Effects of prescribed initial cloud droplet spectra on convective cloud and precipitation developments under different thermodynamic conditions: A modeling and observational study

A two-dimensional cloud model with bin microphysics was used to investigate the effects of cloud condensation nuclei (CCN) concentrations and thermodynamic conditions on convective cloud and precipitation developments. Two different initial cloud droplet spectra were prescribed based on the total CCN concentrations of maritime (300 cm^− 3) and continental (1000 cm^− 3) air masses, and the model was run on eight thermodynamic conditions obtained from observational soundings. Six-hourly sounding data and 1-hourly precipitation data from two nearby weather stations in Korea were analyzed for the year 2002 to provide some observational support for the model results.For one small Convective Available Potential Energy (CAPE) ( 300 J kg^− 1) sounding, the maritime and continental differences were incomparably large. The crucial difference was the production of ice phase hydrometeors in the maritime cloud and only water drops in the continental cloud. Ice phase hydrometeors and intrinsically large cloud drops of the maritime cloud eventually lead to significant precipitation. Meanwhile negligible precipitation developed from the continental cloud. For the three other small CAPE soundings, generally weak convective clouds developed but the maritime and continental clouds were of the same phases (both warm or both cold) and their differences were relatively small.Model runs with the four large CAPE ( 3000 J kg^− 1) soundings demonstrated that the depth between the freezing level (FL) and the lifting condensation level (LCL) was crucial to determine whether a cloud becomes a cold cloud or not, which in turn was found to be a crucial factor to enhance cloud invigoration with the additional supply of freezing latent heat. For two large CAPE soundings, FL–LCL was so deep that penetration of FL was prohibitive, and precipitation was only mild in the maritime clouds and negligible in the continental clouds. Two other soundings of similarly large CAPE had small FL–LCL, and both the maritime and continental clouds became cold clouds. Precipitation was strong for both but much more so in the maritime clouds, while the maximum updraft velocity and the cloud top were slightly higher in continental clouds. Although limited to small CAPE cases, more precipitation for smaller FL–LCL for a selected group of precipitation and thermodynamic sounding data from Korea was in support of these model results in its tendency.These results clearly demonstrated that the CCN effects on cloud and precipitation developments critically depended on the given thermodynamic conditions and not just the CAPE but the entire structure of the thermodynamic profiles had to be taken into account.     

毫米波云雷达功率谱密度数据的检验和 在弱降水滴谱反演中的应用研究

本文首先利用数值模拟的方法,分析了利用毫米波云雷达功率谱密度反演雨滴谱时,降水粒子米散射效应、空气湍流、空气上升速度等对雨滴谱和液态水含量等参数反演的影响;建立了功率谱密度处理及其直接反演雨滴谱、液态水含量、降水强度和空气上升速度的方法;并利用2012年7月在云南腾冲观测的二次弱降水数据,采用毫米波雷达和Ku波段微降水雷达观测的回波强度、径向速度垂直廓线以及780 m高度上的功率谱密度对比的方法,以及毫米波云雷达观测的780 m高度上功率谱密度、回波强度与地面雨滴谱计算得到的这些量的对比方法,分析了毫米波雷达数据的可靠性;并将780 m高度上毫米波雷达反演的雨滴谱与地面雨滴谱数据进行了对比,分析了毫米波雷达反演的雨滴谱的准确性;分析了毫米波雷达回波强度偏弱的原因,讨论了该高度以下降水对毫米波雷达衰减的影响。结果表明:空气湍流对弱降水微物理参数反演影响不大,而空气上升速度和米散射效应均对反演结果有一定影响;毫米波雷达观测到的径向速度和功率谱密度与微降水雷达比较一致,回波强度的垂直廓线的形状与微降水雷达也比较一致,但毫米波雷达观测的回波强度偏弱;与雨滴谱计算值相比,毫米波雷达观测的低层的回波强度也偏弱,天线上的积水是造成毫米波雷达回波强度变弱的主要原因。毫米波雷达观测的低层的功率谱密度与地面雨滴谱观测的数据形状比较一致,但有一定的位移。毫米波雷达反演的雨滴谱与地面观测的谱型和粒子大小也比较一致。这些结果初步验证了毫米波雷达观测的功率谱密度及其反演方法的可靠性。     

新型扩散云室搭建及其对黄山地区大气冰核的观测研究

本研究利用自行搭建的大气冰核高压静电采样器和静力真空水汽扩散云室,并结合其他大气冰核及气象要素观测仪器,于2011年5～9月及2012年9～10月在黄山三层不同高度上同时进行大气冰核及相关气象要素的连续观测。结果显示:黄山地区总冰核数浓度平均为18.74 L-1,凝结冻结核化冰核数浓度平均为0.79 L-1,凝华核化冰核数浓度平均为0.19 L-1。黄山地区冰核数浓度,随着高度的增加而减小;且存在春季较高、秋季居中、夏季较少的季节变化规律;下午达到一天中的最高值,夜晚达到一天中的最低值;总冰核数浓度较北方少。黄山山顶冰核数浓度随活化温度的升高而减小,随过饱和度的升高而增大,随风速的增强而增大,长期主要由西南风向山顶的输送,且其主要由大粒子来充当。     

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。     

WRF模式对福建沿海风电场风速预测的效果分析

在WRF模式中选取不同的边界层、近地面层以及陆面过程参数化方案,设计了4种不同物理过程参数化方案,组合模拟福建沿海某测风塔站2010年1月1—11日和7月1—11日的逐时风速,将数值模拟结果和同期测风塔观测数据进行对比,以寻求最佳参数化方案。经分析比较,采用MYJ边界层方案,Monin-Obukhov近地面层方案以及Noah陆面过程方案的方案2模拟效果最好。使用该方案对2010年1月和7月的风速进行模拟,按不同风速级别分别对数值模拟结果进行对比分析,结果表明:方案2对6~15m/s风速模拟的平均相对误差在20%左右,能够满足风电预测的精度需求;而对0~6m/s风速模拟的误差相对较大,这可能是由于模式地形分辨率不够精细以及风塔所处海陆交界处的特殊位置,使低风速容易受地面扰动以及海陆气流影响所致。     

提高月预报业务水平的动力相似集合方法

针对基于大气环流模式的月预报问题,提出了一种能有效减小预报误差并提高预报技巧的动力相似集合预报新方法。该方法着眼于动力模式与统计经验的内在结合,在模式积分过程中通过提取大气环流历史相似性信息,对模式误差进行参数化处理,形成多个时变的相似强迫量来扰动生成预报的集合成员。将这一集合新方法应用到中国国家气候中心业务大气环流模式(BCC AGCM1.0),一组10 a准业务环境下回报试验结果显示,相比于业务集合预报,动力相似集合预报方法能有效改进模式对于大气环流的纬向平均、超长波和长波预报,从而有效提高了月平均环流预报技巧(几乎达到业务可用标准)和逐日环流预报技巧,并显著降低了预报误差,合理增加集合离散度,使二者配置关系得以改善,有望在业务预报中应用。     

1960年以来东亚季风区云-降水微物理的直接观测研究

云-降水的直接观测结果是云微物理参数化的重要依据。自1960年以来,处于东亚季风影响下的中国实施了大量对云-降水微物理参数的观测和研究,旨在加深对云-降水微物理过程的认识,从而改进数值模式中云微物理参数化方案和指导人工影响天气作业。云-降水微物理参数包括气溶胶、冰核、云滴、雨滴、冰晶、雪晶、冰雹等粒子浓度和谱分布,以及云滴、雨滴含水量等。中国已有云-降水微物理参数的成果可归纳为:(1)通常云-降水微物理粒子浓度变化较大,但总体变化有一定的范围;(2)采用Γ函数拟合云滴谱更接近实际谱,但不同拟合谱参数差异较大;(3)可用指数函数和Γ函数来拟合层状云降水雨滴谱,Γ函数拟合积云和层积混合云降水雨滴谱精度更高;(4)中国冰核浓度较高,冰核浓度随温度的降低近似成指数变化;(5)冰晶谱、雪晶谱、冰雹谱通常采用指数函数来描述;(6)通常使用荣格(Junge)和Γ函数来分段描述气溶胶粒子谱拟合误差更小。由于云-降水过程及其反馈作用描述不准确是数值模式预报结果不确定性的最大因素,中国正在不断地推进云降水的微物理观测研究,以期进一步加深对东亚季风区云-降水微物理特征的认识,从而为模式中微物理参数化方案的改进提供观测依据和科学指导。基于数值预报模式中云微物理过程参数化发展的需要,总结了中国1960年以来云-降水微物理直接观测的研究成果,可为东亚地区云-降水微物理研究及其模式参数化方案的改进提供观测依据。此外,针对云微物理参化发展的需求,结合过去已有的大量观测提出了几点建议,为今后云-降水物理综合性观测方案的设计提供参考。     

地市级地理信息共享服务平台设计

随着社会经济与信息技术的不断发展,地市级智慧城市建设提上日程,如何建立一套规范统一而又具有通用性的地理信息共享服务平台是其关键.平台建设必须考虑三方面内容,即建设内容、运维机制与具体应用.在智慧唐山建设过程中,以面向服务为目标,顾及地市级地理信息共享服务平台的通用性,针对总体需求、总体架构、关键技术等方面进行设计,明确地理信息共享服务平台建设的内容、运维机制建设以及示范应用等内容,探讨适用于地市级智慧城市地理信息共享服务平台构建的解决方案.     

The soil hydrologic response to forest regrowth: a case study from southwestern Amazonia

As a large and dynamic land‐use category, tropical secondary forests may affect climate, soils, and hydrology in a manner different from primary forests or agricultural areas. We investigated the saturated hydraulic conductivity K_sat of a Kandiudult under different land uses in Rondonia, Brazil. We measured K_sat at four depths (12·5, 20, 30 and 50 cm) under (a) primary forest, (b) a former banana–cacao plantation (SF1), and (c) an abandoned pasture (SF2). At 12·5 cm, all three land uses differ significantly (α = 0·1), but not at the 20 and 30 cm depths. At 50 cm, K_sat was significantly greater in the former pasture than in other land uses. Lateral subsurface flow is expected during intense rainfall (about 30 times per year) at 30 cm depth in SF1 and at 50 cm depth in the forest, whereas the relatively low permeability at shallow 12·5 cm in the SF2 may result not only in lateral subsurface flow, but also saturation overland flow. For modelling purposes, recovering systems seem to have K_sat values distinct from primary forest at shallow depths, whereas at deeper layers (>20 cm) they may be considered similar to forests. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于CALIPSO卫星资料的京津冀地区MODIS卷云云顶高度订正

卷云在大气辐射中扮演着重要角色,对天气系统和气候变化产生重要影响。相比传统地基观测手段,卫星遥感更容易探测到高层卷云的信息,本文利用CALIOP主动遥感仪器可获取较为准确的薄卷云特性的特点,针对MODIS被动遥感探测器反演的薄卷云云顶高度的偏差开展订正研究。研究选取2013～2017年京津冀地区MODIS云产品,结合CALIPSO卫星的卷云云顶高度数据,基于交叉验证的方法得到线性拟合方案,对MODIS卷云云顶高度进行订正。订正后的MODIS与CALIPSO卷云云顶高度差值的分布区间由?3～2 km变为?2.0～2.5 km,峰值由?0.8 km左右变为0.2 km左右。订正效果随云顶高度和云光学厚度的不同有所变化,其中较低层卷云和光学薄卷云的订正效果更明显。