L波段探空判别云区方法的研究

利用2008年1月到2009年12月的L波段探空资料,和与之时空匹配的Cloudsat云观测资料,首先分析了云内和云外相对湿度的累积频率分布,发现以75%作为相对湿度阈值判断云准确率可达81%。随后利用BS（Bias Score）和TS（Threat Score）评分方法,对不同相对湿度阈值进行评分分析,发现以81%作为相对湿度阈值TS评分可达0.66,为最高。接着利用BS和TS评分方法分不同高度对相对湿度阈值进行评分分析,发现随高度的增加该高度上具有最好TS评分的相对湿度阈值在减小。利用这些阈值对云判断时,总的TS评分高于0.6,且其准确率达到84%以上,比利用单一相对湿度阈值判断云准确率要高。最后对这些阈值进行优化,得到一套适合于我国L波段探空秒数据的云垂直结构的判别方法。     

南京北郊冬季大气SO2、NO2和O3的变化特征

利用差分吸收光谱仪DOAS（differential optical absorption spectroscopy）,对2007年11月—2008年1月南京北郊大气SO2、NO2和O3进行了观测。结合Parsivel降水粒子谱仪和自动气象站的资料,对冬季大气污染气体的浓度变化规律及降水和风速风向对其的影响进行了分析。结果表明,南京北郊大气SO2浓度较高,呈明显双峰特征,分别在12时（北京时,下同）和00时达最大,受附近排放源的影响最大,东风及南风时比静风时SO2浓度更高。降水对SO2湿清除效果明显,清除系数平均为0.168 h-1。NO2气体呈明显单峰特征,在18时达最高值。南京北郊是NO2源区之一,主要受附近高速公路汽车尾气排放源的影响。静风时NO2浓度最高。O3浓度受NO2的影响较明显。O3日变化呈单峰特征,在15时达最大值,静风时O3浓度最低。降水对O3的间接影响较明显,在降水时,白天由于太阳辐射较弱,O3浓度降低;夜晚NO浓度较低,使得O3浓度升高。     

云滴数浓度影响混合型层状云降水的数值模拟

使用耦合了Morrison双参数微物理方案的中尺度WRF模式V2．2,对2008年1月25-29日发生在我国南方的冰雪天气过程进行了数值试验。在模式准确再现了此次天气过程形势演变特点的基础上,对模式微物理方案中云滴数浓度影响累积降水量的情况进行了敏感性试验,发现云滴数浓度对降水量的影响是复杂和非线性的。对此次天气过程中的微物理量进行了详细的分析,并从各种水成物粒子的发展演变上,讨论了云滴数浓度的增加在暖云和冷云两种降水机制上对降水产生的不同影响。结果表明,云滴数浓度越大,云水混合比就越大,云滴的尺度越小。雨滴对不同云滴数浓度的响应与云滴的情况相反,随着云滴数浓度的增加,雨滴数浓度减小,雨水也减少,暖云降水过程受到了抑制;冰晶和雪晶的数浓度的演变过程没有明显变化,而冰晶和雪晶的混合比是相应增加的,冷云降水过程得到了一定程度的增强。从本文模拟的个例来看,设置不同云滴数浓度所得到的总累计降水量的差异在1％以内。总的来说,增加云滴数浓度,降水量会减少。从比例上来看,增加云滴数浓度对暖云降水过程的抑制作用比对冷云降水过程的增强作用更为显著,但是在本文模拟的个例中,冷云降水过程占主导地位,减少的降水和增加的降水的绝对值在同一个量级上并且数值相近,它们相互抵消后得到的结果是降水量变化的绝对值大大减小了,这解释了增加云滴数浓度后模拟的总累积降水量变化不明显的原因。     

论河南省人工增雨抗旱减灾的可行性

依据人工增雨理论，综合我省多年的试验、研究和建设的成果，阐述了我省实施人工增雨的自然条件和技术能力。从理论和实际多方面说明了我省开展人工增雨，开发空中云水资源的可行性。     

人工增雨是缓和干旱半干旱地区水资源匮乏的一个补充途径

第三纪开始青藏高原隆升,改变了东亚的地理和大气环流的格局,由此形成了西北以干旱和半干旱为主的气候条件,但也存在相对的干湿气候的时期性摆动。近若干年即便新疆等地一些地方降水有所增加,但仍难缓解西北的干旱和半干旱状态,必须思考及运用工程措施解决水资源的匮乏问题。合理节约用水,进行水利工程调配是解决此问题的主要有效途径,但充分运用在有条件的地方人工增雨也是一个有益的补充方式。人工增雨也因其科学技术上尚不十分成熟和难于检验的事实,受到一部分科学工作者所质疑。本文简单地论述了人工增雨的科学性,国内外的一些实践证明的有效性及在西北干旱和半干旱地区人工增雨的可行性和关键点,以此希望能推动此项工作的开展,从流经我国西北上空的大气中多转换一些水汽形成雨(雪)降落在我国大地上,为缓和干旱作一些贡献。     

南方三类云系云结构预报和增雨作业条件分析

2013年夏季,我国南方出现了大范围高温干旱天气。8月1—22日,中国气象局人工影响天气中心利用人影数值模式为南方高温旱区开展云结构预报和人工增雨作业条件分析服务工作。文章简要回顾了2013年8月的旱情和天气过程,重点对2013年8月南方三类云系的云结构预报结果和增雨作业条件进行了分析。8月1—22日,我国南方高温旱区降水过程可分为3种类型。1—4日为台风外围云系降水;5—13日为副热带高压控制下局地对流性降水;14—22日为台风登陆后低压环流云系降水。人影模式对台风外围云系和低压环流云系降水的范围和强度基本预报正确,对云系影响时段和局地对流降水位置的预报略有偏差。利用卫星反演光学厚度、实测雨量和雷达回波检验模式预报结果,大范围云系与实况卫星反演结果比较吻合,而且能够预报出局地对流云团,以及与实况接近的云层性质和垂直结构。综合分析云带、过冷水、云垂直结构、降水等产品可知,台风外围云系和低压环流云系既有暖云降水、也有冷暖混合云降水,冷暖混合云中有最大值为0.3 g·kg-1过冷水,位于-10～0℃,冰晶数浓度较小,可能有较好的冷云催化增雨潜力;副热带高压内部局地对流云团基本为冷暖混合云降水,在初始发展阶段会出现最大值为1 g·kg-1过冷水,冰晶数浓度很少,上升运动大值区位于过冷水层下方,可能有很好的冷云催化增雨潜力。针对南方夏季积层混合云以及对流云的微物理结构和增雨条件的研究以及预报准确率还需加强和提高。     

直升飞机自然积冰试验方案设计与实例应用

针对直升机自然积冰试飞,结合直升机飞行特性,分析了不同气象条件下试验飞行路线确定原则。利用模式预报和实况监测产品,设计了直升机积冰试验飞行方案,并在2018年3月新疆乌鲁木齐外场试验中进行了应用和检验。结果表明,直升机自然积冰试验飞行方案的确定原则需要充分考虑直升机的飞行特性。在层状云中进行自然积冰试飞,根据积冰区相对云区位置,考虑从云底或云顶进入积冰区的原则。建立了飞机积冰飞行方案设计流程。利用积冰潜势预报系统提前72 h开展概率预报,利用云降水显式预报系统提前24 h开展云条件预报,利用卫星雷达探空等观测资料提前3 h开展积冰条件监测预警。预报和监测结果显示,计划试验当天云的宏微观条件较为理想,符合飞机积冰形成的条件。针对此云层设计了采取云底进入探测区和云底退出的规避方式,在云中采用多次往返爬升和平飞寻找过冷水区以完成积冰探测。实际飞行也采用了云底入云并云中探测到了积冰和过冷水,是一次比较成功的飞机积冰航线设计和应用实例。     

卫星云参数与飞机云物理探测对比研究和飞行方案设计

开展卫星反演云特性参数与飞机观测的对比研究,对于更好地发挥卫星遥感观测在天气、云物理和人工影响天气方面的探测优势具有重要意义。选取2012年9月21日一次层状云降水过程,对比分析FY-2与MODIS反演云参数及飞机观测结果,探索了飞机检验卫星云参数的飞行方案。结果表明:FY-2反演云参数演变趋势与飞机观测结果有较好的一致性;FY-2反演有效粒子半径(Effective Radius,Re)和光学厚度(τ)与MODIS反演的Re和τ间相关性较好,但此个例FY-2反演值普遍小于MODIS反演值;探测区域FY-2反演Re频率分布与飞机观测Re分布有一定差异,FY-2反演Re偏小,MODIS反演Re频率分布与飞机观测结果更为接近;飞机观测计算得到的τ和液水路径值(Liquid WaterPath,LWP)与卫星反演τ和LWP差异较大,FY-2反演值明显偏小。对于Re的检验,飞机最好在Re分布不大均匀的云顶作较长距离平飞观测;对于LWP和τ等垂直积分参量的检验,飞机最好选择在光学厚度较均匀的小区域内螺旋爬升至云顶之上,再自云顶向下至最低高度进行垂直观测。     

利用Cloudsat卫星资料分析冻雨天气的云结构

利用Cloudsat卫星资料中的欧洲中心中期天气预报(ECMWF)温湿度廓线、雷达反射率因子等产品结合探空秒数据和地面观测资料从云物理的角度分析了2008年初发生在我国南方地区的一次典型冻雨天气的云结构特征。分析表明：此次冻雨发生时温度廓线上存在明显的逆温层,但有逆温层并不一定出现冻雨,融化层与次冻结层的相对厚度决定着最终的地面降水类型,沿Cloudsat轨迹10个纬距的范围内出现由雨向冻雨、冰粒、雪的过渡。结合湿度剖面发现,逆温层水汽充沛。ECMWF资料与轨迹上长沙站的探空秒数据对比发现,ECMWF的温度产品要比湿度产品有更高的准确性。毫米波云剖面雷达CPR的反射率因子产品显示,此次冻雨有明显的零度层亮带特征,且亮带刚好出现在0℃等温线上界以下,直观地展示出基于经典“融冰过程”的冻雨形成机理。     

基于CloudSat与CALIPSO联合观测研究全球云分布特征

利用2007—2010年CloudSat和CALIPSO资料,统计分析了全球云出现频率以及云量的水平和垂直分布,并与单独CloudSat资料得到的结果进行对比,讨论了CALIPSO观测到的云的空间分布特性。结果表明：全球平均总云量约0.69,云量高值区主要集中在南半球60°S附近西风带、北太平洋风暴路径带,其次是赤道辐合带（InTertropical Convergence Zone,简称ITCZ）,而云量低值区集中在北非沙漠地区及印度洋北部等地。CloudSat/CALIPSO资料与CERES等多种云观测资料获得的总云量分布都基本一致,但CloudSat/CALIPSO资料联合使用能更好地反应云的垂直结构。将联合观测的统计结果与仅使用CloudSat资料统计的云量分布结果对比,可以发现,CALIPSO在陆地上方可以观测到更多云雷达探测不到的高空冰云,且随着温度的降低,观测优势越来越明显;同时还可以观测到一些海洋上层云光学厚度较薄且未形成降水的暖云以及粒径较小的过冷水云。CALIPSO观测到的云顶粒子半径较小但数浓度较大的冰云主要分布在ITCZ、南半球60°S附近西风带和北太平洋风暴路径带地区,云量最大为0.31,占该温度下冰云总量的28％以上;而这些未形成降水的暖云主要是在10~20℃温度范围内南北美洲和南非西海岸地区,云量最大可达到0.4,占该温度下暖云总量的50％以上;过冷水云则主要是在-10℃~0℃温度范围内的南半球60°S附近西风带,云量也增加了0.1以上,约占混合云的15％。