Analysis of the Spatio-temporal Changes in Acid Rain and Their Causes in China (1998-2018)

With the rapid development of the economy, acid rain has become one of the major environmental problems that endanger human health. Being the largest developing country, the environmental problems caused by acid rain are of increasing concern with the rapid industrialization and urbanization in China. Recently, many researchers have focused on acid rain. To better understand the temporal and spatial dynamics of acid rain in China, the monitoring data on acid rain from 1998 to 2018 were studied using ArcGIS 10.2. The results show that the proportion of acid rain cities, the frequency, and the area of acid rain were decreasing, however, the situation still remains serious. Overall, the chemical type of acid rain was mainly sulfuric acid rain. However, the concentration ratio of SO₄ ^2-/NO₃ ^- decreased by 81.90% in 2018 compared with 1998, and presented a decreasing trend, which indicates that the contribution of nitrate to precipitation acidity has been increasing year by year. This research will help us to understand the distribution characteristics and causes of acid rain in China, and it may provide an effective reference for the prevention and control of acid rain in China.     

江西省早稻雨洗花灾害指标构建与灾损评估

构建早稻雨洗花灾害指标及适于早稻产量估算的灾损评估模型,对开展早稻雨洗花灾害监测、损失评估、灾害保险等具有重要意义。该文以江西省早稻为研究对象,利用1981-2015年14个水稻气象观测站逐日气象资料和农业气象观测资料,筛选出基于早稻抽穗扬花期间过程降水量、最大降水量、降水日数及实际产量的雨洗花灾害样本78个,在此基础上,利用相关分析、正态分布以及主成分回归法,建立了雨洗花灾害指标和灾损评估模型,并对其进行验证。结果表明:抽穗扬花期降水对雨洗花灾害形成有显著影响,其主要影响时段为抽穗扬花普遍期前后5 d内,关键时段为抽穗扬花普遍期前后3 d内。日降水量40 mm可作为早稻抽穗扬花期雨洗花灾害临界指标。以该指标为基础,统计日降水量不低于40 mm的降水日数及其对应的累积降水量,当累积降水量为40~170 mm时,为轻度雨洗花灾害,早稻一般减产小于15%,平均减产10%;当累积降水量不小于170 mm时,为重度雨洗花灾害,早稻一般减产不低于15%,平均减产22%。指标验证结果与历史实际灾害发生情况有较好的一致性。雨洗花灾损评估模型检验结果表明:雨洗花年模拟产量与实际产量吻合度较高,平均相对模拟误差为4.3%,78.0%的资料相对误差在5%以内,可利用该模型对雨洗花年的早稻减产率进行模拟和预测。     

“7·20” 华北和北京大暴雨过程的分析

本文对2016年7月19—21日华北及北京的特大暴雨作了研究和讨论。研究表明,该次暴雨为诸多有利因素所致:前期副热带高压呈带状稳定维持,中旬末东退,后呈"东高西低"分布,华北处于槽前辐合上升区,有利对流发生。高空西来槽停滞加深(并切断)与低层江淮暖性倒槽叠加,快速发生发展成为一深厚的气旋,出现了高低空系统的耦合。有一支暖(湿)输送带自南向北推进至关重要,源地可追踪至南中国海等低纬度地区,水汽通量辐合大值区先后经长江、黄淮至华北,有明显的中低纬度系统的相互作用。2016年的"7·20"暴雨和2012年"7·21"暴雨均存在明显的多尺度特征,但其具体特征有所不同。前者强烈对流活动稍弱于后者,降水趋势平稳,然而由于其大尺度强迫持续时间长,累积降水量仍然较大。本文主要集中于一些事实的分析,对于该次暴雨的机理尚需作进一步研究。     

2018年7月大气环流和天气分析

2018年7月大气环流的主要特征是极涡偏强且呈单极型分布,中高纬环流呈4波型,西太平洋副热带高压强度较常年明显偏强,位置较常年明显偏北。7月全国平均气温22.9℃,较常年同期偏高1.1℃,为1961年以来历史同期第三高;全国平均降水量133.8 mm,比常年同期（120.6 mm）偏多11%,与历史同期相比呈现北多南少的分布特征。月内我国有7次区域性暴雨天气过程,多站出现极端日降水量。7月共有5个热带气旋在西北太平洋和南海活动,并有“玛莉亚”、“山神”、“安比”3个台风登陆,生成和登陆个数均较常年偏多。我国中东部出现持续性高温天气,同时强对流天气频发,影响范围较广。     

一次局地大暴雨的地面观测资料同化预报试验研究

基于WRF（Weather Research and Forecasting）模式及其3DVAR（3-Dimentional Variational）资料同化系统,采用36 km、12 km 、4 km三层嵌套网格进行逐3 h资料同化和快速更新循环预报,对2011年5月8日鲁中一次局地大暴雨过程进行了资料同化敏感性试验。试验结果表明,地面观测资料同化和快速更新循环对本次降水的预报起到了关键性作用。在快速更新循环预报时不同化地面观测资料,或同化全部观测资料进行冷启动预报,模式均不能预报出山东的降水。同化地面观测资料后,显著改进了模式降水落区预报。地面观测资料同化可以影响到700 hPa高度以上温压湿风要素的变化,从而改变了大气初始场的温湿结构,导致模式预报的700 hPa附近高空大气湿度和热力不稳定增强,700 hPa以下低层风场更强,850 hPa鲁中以南风速较无观测资料同化的偏强2～4 m·s-1,低层风场的动力作用触发高空的不稳定大气,降水出现在山东。     

CLOUD RADIATIVE AND MICROPHYSICAL EFFECTS ON THE RELATION BETWEEN SPATIAL MEAN RAIN RATE, RAIN INTENSITY AND FRACTIONAL RAINFALL COVERAGE

Cloud radiative and microphysical effects on the relation between spatial mean rain rate, rain intensity and fractional rainfall coverage are investigated in this study by conducting and analyzing a series of two-dimensional cloud resolving model sensitivity experiments of pre-summer torrential rainfall in June 2008. The analysis of time-mean data shows that the exclusion of radiative effects of liquid clouds reduces domain mean rain rate by decreasing convective rain rate mainly through the reduced convective-rainfall area associated with the strengthened hydrometeor gain in the presence of radiative effects of ice clouds, whereas it increases domain mean rain rate by enhancing convective rain rate mainly via the intensified convective rain intensity associated with the enhanced net condensation in the absence of radiative effects of ice clouds. The removal of radiative effects of ice clouds decreases domain mean rain rate by reducing stratiform rain rate through the suppressed stratiform rain intensity related to the suppressed net condensation in the presence of radiative effects of liquid clouds, whereas it increases domain mean rain rate by strengthening convective rain rate mainly via the enhanced convective rain intensity in response to the enhanced net condensation in the absence of radiative effects of liquid clouds. The elimination of microphysical effects of ice clouds suppresses domain mean rain rate by reducing stratiform rain rate through the reduced stratiform-rainfall area associated with severely reduced hydrometeor loss.     

庐山一次积冰天气过程冻雨滴谱及下落末速度物理特征个例研究

利用PARSIVEL激光雨滴谱仪和自动气象站观测资料及MICAPS数据,对2014年2月7~15日庐山地区积冰天气期间持续时间在5 h以上的2次冻雨过程[2月10日（个例1）和2月13日（个例2）]降水谱分布特征及下落末速度粒径分布进行研究。所观测到的两次个例均是以冻雨为主体的混合相态降水,下落末速度粒径分布偏离G-K曲线,与常规液态降水存在差异,低落速的冻雨滴随降水过程会逐渐向冰粒和干雪转化。结果表明:（1）个例1总降水粒子谱谱宽大于个例2,但峰值数密度比个例2小:个例1谱宽为10 mm,个例2谱宽为4.25 mm,两者峰值粒径均为0.5 mm;个例1降水粒子谱宽为干雪>冻雨>冰粒,个例2降水粒子谱宽为冻雨>干雪>冰粒。（2）Gamma分布更适合描述混合相态降水粒子谱以及冻雨滴谱,个例1中总降水粒子谱Gamma分布为:N（D）=20D-3.61exp（-0.08D）,冻雨Gamma分布:N（D）=76D-2.18exp（-1.11D）;个例2中总降水粒子谱Gamma分布为:N（D）=30D-4.68exp（-0.75D）,冻雨Gamma分布:N（D）=30D-4.67exp（-0.75D）。（3）混合相态降水因混有干雪或冰粒而使得下落末速度粒径谱分布表现出不同程度地向大粒径小落速方向或小粒径大落速方向延展的趋势,这为今后依据下落末速度粒径谱区分同时期降水类型提供了新的思路。     

那曲市历年冰雹日数变化特征及冰雹、雷暴环境条件分析

利用那曲市7个国家气象观测站建站至2015年的冰雹日数资料,分析了那曲市冰雹日数时空分布特征及气候突变情况,并分析了2012—2016年色尼区单站冰雹日、雷雨日个例,揭示了色尼区冰雹、雷暴发生前的环境条件。结果表明:那曲市年平均冰雹日数呈减少趋势,减少趋势最明显的是申扎县,每10 a减少4. 9天,减少趋势最弱的为色尼区和班戈县,每10 a减少1. 9天,减少趋势均通过了0. 01的显著性检验;不同区域各代表站均显示减少趋势且出现突变现象;那曲市冰雹天气具有明显的季节特征,大多集中在6—9月;降雹时间多集中在14—20时,占全天的78%。对那曲市色尼区冰雹日和雷雨(无降雹)日个例分析表明,高原较强对流发生在0℃层高度低(多在1.5 km高度以下)、CAPE值小(多在500 J·kg~(-1)以下)、风垂直切变弱的环境下,与平原地区大冰雹环境差异显著,因而高原冰雹绝大部分为直径5 mm以下的小冰雹,严格意义上应称为霰;雷雨天气低层较雹日的更暖湿,其温度露点差略小于雹日的,露点比雹日的高,因而雹日抬升凝结高度高于雷雨日的。     

副高外围影响下遵义市区域性暴雨的高空形势场特征研究

利用常规观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,发现2007-2016年6～8月有8次区域性暴雨天气过程是由副高东退、引导高空槽东移的大尺度背景条件下,配合低层系统造成的,将其分类后得到三种类型：低涡槽型、高空槽气旋旋转型和高空槽低涡切变型;对每种类型的高空形势进行合成分析,找出了暴雨落区与高空系统、物理量配置之间的关系。     

伊犁河谷和天山北坡暴雨过程水汽特征分析

选取4次伊犁河谷、天山北坡暴雨天气过程,利用地面逐时降水、常规、NCEP/NCAR 1°×1°再分析及地基GPS遥感的大气水汽总量资料(GPS-PWV),通过合成分析方法得到暴雨期间大气环流的基本配置,阐明了伊犁河谷、天山北坡地区强降水期间环流形势及水汽输送的异同,结果表明:(1)强降水过程中暴雨区上空200 h Pa强辐散气流、500 h Pa槽前正涡度平流、西南气流利于垂直运动的发展,低层偏西、偏东和偏北气流为暴雨区提供水汽和不稳定能量,低层辐合、高层辐散,配合地形辐合抬升,上升运动进一步增强,造成强降水发生;(2)深厚的西西伯利亚低涡低槽系统移速缓慢,停滞时间长,造成强降水前暴雨站增湿时间更长,比较发现强降水发生前暴雨站GPS-PWV均存在1~3 d的增湿过程,暴雨期间测站GPS出现明显跃变,峰值可达到气候平均值的2倍左右;(3)GPS大气可降水量的演变与大尺度的水汽输送、聚集有较好的对应关系,但GPS高值区并不代表降水大值区,还应和动力热力等条件综合判断降水的强弱。