Development of a rain‐on‐snow detection algorithm using passive microwave radiometry

Currently observed climate warming in the Arctic has numerous consequences. Of particular relevance, the precipitation regime is modified where mixed and liquid precipitation can occur during the winter season leading to rain‐on‐snow (ROS) events. This phenomenon is responsible for ice crust formation, which has a significant impact on ecosystems (such as biological, hydrological, ecological and physical processes). The spatially and temporally sporadic nature of ROS events makes the phenomenon difficult to monitor using meteorological observations. This paper focuses on the detection of ROS events using passive microwave (PMW) data from a modified brightness temperature (T_B) gradient approach at 19 and 37 GHz. The approach presented here was developed empirically for observed ROS events with coincident ground‐based PMW measurements in Sherbrooke, Quebec, Canada. It was then tested in Nunavik, Quebec, with the Advanced Microwave Scanning Radiometer for the Earth Observing System (AMSR‐E). We obtained a detection accuracy of 57, 71 and 89% for ROS detection for three AMSR‐E grid cells with a maximum error of 7% when considering all omissions and commissions with regard to the total number of AMSR‐E passes throughout the winter period. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

东北地区春季首场透雨的变化特征及与青藏高原地面加热场强度的关系

利用1958—2012年4—5月东北地区(39°~55°N、118°~135°E)101个站点逐日降水资料、青藏高原地区(25°~40°N、73.75°~103.75°E)JRA-55的地面感热和潜热通量月平均再分析资料以及NCEP/NCAR-I大气环流场的月平均再分析资料,分析了春播期首场透雨出现日期的时空变化特征及其与透雨量和播种期降水量间的关系,以及对青藏高原地面加热场强度异常的响应及其可能机制。结果表明:透雨日期自1958年以来在东北地区的西北和东南大部分区域呈现略微偏晚的趋势;中部有略微偏早的趋势。春播期首场透雨出现时间偏早(晚)的地方,首场透雨量小(大),春播期总降水量多(少)。同时,4月青藏高原地面加热场强度增强(减弱),有利于(不利于)来自北方的冷空气和南方的暖湿气流在东北上空交汇,且上升气流增强(减弱),水汽输送充沛(减少),导致该地区春季首场透雨出现的时间偏早(晚)。     

Logistic判别模型在强降水预报中的应用

利用Logistiv判别模型进行强降水预报,并设计3种方案进行对比分析。方案1直接使用14个影响因子进行判别预报,受因子共线性作用及噪音信号影响,虽然拟合效果较好,但预报效果明显下降。方案2对14个影响因子进行主成分分析,利用前6个主成分建模,虽然拟合效果较方案1降低,但由于消除了因子共线性作用以及噪音信号影响,预报效果较方案1提高。方案3运用Bootstrap抽样技术得到符干样本并建模计算模型参数,打乱了原有时间序列中的波动,仪保留平稳信息,拟合自由度进一步降低,导致拟合效果较方案案2下降,但预报效果却是3种方案中最好且最稳定的。在上述研究基础上,利用欧洲中心数值预报模式的预报场资料,建立基于Logistic判别模型的强降水客观预报系统,并在中央气象台业务运行。2013和2014年连续两年汛期预报检验结果表明,概模型对强降水预报的TS评分高于数值模式本身,具有一定的业务参考价值。     

中国东部7类暴雨异常环流型

近年来的研究发现,瞬变扰动天气图上的扰动场天气系统对区域暴雨的落区指示能力强于传统天气图上的总场天气系统。为供预报员在业务预报中参考,本文划分1998年发生在中国东部地区的41日次区域暴雨为7类扰动场天气系统。与区域暴雨相联系的7类异常环流型分别是:华南切变线、华南涡旋、华南倒槽、长江切变线与槽、沿江涡旋、华北涡旋和东北涡旋。无论是在对流层的垂直剖面上,还是在850 hPa水平分布上,扰动天气图上位势高度低值和风扰动辐合处并配合大的水汽扰动对应有区域暴雨,而传统天气图上的低值系统和高水汽区与暴雨之间存在位置上的偏移。由此建议,用实况大气变量和中期数值模式产品绘制扰动天气图有助于预报员确定区域暴雨落区。     

无锡梅雨期湿沉降综合分析

利用2008—2014年梅雨期间酸雨观测资料及2014年6月16—27日降水个例加密采样资料,结合大气污染物资料分析了近7 a无锡梅雨期酸雨特征,研究降水过程中空气污染物、p H值、电导率的变化及降水对污染物的清除作用。结果表明:无锡市梅雨期酸雨年平均p H值呈现逐年递增趋势。降水过程中,颗粒物质量浓度显著降低;气体浓度变化受其自身日变化及排放源影响大于雨水的清除作用;样品的p H值、K值每个过程变化并不一致,K值变化与颗粒物质量浓度变化大致保持一致。降水、风对颗粒物质量浓度影响大于对气体浓度的影响。长时间连续降水时,降水对颗粒污染物的清除存在极限。小时雨量在0~0.5 mm时,降水对颗粒物浓度做负清除,其值反而略有增加;小时雨量在0.6~5.0 mm时,降水对颗粒物质量浓度做正清除;小时雨量达到5.1 mm及以上时,对PM_(2.5)和PM_(2.5-10)做正清除,对PM_(10)做负清除。降水对SO_2有稀释清除作用;对NO_2的稀释作用取决于其开始浓度值;对CO、O_3的清除作用不显著。     

褐菖鲉(Sebastiscus marmoratus)受精卵以及仔鱼期氨基酸与脂肪酸变化研究

为研究褐菖鲉(Sebastiscus marmoratus)发育早期氨基酸和脂肪酸的组成及变化规律,采用GC/MS法等方法分析了褐菖鲉的受精卵、初产仔鱼、前仔鱼期和后仔鱼期四个阶段的氨基酸和脂肪酸组成特点及其含量变化。结果表明:(1)总氨基酸含量从受精卵至初产仔鱼显著下降、前仔鱼期又显著回升、至后仔鱼期再次呈显著下降(P0.05);(2)总游离氨基酸量以初产仔鱼最高,是受精卵的10倍,各期的游离氨基酸占总氨基酸比值为1.4%—20.0%;(3)受精卵中以DHA、C16:0两者实际含量最高,分别为104.88 mg/g和68.74 mg/g,C18:1n-9和EPA次之,分别为41.23 mg/g和27.23 mg/g;(4)褐菖鲉内源性营养阶段被选择性消耗的主要脂肪酸依次为C16:0C18:1EPADHAARA,就脂肪酸的利用率而言MUFASFAPUFA;(5)褐菖鲉仔鱼在开口后的外源营养阶段对脂肪酸的利用率为PUFASFAMUFA,其中DHA相对EPA和ARA被选择性消耗。研究表明,褐菖鲉受精卵的游离氨基酸/总氨基酸比值符合海水鱼类沉性卵的特征,褐菖鲉在早期发育不同阶段对脂肪酸消耗具有不同的选择性,C16:1、C16:0、C18:0和C18:1是褐菖鲉早期发育的主要能源物质,在褐菖鲉开口饵料中添加一定水平的异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸等氨基酸及高度不饱和脂肪酸DHA等是十分必要的。     

星载SAR对雨团催生海面风场的观测研究

雨团或对流雨是热带与亚热带地区的主要降雨形式,较易被高分辨率星载合成孔径雷达（SAR）探测到。SAR图像上的雨团足印是由大气中雨滴的散射与吸收、下沉气流等共同导致形成的。本文以RADARSAT-2卫星100 m分辨率的SAR图像上雨团引起的海面风场及其结构反演与解译作为实例进行分析。使用CMOD4地球物理模式函数,分别以NCEP再分析数据、欧洲MetOp-A卫星先进散射计（ASCAT）和中国HY-2卫星微波散射计的风向为外部风向,进行了SAR图像的海面风场反演。反演的海面风速相对于NCEP、ASCAT和HY-2的均方根误差（RMSE）分别为1.48 m/s,1.64 m/s和2.14 m/s。SAR图像上一侧明亮另一侧昏暗的圆形信号图斑被解译为雨团携带的下沉气流对海面风场（海面粗糙度）的改变所致。平行于海面背景风场其通过雨团圆形足印中心的剖面上的风速变化可拟合为正弦或余弦曲线,其拟合线性相关系数均不低于0.80。背景风场的风速大小、雨团引起的风速大小以及雨团足印的直径可利用拟合曲线获得,雨团足印的直径大小一般为数千米或数十千米,本文的8例个例解译与分析均验证了该结论。     

不同培养条件对三角褐指藻生长及其生物活性成分积累的影响

以三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)为研究材料,比较了Na NO3、NH4HCO3和CO(NH2)2为氮源的两种培养基(m L1和ASW培养基)对其生长和生物活性成分(岩藻黄素、金藻昆布糖和二十碳五烯酸(C20:5,EPA))时相积累的影响,同时分析了脂肪酸组成和总脂含量的变化。结果表明:以m L1培养基培养时,三角褐指藻的生物质质量浓度明显高于ASW培养基培养时的生物质质量质量浓度,尿素优于其他两种氮源,最大生物质质量质量浓度为3.7 g/L。不同培养条件下岩藻黄素含量的时相变化规律一致,均随着培养时间的延长呈现先增加后减少的趋势,其最高积累量分别为:13.27 mg/g(Na NO3)、13.23 mg/g(CO(NH2)2)和13.89 mg/g(NH4HCO3)(m L1);13.2 mg/g(Na NO3)、14.92 mg/g(CO(NH2)2)和13.6 mg/g(NH4HCO3)(ASW),由此可知氮源对岩藻黄素积累量影响不大。金藻昆布糖含量随着培养时间延长逐渐增加,其最大积累量分别为9.82 mg/g(NH4HCO3)(m L1)和8.59 mg/g(Na NO3)(ASW)。不同培养条件下其总脂含量变化不显著,均在培养末期达到最大值,分别为24.18%(NH4HCO3)(m L1)和23.79%(Na NO3)(ASW);其主要脂肪酸组成为:豆蔻酸(C14:0)、棕榈酸(C16:0)、棕榈油酸(C16:1)、硬脂酸(C18:0)、油酸(C18:1)、亚油酸(C18:2)、花生一烯酸(C20:1)、木焦油酸(C24:0)和EPA,其中,EPA含量随着培养时间延长逐渐下降,尿素最有利于EPA的积累。     

长江中下游宣城水东地区早白垩世酸性火山岩年代学、地球化学及岩石成因

位于长江中下游的宣城水东地区发育一套酸性火山岩,主要由流纹质角砾岩、流纹岩和珍珠岩组成。本文对该套火山岩进行了详细的锆石U-Pb年代学、主量元素、微量元素以及Nd-Hf同位素研究。LA-ICP MS锆石U-Pb定年结果显示3种岩性的火山岩年龄分别为133.2±0.8、133.4±0.8和131.5±0.9 Ma。主量元素组成上,这套酸性火山岩具高硅(72.51%~81.79%)、富钾(K_2O/Na_2O=2.04~14.93,平均6.72)、贫钙镁(Ca O=0.19%~1.57%,Mg O=0.06%~0.29%)的特征,属于弱过铝质(A/CNK=1.02~1.24)的高钾钙碱性-钾玄岩系列岩石。微量元素方面,轻重稀土元素分馏明显[(La/Yb)_N=5.43~9.17],具明显的负铕异常(Eu/Eu~*=0.44~0.60),富集大离子亲石元素(LILE)Rb、Th、K和Pb等,亏损Ba、Sr、Nb、P和Ti等元素,表现出壳源的特征。全岩Sr-Nd和锆石Hf同位素组成变化范围相对较小,(~(87)Sr/~(86)Sr)_i为0.707 3~0.708 8,εNd(t)值为-7.05~-5.56,εHf(t)为-8.6~-1.3。结合区域地质研究成果,认为宣城水东地区酸性火山岩可能是在约135 Ma古太平洋板块俯冲作用之后的伸展-拉伸环境下,由新元古代早期新生地壳重熔而成。     

微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定海泡石中的稀土元素

海泡石是一种纤维状含水的富镁硅酸盐黏土矿,其中的稀土元素含量在1×10~(-7)～1×10~(-5)之间,目前还没有建立海泡石中稀土元素的国家标准分析方法。测定岩石中的稀土元素主要是采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS),样品前处理一般采用封闭溶矿和碱熔,但这两种处理方法耗时较长,效率不高。本文通过比较硝酸-氢氟酸-过氧化氢、硝酸-氢氟酸、硝酸-过氧化氢三种样品前处理方法,确定使用硝酸-氢氟酸溶矿,然后进行微波消解同时赶去氢氟酸,避免氢氟酸与稀土元素生成难溶的氟化物,再采用ICP-MS法测定15种稀土元素的含量。由于海泡石中的镁含量较高,为降低基体效应,以~(103)Rh和~(185)Re作内标补偿基体效应和校正灵敏度漂移,各元素测定值的准确性显著提高,回收率为91. 2%～110. 9%,检出限为0. 002～0. 011μg/L,精密度≤2. 79%。本方法与封闭酸溶ICP-MS法的分析结果吻合较好,且用酸量少(7 mL),溶矿效率高(1 h),检出限更低。