闪电和固、液态降水关系差异的数值模拟

为了进一步认识闪电和固、液态降水的关系,本文利用三维雷暴云动力-电耦合数值模式,通过设置敏感性试验组,模拟了一次雷暴过程,分析雷暴中闪电和降水的特征,以及闪电和固、液态降水对垂直风速的依赖关系,探讨闪电与固、液态降水的时空分布关系和单次闪电表征的降水量(RPF:rainyields per flash)。结果表明:对流云降水中,液态降水占主要部分,但固态降水比液态降水对于垂直风速的依赖性更强。随着对流的增强,固态降水在总降水中占的比重越来越大。首次放电时间不断提前,闪电峰值落后垂直风速峰值,总闪数一开始随对流的增强而增加,对流一旦增强到一定程度,总闪数则逐渐减小。固态降水和液态降水的开始时间和峰值时间均随着对流的增强而不断提前,而液态降水出现时间和峰值时间均提前于固态降水。雷暴云首次放电的时间滞后于液态降水,而闪电峰值提前固态降水峰值或与固态降水峰值同时产生。雷暴云中的放电活动集中在强降水区域前缘的较弱降水区,强降水区对应的闪电较少,对流的增强会使降水区域面积、降水量和降水强度增加。由于液态降水总量远大于固态降水总量,固、液态RPF的数值相差达到一个量级,但单位时间内固态降水和液态降水增加的速率相近。在单位时间内闪电次数越多,RPF则越小,而固态RPF和闪电次数的线性相关性明显好于液态RPF,所以利用固态降水可以更好地预报闪电。这些结果有助于进一步认识闪电和降水的关系,并可为闪电预报提供新的思路。     

多普勒雷达风场资料在临近预报中的应用

为了研究对流单体移动的运动学和动力学特征,本文综合应用多普勒雷达反射率因子资料和径向速度资料进行雷达回波的外推预报.采用速度方位显示方法(Velocity Azimuth Display,VAD)和交叉相关法(Tracking Radar Echoes by Correlation,TREC),分别得到设定的8个高度的水平风场,并作为回波的引导风,对相应高度的等高平面位置显示(Constant Altitude Plan Position Indicating,CAPPI)反射率因子进行外推.通过两次降水过程分析比较两种方法的外推结果,表明用这两种方法获得的未来60 min内的回波位置与回波实况较吻合;二者在某些高度上预报的评分接近.从两个个例的外推试验发现,预报效果最好的高度层与实际天气过程有关,关键是与降水回波中水平风的垂直分布有关,而不仅仅限于2.5～3.0 km高度.     

Impact of the Vertical Velocity Field on Charging Processes and Charge Separation in a Simulated Thunderstorm

A three-dimensional(3D) charging-discharging cloud resolution model was used to investigate the impact of the vertical velocity field on the charging processes and the formation of charge structure in a strong thunderstorm. The distribution and evolution of ice particle content and charges on ice particles were analyzed in different vertical velocity fields. The results show that the ice particles in the vertical velocity range from 1 to 5 m s-1obtained the most charge through charging processes during the lifetime of the thunderstorm. The magnitude of the charges could reach 1014 n C. Before the beginning of lightning activity,the charges produced in updraft region 2(updraft speed 13 m s-1) and updraft region 1(updraft speed between 5 and 13 m s-1) were relatively significant. The magnitudes of charge reached 1013 n C, which clearly impacted upon the early lightning activity. The vertical velocity conditions in the quasi-steady region(updraft speed between –1 and 1 m s-1) were the most conducive for charge separation on ice particles on different scales. Accordingly, a net charge structure always appeared in the quasi-steady and adjacent regions. Based on the results, a conceptual model of ice particle charging, charge separation, and charge structure formation in the flow field was constructed. The model helps to explain observations of the"lightning hole" phenomenon.     

利用毫米波测云雷达反演层状云中过冷水

毫米波测云雷达已成为研究云内微物理参数的有效工具,利用其从混合相云中识别出过冷水,对人工影响天气及预防飞机积冰具有重要意义,对我国毫米波雷达的数据处理也具有借鉴作用。本文利用英国的35 GHz、94 GHz测云雷达,结合激光雷达和探空资料,采用阈值法,反演分析了层状云中的过冷水。结果表明:(1)毫米波雷达联合激光雷达可以识别层状云中的过冷水,其结果与微波辐射计测量的液态水路径或毫米波雷达的双峰谱相符合;(2)利用多普勒速度的双峰谱可以反演混合相云中的过冷水含量、冰晶含水量。混合相云的雷达反射率因子主要取决于冰晶,根据雷达反射率因子反演会低估云内液态水含量;(3)本次层状云降水的亮带以上含有较多过冷水,此处35 GHz的雷达回波强度随冰晶的增大而减弱,且冰晶的含水量主导了总液态水含量。     

VTI介质转换波速度分析方法研究及应用

速度分析是转换波处理的核心问题之一,采用单平方根方程对具有垂直对称轴的横向各向同性(VTI)介质进行速度分析,使得转换波的处理不依赖于纵波的数据,既简化了转换波处理流程,又消除了由于纵波处理不精确所带来的传递误差。通过理论分析和数值计算,总结并设计了一套求取VTI介质转换波动校正参数的方法和处理流程,总结出了采用双参数扫描法获得较高分辨率和精度所需满足的必要条件。通过批处理和交互结合的方式对实际资料进行处理,取得了较好的处理效果,证明了该方法及软件的正确性。     

相位相关速度分析方法研究及效果比较

利用统计假设原理及地震信号瞬时相位的相关特性,计算了叠加速度谱。理论模型的试算和实际资料的处理结果表明:与常规速度分析方法相比,该方法具有较高的时间分辨率和速度分辨率,而且抗噪性非常好。该方法不仅不受时窗边界奇异性的影响,还可以有效地避免边缘效应,反映更多反射波信息。该方法对于层速度的精确计算很关键,同时也表明了统计方法用在多道信号估计上是有效的。     

速度误差对时间偏移和深度偏移的影响分析

地震数值计算表明:地震速度模型出现误差,对时间偏移和深度偏移有不同的影响,且深度偏移结果的误差往往大于时间偏移的误差,影响了深度偏移方法的广泛应用。根本原因在于时间偏移使用的是均方根速度,而深度偏移使用的是层速度,因此在速度模型相同的情况下,层速度的变化远大于均方根速度的变化。地震数值模拟分析同时说明,深度偏移结果的误差还取决于地下介质的结构和岩性。当界面二边速度差异比较大时,速度摄动值δ引起深度偏移结果的误差,远大于界面二边速度平缓变化的情况。深度成像的误差等于速度摄动值δ和界面二边速度对比度vi+1/vi的乘积。     

转换点位置对转换波速度分析精度的影响

在多波地震勘探中,转换点位置的求取精度直接影响共转换点道集的抽取,进而影响转换波速度分析的精度。利用DSR方程,对比了用不同的转换点计算方法进行转换波速度分析,分析其计算精度。     

地层倾角对转换波动校速度分析的影响

动校正速度的求取是三维转换波数据处理的重要环节,其精度高低对转换波的叠加成像质量影响很大。理论上转换波的速度求取受包括界面倾角在内的多种因素影响,但实际应用时这些因素往往被忽略。为证明倾角对动校速度的影响程度,依据前人的研究成果,模拟倾斜地层计算了不同倾角条件下二维测线CCP道集、三维全方位CCP道集PS波动校正速度,并对由不同倾角引起的计算精度差异进行了研究。研究结果表明,对于二维转换波CCP道集,界面倾角不同,动校拉平的速度会差别较大,即使如此也总能实现很大倾角范围内的CCP道集的同相叠加,获得较好的成像质量;对于三维全方位CCP道集,当界面倾角超过一定范围,无论怎样进行精细扫描,得到的都只能是适合特定方位的速度,无法得到适合任意方位的动校扫描速度,随着界面倾角的减小,利用速度扫描的办法可以在一定的偏移距范围内将来自不同方位的记录较平,界面倾角越小,可以校平的偏移距越大;另外由于道集内的地震记录依赖视倾角的动校正速度,在反射界面倾斜的情况下,方位不同,动校正速度不同,致使二维反射PS波资料往往比三维反射PS波资料容易叠加成像。     

基于分层EOF的深海声速剖面时变特征建模

针对目前局部海域小时间尺度声速场建模方法未顾及不同深度区间内声速变化规律的问题,本文根据实测深海声速剖面的统计特征,提出了声速剖面分层方法,并进一步基于经验正交函数（Empirical Orthogonal Function, EOF）提出了局部小时间尺度的声速剖面分层时变模型构建方法。利用南海实测全海深声速剖面数据,分析了分层EOF第一模态系数和等效平均声速的日变化特征,并比较了不同拟合模型的精度。最后,利用试验海区的温度和潮汐数据分析了声速剖面周期变化的影响因素。结果表明： ①声速剖面分层EOF第一模态系数及等效平均声速具有日周期变化特征,上层声速日周期变化特征不明显,中层声速日周期变化特征较明显,下层声速变化较小但仍具有日周期变化特征;②局部海域小时间尺度声速拟合应考虑长期变化项的影响;③试验海区声速剖面EOF第一模态系数变化与温度显著相关,提取的声速剖面时变特征与海区潮汐周期特征基本吻合。