高纬度强对流与对流层上层水汽变化关系的数值模拟研究

应用WRF中尺度模式模拟了发生在黑龙江省西南部的一次区域性暴雨过程,通过云微物理参数化方案的敏感性试验,分析了对流云体中水汽垂直输送特征.结果表明:强对流活动使对流层上层局地水汽平均增加10倍以上,对流活动对于水汽的垂直输送以及对高层水汽含量的改变具有非常显著的作用.云微物理参数化方案,对于整个对流层水汽通量密度变化趋势有较好的表现.在不同方案中,0.5 ～9 km水汽通量密度及24 h总水汽垂直输送量,随高度变化差异较大.这是由平均垂直速度对不同方案敏感性造成的,不同的参数化方案,水汽通量最大值间最多相差可达27.9％.在不同的方案中,对流层上层加湿作用持续时间和对流层上层平均水汽混合比的最大值较敏感:对流活动可造成模拟区域对流层上层增湿持续16 ～20 h不等;对流层上层平均水汽混合比的最大值差异明显,最大可达15.8％.进行24 h平均后,上述物理量对方案的敏感性可减小到8.3％.所以,云微物理方案的不确定性对于暴雨过程的时间尺度是不可忽视的.     

北斗和GPS反演大气可降水量的对比分析

北斗地基增强系统是我国北斗卫星导航系统重要的地面基础设施,它可以获取高精度、高时间分辨率的水汽产品,满足数值预报、空间天气监测和预警业务的需求。本文利用2017年北斗地基增强系统中北斗单模、GPS单模和GPS+BD双模的数据资料,对同址的北斗气象站、GPS气象站和探空站反演大气可降水量进行对比分析,结果表明:(1)现行北斗地基增强系统所提供的数据,可以有效地用来反演大气柱总水汽含量,所得结果合理,平均偏差都小于1 mm,在变化上与GPS系统和探空系统基本一致,对数值预报有一定的指示作用;(2)与GPS系统相比,GPS单模/PWV和GPS+BD双模/PWV的均方差小于2 mm,相关系数均在0. 97以上,表明两者在反演PWV的精度上与GPS系统相当,而北斗单模/PWV的均方差为3～6 mm,相对方差达到了15%～20%,其精度与GPS系统还有一定的差距;(3)与探空相比,北斗单模在个别时次变化趋势上存在不一致的情况,其均方差为2. 14～6. 12 mm,相对方差为15. 32%～20. 84%,其误差可能是由于探测系统误差等因素造成的,而GPS+BD双模和GPS单模会更加稳定。     

南疆西部持续性暴雨环流背景及天气尺度的动力过程分析

2013年6月14—19日南疆西部出现了持续性暴雨,使用常规观测资料和NCEP再分析资料在讨论环境大气湿度条件与暴雨关系的基础上,分析了水汽远距离输送到新疆并在南疆上空积累的天气尺度动力过程及其形成的原因。结果表明,暴雨产生在大气异常潮湿的环境中,强降雨时段对流层低层比湿最大值达到16～18 g·kg-1。长时间强降水的重要原因是边界层以上高湿的特征在暴雨产生过程中一直维持,充沛的水汽被一支从阿拉伯海和孟加拉湾的偏南气流向北输送,偏南风持续增速加大了水汽的输送。同时,随着偏南气流向北靠近新疆,对流层低层偏东急流在南疆西部产生强的水汽通量辐合,使得高空强烈辐散与低空辐合之间的耦合不断加强,不仅增加了低层水汽在暴雨区汇集,也通过增强垂直速度将更多的潮湿空气向上输送,使高层大气湿度增加。暴雨的日变化与阿克苏南部中尺度垂直环流圈的间断性建立及低层偏东急流在夜间增强有关。     

2008年初江苏暴雪天气的诊断分析

用2008年1月25—29日NCEP/NCAR一日四次全球再分析资料对1月25—29日江苏省大范围强降雪过程的天气背景、散度场、水汽通量的流函数与势函数、视热源与视水汽汇以及Q矢量等物理量进行了分析,并进行了南北地区的对比。结果表明:(1)200 hPa与850 hPa的散度差值场,与降雪落区有较好的对应关系;(2)沿江和苏南地区明显的水汽辐合,配合北方冷空气的向南侵入,是造成江淮流域持续暴雪的重要原因之一;(3)强降雪期间,非绝热加热对降雪产生重要影响,其中淮河以南降雪以对流性降雪为主,淮河以北地区以非对流性降雪为主;(4)非地转风造成的Q矢量辐合区主要位于850 hPa切变线附近,为强降雪提供了有利条件。     

华北“7·19”暴雨中低涡系统演变及多尺度相互作用机制研究

为探究华北暴雨的维持及中尺度系统演变机制,利用NCEP/NCAR的GFS资料、地面自动站观测资料等,借助数值模拟、涡度收支分析和尺度分离等方法,对2016年7月19日前后一次华北暴雨过程进行了观测分析和模拟研究。(1)本次极端降水过程与东移低槽切断形成的深厚低涡密切相关。低涡与副高脊线形成“东高西低”形势且雨区始终处于高层辐散低层辐合的动力配置下,有利于对流维持。涡旋与低空急流的配合使来自西南侧和东侧的水汽在华北辐合,并使雨区处于能量锋区,对流层中低层形成深厚逆温层,为暴雨维持提供水汽和能量保障。(2)低涡系统总体呈增强趋势,中心涡度最高达55×10-5 s-1以上。成熟阶段呈现贯穿对流层的直立正涡度柱,但涡度变化集中在500 hPa以下,中心维持在850 hPa附近。涡度增长主要受正涡度区与辐合中心重合产生的拉伸效应以及干侵入等因素的促进作用。(3)低层辐合中心由三种不同尺度系统叠加而成,其中中尺度系统对中心的强度和位置影响最大,而大中尺度风场间的辐合也使辐合区更大、强度更强。低层涡旋增长与风场辐合加强之间形成正反馈调节,有利于低涡和降水的维持。      

全球大地热流研究进展

大地热流是表征地球热状态的重要地球物理参数,它记录了发生在地球深部各种作用过程和能量平衡的信息。大地热流的测量与汇编是固体地球物理学领域的基础性工作。本文对最近20年来全球大地热流研究的相关进展进行了综述,包括介绍近年来全球大地热流数据库建立和汇编情况,据此阐述了全球大地热流的分布规律及主控因素。继而重点对大陆和大洋热流研究中的若干重要概念或关键问题（如热流省、热流-生热率关系、壳幔热流配分系数、大洋岩石圈热演化模型和地下水循环等）、全球热量收支及其时空变化等方面进行了分析。最后,就全球热流汇编研究中需注意的问题以及今后的研究方向做了一些讨论。     

当地暴雨放大法水汽效率放大的研究与应用

水汽效率放大法广泛应用于我国一级大型土石坝水电工程和核工程的短历时可能最大暴雨计算。为了研究该方法的基本原理并更好地适用于实际工程,对该方法涉及各参数的物理含义进行了详细阐述,对极大化参数的选取和合理性分析进行了说明,并应用于金沙江流域1d PMP计算。结果表明:水汽效率放大法对降水的两个基本物理因子(水汽因子和动力因子)同时进行了放大,一般可采用该方法推求的成果作为推荐成果;推求可降水量时代表性露点的选择应在时间和地区上具有代表性;该方法中暴雨效率间接反应了设计流域空气辐合上升运动的情况,是目前动力因子中最容易计算且精度较高的方法;该方法推求的PMP成果与选取的典型暴雨量无关,只与设计流域最大可降水量、可能最大暴雨效率和降水时段有关。     

半干旱区域高速公路绿化带建设对地下水循环的影响: 以京藏高速公路呼包段为例

高速公路绿化带能美化环境,吸尘减噪,保持水土,但在降水量少的干旱地区,高速公路绿化带主要依赖地下水补给,会对区域地下水资源分布产生一定影响。以土默川平原北部呼包高速绿化带为研究对象,利用3S技术将研究区的绿化带进行分类,同时,结合ET_0等相关公式计算绿化带的蒸腾耗水量。在收集区域水文地质资料的基础上,掌握研究区的地下水补径排特征,计算研究区侧向补给量,进而得出绿化带蒸腾耗水量与地下水补给量之间的关系,定量分析高速公路绿化带建设对区域地下水循环的影响。结果表明:研究区地下水补给主要来源于大青山山前侧向补给,主要排泄为地下水径流排泄及绿化带的蒸腾耗水; 2016-07—2017-06期间,研究区非植被区、植被覆盖区分别占总面积的17%和83%,绿化带年蒸散发量为1006.10 mm,蒸腾耗水量为2434.86×10~4m^3/a;山前侧向补给量为24372.16×10~4m^3/a;绿化带蒸腾耗水量约占山前侧向补给量的10%。由此可见,高速公路绿化带的建设对地下水资源分布有着重要的影响。     

2017年金华地区大气降水的水汽输送特征

利用2017年1～12月当地降水资料和同期全球再分析资料,引入HYSPLIT和GrADS气象模型,定量分析金华地区大气降水的水汽输送特征。结果表明:(1)研究区逐月场降水的水汽来源、运移路径存在差异。逐月水汽变化过程与冬、夏季风具有密切的联系。其中,4～5月水汽输送呈现为冬、夏季风之间的转换特征;9～10月为夏、冬季风转型时期。(2)研究区水汽输送通道大致可分为四条:西太平洋、孟加拉湾-南海、欧亚大陆和局地水汽通道;另外,研究区不同高度层的水汽在冬、夏半年的水汽输送通道和贡献率不同。