱资料做形变误差订正后,用最小二乘法拟合三地的Z-R关系,并按照层状云、积层混合云和积雨云降水分类,确定了三种降水类型的Z-R关系.结果表明,Z=ARb形式能够很好地描述以上的Z-R关系,对降水类型分类得到的Z-R关系代表性更好.系数A、b以层状云最小,积层混合云次之,积雨云最大.A值随着雨滴尺度的增大而增大,随数密度增大而减小,b值则随着数密度和雨滴尺度的共同增大而增大.     

云微物理过程对强对流风暴的影响之数值模拟研究

本文运用三维对流云模式对美国SPACE计划(South Park Area Cumulus Experiment)1977年7月19日South Park地区一例强对流风暴进行了模拟,目的是考察不同云微物理过程对风暴的影响.不同微物理方案模拟对比有助于我们加深对风暴内部微物理过程的了解.结果表明,不同微物理方案模拟的风暴内部动力场、强度有所不同.不考虑冰相过程的暖雨方案,模拟的风暴最弱;冰相过程中仅考虑冻结/融化潜热释放,模拟的风暴强度在后期稍弱.由于降水绝大部分由霰、雹转变而来,以及霰、雹粒子对运动场的影响及其相变潜热作用,冰相过程中如果不考虑霰、雹的模拟方案,模拟风暴的动力场及降水场都发生改变.     

鄂西北夏季对流云降水微物理过程数值模拟

为了深入研究对流云降水微物理过程特征,为局地对流降水预报和人工增雨提供更多的参考依据,利用三维双参数对流云模式,使用常规单站探空资料,开展湖北两北部山地夏季对流降水实例的批量数值模拟,使用地面降水量和雷达回波资料检验模拟效果,统计分析降水微物理过程特征,归纳总结冰相粒子的形成、增长机制,以及液念水和冰相粒子的相互转化机制。结果表明：（1）对流云模式能够较好地模拟实际对流降水的一些宏观微观特征;（2）当地夏季主要是对流冷云降水,冰相过程是形成降雨的主要物理过程;（3）冰相过程巾过冷水、霰、冰晶之间的相互转化过程是主要的冷云降水形成机制。     

西双版纳冬季雾的微物理结构及演变过程

云南省西双版纳地区是著名的热带雨林多雾区。 1 997年 1 1月 2 3～ 30日 ,实施了一项雾的外场试验计划。文中利用勐养站观测的宏、微观资料 ,重点分析了雾的微物理结构及演变特征 ,并结合雾的宏观发展 ,讨论了雾的微物理过程