多通道奇异谱分析提取的CORS站大地高形变信息

针对GNSS测站噪声与局部效应对坐标时间序列精度的影响,提出有效提取CORS站网大地高时序形变信息的多通道奇异谱分析方法.MSSA方法提取的研究区各测站共有垂直形变信号,总体趋势上表现较为一致的起伏波动,其振幅并非恒定,而是随着时间变化增大或减小.MSSA方法重构的时间序列精度普遍高于FFT多周期重构法,38座CORS站中92％的测站采用MSSA方法重构之后其精度均有不同程度地改善,精度提升了2.01％～16.89％.实验结果表明:MSSA方法相比FFT方法更合适区域CORS站网大地高时序共有形变信息的提取,研究结果有助于发掘水负荷迁移与形变之间的作用机理,可为陆地水储量变化精确监测提供重要技术参考.     

伴随对流层中低层气温持续下降的雪转雨过程分析

利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）0.25°×0.25°分辨率细网格模式产品、探空观测资料和风廓线雷达等资料,对2014年2月18日浙江嘉兴雨雪天气过程中降水相态先由雨转雪、再由雪转雨的变化条件进行了分析,并对ECMWF细网格模式产品进行了预报性能检验,结果表明：模式形势预报准确,但未能预报出雪转雨过程。在对流层中低层气温持续降低的情况下,水汽凝结高度不同是造成两次相态转换的主要原因。上午垂直运动加强,水汽充沛,降水粒子的凝结高度高,足以形成大的雪花,在较低的零度层高度以下降落时不至于融化;下午垂直运动减弱,水汽集中在低层,尽管这一高度层的气温在-3～-2 ℃,但是不足以凝结成固态降水,同时地面气温受海上暖平流影响而回升,因此降水相态由雪转雨。     

陆面过程模型中垂直非均匀土壤的水分传输及相变的模拟

土壤湿度在陆气相互作用中的重要性体现在它既能影响陆地和大气之间水循环的速率, 又能改变地表的能量分配。本文针对陆面过程模型中描述土壤湿度变化的方程进行了理论分析, 指出在非均匀土壤和冻土中采用土壤水势梯度描述垂直非均匀土壤水分流动的合理性。基于描述土壤内部水热传输的统一土壤模型, 并利用推广的表征土壤水分特征的Clapp-Hornberger关系式, 研究了非冻结和冻结的土壤湿度对于垂直非均匀土壤的敏感性。结果表明, 由土壤质地决定的土壤水势和导水率对土壤湿度的模拟有重要的影响。具体地, 在决定土壤性质的Clapp-Hornberger关系式中, 与土壤质地有关的饱和水势、饱和导水率以及土壤孔隙大小分布指数B, 对土壤湿度的模拟起到了关键作用。参数B的重要性尤为突出, 它的增加会引起导水率的大大下降, 从而对水分在土壤中的垂直分布产生重要影响。饱和水势的绝对值和参数B的增加会使得土壤水势绝对值增加明显, 使土壤的结冰(融化)过程延迟, 土壤温度因为没有结冰(融化)释放(吸收)的潜热加热(冷却)而持续下降(上升), 因此在冻融时期土壤温度会比观测值振幅偏大。上述结果揭示了考虑土壤垂直非均匀性并采用有效的土壤特性参数对于陆面过程模型的重要性。     

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。     

一次霾天气条件下石家庄上空大气气溶胶数浓度的飞行探测与特征分析

利用2010年8月30日河北省石家庄一次霾天气条件下的气溶胶飞行探测资料,分析了石家庄地区上空658—6933 m高度范围内大气气溶胶粒子平均数浓度、平均直径的垂直分布特征和9个水平飞行高度上的谱分布特征。结果表明:轻度霾天气条件下的气溶胶平均数浓度为325个/cm3,平均直径为0.169μm。在约1000 m高度以下,气溶胶平均数浓度随高度的增加呈线性减少趋势。粒径也随高度增加而减小,由0.187μm减小至0.164μm。1000 m高度以上,气溶胶平均数浓度随高度减少趋势变缓,粒子平均直径在0.167~0.171μm范围内波动。9个不同高度上的谱分布都呈单峰型,随着高度增加,谱宽变小,峰值向小尺度方向移动。后向轨迹计算分析表明:污染气团的远距离输送可能是导致大气1500 m高度层气溶胶数浓度突增的原因。     

冬小麦农田裸温与气温差异分析及其应用

以矮秆代表作物冬小麦为研究对象,利用郑州农业气象试验站2010年10月15日—2011年6月2日农田小气候观测的各层裸温、气温、总辐射和覆盖度资料,采用对比差值、温度垂直梯度等方法统计分析,并对温度对比差值和总辐射曝辐量相关关系和温度的垂直梯度分布特征进行了研究,结果表明:25cm、150cm和300cm高度的日平均裸温和气温变化趋势基本一致,其对比差值呈由小变大趋势;各层裸温和气温的日分布符合温度日变化分布的一般规律,垂直梯度变化比较明显;各层对比差值呈单峰分布,峰值出现在正午12时左右;裸温和气温的对比差值与总辐射曝辐量呈线性相关。裸温与气温的垂直梯度变化有很好的一致性,可利用裸温不同层次间垂直梯度变化特征确定气温传感器合理的安装高度;根据麦田裸温垂直梯度变化特征,考虑到温度防辐射罩高度限制,矮秆作物田间小气候气温应在距离地表面25cm、50cm和150cm高度附近分别设置观测层次。     

偏东气流诱发川西高原东侧两次对流暴雨过程的对比分析

利用区域自动站加密观测资料、NCEP/CFSR 0.5°×0.5°再分析资料以及0.01°×0.01°全球地形资料等,对2013年夏季发生在川西高原东侧两次对流暴雨天气过程中偏东气流的作用和特征进行了对比分析,重点研究两次过程中中低层偏东气流的活动特征、风场的垂直结构和温湿特征及其在对流暴雨中的作用等。结果表明：（1）7月3日过程高原东侧偏东风活动在850 hPa以下,持续时间约20 h,风速平均为2 m·s-1;8月6日过程偏东风活动在700 hPa以下,持续时间也能达到20 h,风速约为4 m·s-1;两次过程均是在天气尺度的西风槽东移与地形的共同作用下,诱生了高原东侧对流层中低层偏东气流,偏东气流形成时间比对流降水发生时间早约12 h。（2）两次过程偏东气流具有高相当位温属性,在其上方存在干冷空气活动,形成了有利的对流不稳定层结。相比较而言,后一次过程偏东气流出现的高度和风速明显增强后,与偏西风形成了更大的低层垂直风切变,暖湿能量局地集中特征更为显著,对于水汽和能量持续输送能力更强,因而引发的对流降水强度明显更大。（3）前一次过程盆地内起伏波动的偏东风与辐合中心及气旋性涡度中心配置关系较差,只是当偏东风受强迫抬升后,在地形附近激发出对流,并使降水主要位于地形附近;后一次过程盆地内平直的偏东风与辐合中心及涡度中心配置关系较好,尺度相当,因此激发出的对流强度和范围有明显增大,强降水沿地形向盆地西部发展。     

基于飞机观测资料的石家庄秋季对流层CH4垂直分布特征

为研究石家庄秋季对流层内CH₄垂直分布特征,2018年9月使用“空中国王350”飞机搭载Picarro温室气体在线观测仪和气象要素观测设备,对石家庄上空（600—5500 m）CH₄浓度进行探测。探测期间共飞行7架次,取得7条CH₄浓度廓线数据。结果表明: 石家庄上空近地面层（1000 m以下）CH₄平均浓度与同时间段区域背景站上甸子站CH₄浓度呈显著正相关（r=0.81,P < 0.03）。探测到的CH₄浓度最小值为1898×10^-9摩尔分数,最大值为2219×10^-9摩尔分数,平均浓度为1981×10^-9摩尔分数。观测得到的7条廓线均有较好的一致性,2000 m以上,浓度均随高度呈先增大后减小的趋势。利用后向轨迹模式（HYSPLIT）对探测时段内石家庄上空不同高度层主要气流传输路径进行统计分析表明,600 m高度输送路径较短,CH₄浓度受本地排放影响较大; 3000 m受输送作用影响较大,偏西和西南路径可能将较高CH₄浓度气团输送至石家庄上空; 5000 m气团传输对CH₄浓度影响较小,浓度相对较稳定,对传输路径的变化不敏感。     

结识一个垂直式日晷

日晷的“日”指太阳,“晷”表示影子。日晷是利用日影测定时间的一种仪器或器具,是人类为生存和发展最早创制的天文仪器,为几千年人类文明起了不可估量的作用。日晷主要由晷表和晷面两部分组成。天气晴朗时,阳光倾泻在晷表上,在其下方的晷面上拖曳出一条清晰的影子。随着时间流逝,太阳在苍穹上缓步轻移,     

The vertical structure of the atmospheric boundary layer over the central Arctic Ocean

The tropopause height and the atmospheric boundarylayer （PBL） height as well as the variation of inversion layer above the floating ice surface are presented using GPS （global position system ） radiosonde sounding data and relevant data obtained by Chinas fourth arctic scientific expedition team over the central Arctic Ocean （86°-88°N, 144°-170°W） during the summer of 2010. The tropopause height is from 9.8 to 10.5 km, with a temperature range between -52.2 and -54.10C in the central Arctic Ocean. Two zones of maximum wind （over 12 m/s） are found in the wind profile, namely, low- and upper-level jets, located in the middle troposphere and the tropopause, respectively. The wind direction has a marked variation point in the two jets from the southeast to the southwest. The average PBL height determined by two methods is 341 and 453 m respectively. These two methods can both be used when the inversion layer is very low, but the results vary significantly when the inversion layer is very high. A significant logarithmic relationship exists between the PBL height and the inversion intensity, with a correlation coefficient of 0.66, indicating that the more intense the temperature inversion is, the lower the boundary layer will be. The observation results obviously differ from those of the third arctic expedition zone （800-85° N）. The PBL height and the inversion layer thickness are much lower than those at 870-88° N, but the inversion temperature is more intense, meaning a strong ice- atmosphere interaction in the sea near the North Pole. The PBL structure is related to the weather system and the sea ice concentration, which affects the observation station.