近场强震动记录基线校正方法的振动台实验研究

为了获取近场永久位移,通常采用基线校正方法,对近场加速度记录进行基线校正并积分得到永久位移值,但这一结果主观性较强,其可靠性也往往缺乏验证。为了解决这一问题,本文提出了一种能产生包含永久位移振动过程的振动台实验方案,采用振动台加滑动机构的方法,模拟记录到永久位移台站测点的真实振动情况;在实验中分别采用加速度计、摄影测量方法分别直接得到加速度和位移时程,对加速度时程进行基线校正并积分得到位移时程,将其与直接获得的位移时程进行对比,以验证采用基线校正方法的有效性。实验结果表明,在实验室条件下采用现有的基线校正方法校正后,通过积分能得到可以接受的位移时程。     

北京一次罕见夜间突发性强增温事件成因分析

夜间降温是正常的地表气温日变化,但统计表明北京及周边地区冬半年时常出现入夜后气温不降反升的现象,甚至出现了小时升温超过10℃的剧烈增温事件。这种增温具有明显的突发性,且很快转为降温,常对业务预报造成困扰。2010年11月26日夜间冷锋过境该区域造成了最强达12℃·h^-1的夜间急剧增温事件,与气候统计结果相比,该次增温幅度和影响区域范围非常罕见且极端。文章对其进行了详细诊断分析,使用的资料包括自动气象站、常规地面和探空、铁塔、卫星、风廓线雷达等观测资料和美国环境预报中心(NCEP)最终分析资料。分析结果表明:该次过程对流层低层有非常显著的冷平流;垂直速度诊断、卫星和风廓线雷达观测都表明,对流层中低层都存在显著的强下沉运动;铁塔观测和北京探空观测演变都表明增温过程中近地面大气有显著的湍流运动。分析此次罕见过程的机理包括三个方面:高原地区地面位温显著高于平原地区(二者最大可差10 K),是该次罕见增温事件形成的首要条件;强下沉运动使得低密度高位温空气强迫下沉到边界层,是增温必要条件;强湍流混合作用则是地面空气增温的必要机制。估算结果表明,边界层急流伴随的强湍流混合可引起约8℃的罕见地面空气增温。最后,给出了该次事件的机理概念模型。     

Quantifying Organization of Atmospheric Turbulent Eddy Motion Using Nonlinear Time Series Analysis

Using three methods from nonlinear dynamics, we contrast the level of organization inthe vertical wind velocity (w) time series collected in the atmospheric surface layer(ASL) and the canopy sublayer (CSL) for a wide range of atmospheric stability ()conditions. The nonlinear methods applied include a modified Shannon entropy, waveletthresholding, and mutual information content. Time series measurements collected overa pine forest, a hardwood forest, a grass-covered forest clearing, and a bare soil, desertsurface were used for this purpose. The results from applying all three nonlinear timeseries measures suggest that w in the CSL is more organized than that in the ASL, and that as the flows in both layers evolve from near-neutral to near-convective conditions, the level of organization increases. Furthermore, we found that the degree of organization in w associated with changes in is more significant than the transition from CSL to ASL.     

冬季北极海冰运动主模态的构成及其与海平面气压变化的关系

利用国际北极浮冰运动观测资料（IABP）（1979-1998）以及NCEP／NCAR月平均海平面气压再分析资料（1960-2002）,通过求解海冰运动异常的复斜方差矩阵,研究了冬季北极海冰运动主模态构成及其与海平面气压变化的关系。冬季海冰运动主模态是由两个海冰运动优势模态的一个线性组合构成,与这两个运动优势模态有直接关系的海平面气压变化主要发生在北极海盆及其边缘海区。尽管北极涛动（北大西洋涛动）通过影响海平面气压进而影响北极海冰运动,但是,北极涛动（北大西洋涛动）并不是决定海冰运动主模态的关键性因素。     

微降水雷达测量精度分析

利用数值模拟的方法,讨论了利用微降水雷达MRR(Micro Rain Radar)雷达功率谱密度反演降水参数时,MIE散射(米散射)效应、垂直气流(包括上升气流、下沉气流)对数浓度N、雷达反射率Z、雨强I、液态含水量LWC等参数的影响。MIE散射主要影响直径为1.20~4.00 mm的粒子,MIE散射效应影响的N、Z、I、LWC偏差的平均值分别为2.74 m-3 mm-1、1.47 d BZ、0.0061 mm h~(-1)、0.0004 g m-3。下沉气流使反演液滴直径偏大,上升气流使得反演的液滴直径偏小,下沉气流的影响更大,尤其是对低层影响大于高层。例如,在300 m高度上,当液滴直径为2.67 mm时,下沉气流为2.00 m s-1时,理论上反演的直径为8.07 mm,超出了MRR探测的阈值,其相对误差值能接近200%。下沉气流使得反射率谱向大粒子方向平移,且谱型展宽;上升气流则相反。将MRR资料与同步观测的THIES雨滴谱仪数据进行比对,分析MRR资料的可靠性。选取2015年4月1日01~12时(协调世界时)山东济南的一次降水过程,将MRR在300 m高度上反演的雷达反射率因子、雨强、数浓度、中值体积直径与雨滴谱仪资料进行对比。结果表明:两种仪器探测的Z、I、N、中值体积直径D0在时间序列上都有较好的吻合度,变化趋势和幅度相近,Z、I、D0的平均偏差分别为1.19 d BZ、0.34 mm h~(-1)、0.36 mm。MRR反演的I值偏大,而粒子直径偏小,分析了产生偏差的主要原因,除了探测系统偏差、分析方法本身存在的偏差外,上升气流导致的偏差不容忽视。这些结果初步验证了微降水雷达观测的功率谱密度及其反演方法的可靠性。     

运城市2010年4月13日强霜冻过程分析

利用常规天气资料和数值预报产品,应用天气分析和诊断分析方法,对2010年4月13日运城市出现的近40年最严重的强霜冻天气过程进行分析,并与历史个例进行比较,结果表明,此次过程是在前期升温明显的基础上,有强冷空气在西伯利亚及贝加尔湖堆积并向南侵袭造成的;此次过程亚洲中高纬环流表现为“一脊一槽”型,动力机制为横槽转竖促使冷空气向南爆发;冷空气爆发后,本地上空由强盛的冷平流控制,地面冷高压进入关键区并达到寒潮强度。由于每次强降温发生的环流背景、影响系统及冷空气的强度、发展、移动路径不同,所以造成的降温幅度和影响也不同。在此基础上,总结出强霜冻预报的着眼点。     

一次湖北暴雪天气的诊断与模拟

利用NCEP GFS资料分析了2007年1月15—16日鄂东南地区降雪过程,对造成暴雪过程的天气系统发生、发展背景场进行分析。并利用中尺度数值天气模式WRF模拟了这次暴雪过程,探讨了其发生发展的机制。天气系统的背景分析表明,这次暴雪过程主要是受700 hPa西南急流和地面冷空气的共同影响而产生的,降水过程与西南急流的变化密切联系。WRF模式较好地再现了此次暴雪的过程。模拟结果表明西南急流的减弱和移出,对应着降雪的开始和停止;在西南急流的左侧,由于低层涡度的增加,使低空辐合、高空辐散,在连续性原理和动力机制约束下导致上升运动的加强是该次暴雪的形成机制。模式结果说明,产生暴雪的上升运动要远小于产生暴雨的上升运动,且在暴雪过程中,中层为上升运动,近地层和高层伴随着下沉运动。     

“6.3”区域致灾雷暴大风形成及维持原因分析

利用商丘和郑州雷达资料,结合地面加密观测等多种资料,分析了2009年6月3日傍晚至次日凌晨,河南商丘、安徽和江苏北部出现的大范围致灾雷暴大风。本文分两个阶段从中尺度环境、风暴结构、风暴与环境相互作用、雷暴间相互作用的角度对商丘风暴的发展、维持及灾害性大风成因进行了深入探讨,得到以下结论:(1)商丘雷暴大风环境类似美国暖季型Derecho环境;(2)商丘风暴由晋冀雷暴群下沉气流导致的出流阵风锋移动到水汽相对充沛处触发,在有利的环境条件下迅速发展成具有较强的中层径向辐合超级单体风暴,多个超级单体的强下沉气流合并产生了超级单体阶段的地面大风;(3)飑线发展、维持的原因是飑线的自组织结构,飑线与环境入流的相互作用既有利于强上升气流发展,亦有利于强下沉气流发展,干线及叠加在干线上扰动触发的新生回波带不断并入飑线北端;(4)根据径向速度增幅估计,风暴强下沉气流辐散、强冷池密度流和层状云部分降水粒子蒸发对弓形回波阶段地面灾害性大风的增幅作用几乎相当,冷池合并是商丘极端雷暴大风产生的重要原因。     

混合层的建立对一次强阵风天气过程的影响

利用NCEP再分析资料和常规地面观测资料,分析混合层的建立对2012年3月23日天津地区强阵风天气过程的影响机理。结果表明：强气压梯度和强变压梯度的共同动力作用是地面强阵风形成的背景条件。强阵风出现在午后气温较高、湿度较低且地面气压较低的时段。午后深厚混合层内的干热对流使高空急流北侧下沉气流将动量下传至对流层中层后向近地面层进一步有效下传,导致地面阵风增大。深厚混合层的建立也是地面强阵风形成的一个重要原因。WRF模拟结果表明,局地混合层强度差异使高空动量下传产生局地差异,这可能是天津各地区阵风强度存在空间差异的重要原因。     

GNSS接收机测量强震地震波的精度分析

在分析强震地震波信号幅频特性的基础上,采用GNSS信号模拟器,设计具有强震地震波特点的正弦轨迹,从载波相位原始量测数据和定位结果两个层面分别评估两款GNSS接收机（Trimble Net-R9和NovAtel OEM628）高频（50 Hz）观测的测量性能。结果表明,在地震波高频动态条件下,两款接收机的载波相位和定位结果都出现了明显误差,测量精度随正弦运动频率的增加而恶化,Trimble Net-R9接收机尤甚。