微波辐射计探测降雨前水汽和云液水

1997年8～11月在陕西西安使用双通道地基微波辐射计对降水云系进行探测，除得到云中水汽含量(Q)和垂直路径积分云液水含量(L)的一般统计特征量外，还发现在降雨开始前，Q和L的数值均有跃增现象。提出在降水云系前方（周围）存在丰水区的假设，这里可能是云滴向雨滴转化的孕育区、人工增雨最佳作业区。     

环境温湿层结对雷暴云空间电荷结构的影响

非感应起电机制中决定雷暴云电荷结构的反转温度是液态水含量的函数,而液态水含量的空间分布又取决于环境初始场中气团平均相对湿度和对流不稳定性的配置情况。本文通过不断改变初始场中层平均相对湿度和对流有效位能(CAPE)的值,同时不稳定度因子K和SI也随之发生相应的改变,利用三维强风暴动力电耦合数值模式,来研究初始场温湿层结的不同配置对液态水含量进而对电荷结构的影响。结果表明,CAPE较小时,电荷结构与中层平均相对湿度的大小无关,均为准反极性,且起电活动较弱;CAPE很大时,较大和较小的中层平均相对湿度更易引起强的起电活动和偶极性电荷结构,当霰和冰晶共存的区域中心落在上升气流的外围时,会形成反极性电荷结构。当对流有效位能相同时,增加中层平均相对湿度,气层的不稳定性提高,更有利于对流的发展和偶极性电荷结构的形成,减小中层平均相对湿度,对流减弱,有利于准反极性电荷结构的形成。     

雨滴轴比订正对雷达参量及其关系的影响研究

利用Parsivel雨滴谱仪在山西祁县、介休两地2008年7、8月观测的数据资料,对比分析了两地的总雨滴谱样本特征和雷达参量的分布概率,研究了雨滴轴比订正对降雨率R、雨滴含水量W和反射率因子Z计算的影响,结果表明雨滴轴比对雷达参量影响不可忽略。雨滴轴比订正效果随着R的增大而增大,当R>5mm·h-1时,轴比订正效果明显,而因Z正比于尺度D的6次方,其订正效果更加明显。最后,在雨滴轴比订正基础上给出两地的Z-R关系,同时确定了未经过轴比订正的反射率因子Znoncorr与订正后的降雨率Rcorr之间的Znoncorr-Rcorr关系,以及反射率因子Z与雨水含量W的Z-W关系,为当地雷达定量测量降水、深入研究云降水形成的微物理过程和雷电对区域降水的影响等提供了科学依据。     

利用时间序列分析预报电离层TEC

以IGS发布的电离层总电子含量(total electron content,TEC)数据为样本,利用时间序列分析进行预报。将TEC时间序列分解为趋势项、周期项和随机项的组合,并利用相关系数和偏相关系数确定模型阶数。对IGS提供的2008年TEC数据进行预报分析,结果表明,采用时间序列分析能达到较高精度,预报7 d时的平均相对精度为87.75%,预报精度大于60%的预报值占所有预报值的95%以上,预报精度大于85%的预报值占所有预报值的72.6%,95.3%的预报残差小于±3 TECU。     

多普勒雷达产品在贵州山区的降雹特征

利用贵州省春季发生的15次冰雹个例和相应的多普勒雷达产品资料,进行雷达产品特征分析,结果表明：①发生冰雹时基本发射率产品图上风暴中心密实,强度梯度大;组合反射率值在春季不同月份存在差异,一般要求在50 dBz以上;②对于速度产品,单方面速度绝对值大小不能判断冰雹的发生,速度对的出现可能预示着风暴单体开始发展并逐渐增强;③回波顶高在不同月份降雹时最低顶高存在很大差异,具体为3、4、5月分别为6 km、8 km、9 km;④VIL值的跃增是降雹的一个好的有利条件,而单从VIL值的大小在贵州地区不能很好地判别冰雹的发生;⑤45 dBz回波冲过0度层是冰雹发生的必要条件,而45 dBz回波冲过-20℃高度时可能会发生大冰雹。     

淮河梅雨洪涝与西太平洋副热带高压季节推进异常

基于台站观测和卫星观测资料及再分析数据集,本文研究了6月淮河洪涝发生时中国东部降雨型及与雨带异常相联系的环流特征、环流的季节推进异常及其机理.结果发现6月淮河流域洪涝与亚洲环流和中国东部降水联合模态的第二模态密切相关.该模态在我国东部降水表现为以长江为界北增南减的“梅雨偶极型”分布,对应的低层风场呈现出倾斜的以台湾为界,以南西太平洋是异常气旋环流,以北为反气旋环流,即西太平洋副热带高压偏北,淮河流域上存在异常西南风;同时阿拉伯海上是异常反气旋,印度上空西风偏强、降水显著偏多.这些特征是东亚和西太平洋季风区季节推进超前的反映,且与前期春季澳大利亚东北向海域海洋热含量异常偏高显著相关.该关键区海洋热含量变化是太平洋热含量变化第一模态——三极型变化的一部分,即当菲律宾以东的西太平洋和澳大利亚东北向海域海洋热含量增加,赤道中东太平洋热含量减少.该三极型海洋热含量异常从春到夏信号稳定,它激发正感热加热异常控制菲律宾以东到夏威夷以北的广大热带—副热带西太平洋地区,其北侧黑潮延伸区为负感热区.两者共同作用激发出局地反气旋在北、气旋在南,使对流层低层西太平洋副热带高压偏北.因此春季三极型海洋热含量通过影响对流层低层西太平洋副热带高压异常北移对东亚—西太平洋季节推进提前和6月淮河梅雨洪涝发生起重要作用,可作为季节预测的前期因子之一.     

利用EMD方法改进电离层TEC预报模型

针对总电子含量(TEC)非线性、非平稳特性,将经验模态分解(EMD)方法引入此领域的数据处理中,利用EMD分解后的数据进行时间序列分析预报。采用IGS提供的2010年电离层TEC数据进行实验,结果表明,利用此方法预报5d内TEC的平均相对精度为92.25%,而采用单一时间序列分析预报的平均相对精度为89%。     

中国西北地区云时空分布特征的初步分析

利用国际卫星云气候计划（ISCCP）获取的1983年7月－1993年12月的月平均云资料，分析了西北地区云的分布特片和季节变化，发现西北地区的云量与地形有很好的一致性；塔里木盆地是云量最少的地区，而且以云层较薄的积云和高云为主，在天山，昆仑山，祁连山一带，存在着云量的极大值区，其中云层较厚，水汽含量较高的层云，雨层云，深对流云占了很大的比例，值得注意的一点是，云的这种时空分布特征具有明显的地域性和稳定性，有利于开展人工增雨工作。     

MODIS brightness temperature data assimilation under cloudy conditions Ⅱ: Impacts on rainstorm forecasting

Although satellite observations provide large amount of information of clouds and precipitation and play an important role in the forecast of heavy rainfall, they have not been fully taken advantage of in data assimilation of numerical weather predictions, especially those in infrared channels. Assimilating radiances is common under clear-sky conditions since it is extremely difficult to simulate infrared transmittance in cloudy sky. Based on the Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System 3-dimensional variance (GRAPES-3DVar), cloud liquid water content, ice-water content and cloud cover are employed as governing variables in the assimilation system. This scheme can improve the simulation of infrared transmittance by a fast radiative transfer model for TOVS (RTTOV) and adjust the atmospheric and cloud parameters based on infrared radiance observations. In this paper, we investigate a heavy rainfall over Guangdong province on May 26, 2007, which is right after the onset of a South China Sea monsoon. In this case, channels of the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) for observing water vapor (Channel 27) and cloud top altitude (Channel 36) are selected for the assimilation. The process of heavy rainfall is simulated by the Weather Research and Forecasting (WRF) model. Our results show that the assimilated MODIS data can improve the distribution of water vapor and temperature in the first guess field and indirectly adjust the upper-level wind field. The tendency of adjustment agrees well with the satellite observations. The assimilation scheme has positive impacts on the short-range forecasting of rainstorm.     

利用CloudSat卫星资料分析云微物理和光学性质的分布特征

利用2007年1月2010年12月高垂直分辨率CloudSat卫星的2B数据产品,对云微物理特征量(包括云中液态水/冰水含量、液态水/冰水路径、云滴有效半径等)以及云光学参数(云光学厚度等)的全球分布和季节变化进行了统计分析,并研究了云微物理性质对光学性质的影响。结果表明,冰水路径分布在北美南部、南美大陆、非洲大陆、澳大利亚和南亚的陆地上空,以及太平洋、大西洋和印度洋的洋面上空,高值区最大值达600 g·m-2以上;垂直方向上,高值区位于赤道地区8 km附近以及中纬度地区4~8 km高度上。液态水路径在300 g·m-2以上的高值区主要位于太平洋、印度洋和大西洋的中低纬度海域上空,垂直上液态水含量随高度递减。冰云有效半径在高纬度地区近地面层达200μm以上,在赤道附近4~8 km上有1个高值区,南北半球中纬度地区2~4 km上有2个高值区,最大值均达到80μm以上。在1 km以下的边界层水云有效半径值较大,达到12μm以上。总云光学厚度在全球大部分地区40,高值区普遍位于中高纬度的广阔地区和低纬度靠近大陆的洋面上空;垂直方向上,云光学厚度的高值集中在2 km以下的边界层。云光学厚度的分布受云量、云水含量和云滴有效半径的影响,云量大的地区基本为云光学厚度的大值区。