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。     

An equilibrium cloud-resolving modeling study of diurnal variation of tropical rainfall

The diurnal variation of tropical rainfall is examined through the analysis of an equilibrium cloud-resolving model experiment. Model domain mean rain rate is defined as a product of rain intensity and fractional rainfall coverage. The diurnal variation of the mean rain rate is associated with that of fractional rainfall coverage because the diurnal variation of rain intensity is significantly weakened through the decrease in rainfall in early morning hours. The decrease in rainfall corresponds to the reduction in secondary circulations through the barotropic conversion from the perturbation kinetic energy to the mean kinetic energy under the imposed negative vertical gradient of westerly winds. The fractional rainfall coverage shows the diurnal signal with the maximum in the early morning hours primarily due to nocturnal infrared radiative cooling.     

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。     

边界层参数化方案在“灰色区域”尺度下的适用性评估

随着数值预报模式分辨率的提高,当模式网格距与含能湍涡的长度尺度相当时,模式动力过程可解析一部分湍流运动,而剩余的湍流运动仍需参数化,此时便产生了湍流参数化的“灰色区域”问题。对传统的PBL（Planetary Boundary Layer）方案在“灰色区域”下的适用性评估,是改进PBL方案以使其能够适应分辨率变化的前提和基础。本研究基于干对流边界层的大涡模拟试验,比较了WRF（Weather Research and Forecast Model）模式中四种常用的边界层参数化方案[YSU（Yonsei University）、MYJ（Mellor-Yamada-Janjic）、MYNN2.5（Mellor-Yamada-Nakanishi-Niino Level 2.5）、MYNN3）]在“灰色区域”尺度下的表现。研究表明,混合层内总热通量对所使用的参数化方案和水平分辨率均不敏感。不同参数化方案中次网格与网格通量的比例表现出对水平网格距不同的依赖性。局地PBL方案（MYJ、MYNN2.5）在混合层内的平均位温随网格距减小而增大,次网格通量随网格距减小而减小,较参考湍流场对次网格通量有所低估。YSU方案的非局地项几乎不随水平格距改变而变化,对次网格通量的表征并未表现出较强的分辨率依赖性,且过强的非局地次网格输送使混合层内温度层结呈弱稳定,抑制了可分辨湍流输送,不易于激发次级环流。MYNN3方案的非局地次网格通量（负梯度输送项）随网格距减小而减小,使其对次网格通量的表征具有较好的分辨率依赖性。PBL方案在“灰色区域”尺度下的适用性与具体分辨率有关。以分辨率500 m为例,四种PBL方案中不存在一种最佳方案,能对边界层的热力结构和湍流统计特征均有准确的描述。     

The improvement of the one-dimensional Mellor-Yamada and K-profile parameterization turbulence schemes with the non-breaking surface wave-induced verticalmixing

Both the level 2.5 Mellor-Yamada turbulence closure scheme(MY) and K-profile parameterization(KPP) are popularly used by the ocean modeling community.The MY and the KPP are improved through including the non-breaking surface wave-induced vertical mixing(Bv),and the improved schemes were tested by using continuous data at the Papa ocean weather station(OWS) during 1961–1965.The numerical results showed that the Bv can make the temperature simulations fit much better with the continuous data from Papa Station.The two improved schemes overcame the shortcomings of predicting too shallow upper mixed layer depth and consequently overheated sea surface temperature during summertime,which are in fact common problems for all turbulence closure models.Statistical analysis showed that the Bv effectively reduced the mean absolute error and root mean square error of the upper layer temperature and increased the correlation coefficient between simulation and the observation.Furthermore,the performance of vertical mixing induced by shear instability and the Bv is also compared.Both the temperature structure and its seasonal cycle significantly improved by including the Bv,regardless of whether shear instability was included or not,especially for the KPP mixing scheme,which suggested that Bv played a dominant role in the upper ocean where the mean current was relatively weak,such as at Papa Station.These results may provide a clue to improve ocean circulation models.     

Response of a climate model to tidal mixing parameterization under present day and last glacial maximum conditions

Experiments with a climate model were conducted under present day and last glacial maximum conditions in order to examine the model’s response to a vertical mixing scheme based on internal tide energy dissipation. The increase in internal tide energy flux caused by a 120 m reduction in sea level had the expected effect on diffusivity values, which were higher under lower sea level conditions. The impact of this vertical diffusivity change on the Atlantic meridional overturning is not straightforward and no clear relationship between diffusivity and overturning is found. There exists a weak positive correlation between overturning and changes to the power consumed by vertical mixing. Most of the climatic response generated by sea level change was not related to alterations in the internal tide energy flux but rather to the direct change in sea level itself.     

一种长英黝帘石玉的岩石矿物学研究

采用X射线粉晶衍射、电子探针、化学分析法和傅立叶变换红外光谱等方法,对近来在北京珠宝市场上出现的一种粉白相间的玉石新品种进行了测试,全面分析了这种玉石的结构和成分,并根据硅酸盐体系的物质平衡原理,利用相混合计算(PMC)方法,估算了玉石中主要矿物的含量。结果表明,这种玉石中黝帘石含量占51.9%,钠长石占33.3%,石英14.4%,并含有少量的褐帘石、单斜辉石等矿物。样品中粉红色矿物的红外光谱最强峰位于1110～900cm-1范围内,为快速、方便地鉴定此种玉石提供了参考依据。     

基于相化学研究老挝万象钾镁盐矿床形成的机制

老挝万象钾镁盐矿床是一个典型的海相碎屑盐缺硫酸盐型钾盐矿床, 该矿床形成于古近纪, 是古海水蒸发浓缩沉积形成。老挝万象钾镁盐矿床中缺乏硫酸盐和碳酸盐沉积物, 因此深入研究该矿床的形成机制很重要。本文研究探讨了该矿床形成时的古海水特点, 根据相化学, 分析成钾原始卤水的物理化学特性, 从矿体形成的化学基础来研究老挝钾镁盐矿床形成的机制。结果表明: 显生宙以来海水组分发生变化, 经海相非骨骼灰岩和钾盐蒸发岩矿物学研究, 发现这两种沉积岩长期以来连续变化, 在“文石海”是MgSO4型蒸发盐, 在“方解石海”是KCl型蒸发盐, 从白垩纪晚期、第三纪早期的底部石盐溴含量及矿物学特征表明, 此时处于“方解石海”, 古海水组分的特点是造成缺硫酸盐型钾盐矿床形成的物化基础; 通过NaCl-KCl-MgCl2-H2O和NaCl-KCl-MgCl2-CaCl2-H2O两个体系相图的分析认为, 当时所形成的成钾原始体系母液是高镁、低钾氯化物型的卤水, 在母液蒸发过程中, 由于原始海侵母液与残余高镁母液的掺杂作用, 致使结晶路线直接从氯化钠区到E点母液或光卤石与氯化钠共饱线上, 而没有通过氯化钠和氯化钾的共饱线, 因而在矿体中氯化钾相很少或几乎不存在, 由于外界CaCl2型水体的掺杂, 使成钾母液进入光卤石相区, 随着蒸发的进行, 最终形成溢晶石矿物。     

海拉尔盆地基底晚古生代adakite的发现及其地质意义

海拉尔盆地的前中生代基底隶属中亚造山带东段的兴蒙造山带。 在盆地基底地层中发现了具有adakite成分特征的粗面安山岩、英安岩和闪长玢岩。 这些火成岩与晚古生代沉积地层交互或伴生, 共同构成晚中生代裂陷盆地的基底。 地球化学研究表明, 这些火成岩基本上属于高钾钙碱性和准铝质岩石系列, 具有高SiO₂和Al₂O₃含量, 高Sr、Sr/Y和La/Yb值, 富集轻稀土(LREE), 亏损重稀土(HREE)、Y和高场强元素(HFSE),Eu表现弱的负异常或轻微的正异常, 相容元素Mg、Cr和Ni含量低, 这些特征与增厚下地壳部分熔融成因的adakite非常相似, 而明显不同于典型的由俯冲洋壳熔融形成的adakite。 样品的(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i值基本一致,为0.7041, (¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)_i值为0.51243~0.51247, ε_Nd (t)为正值(+3.7~+4.5), 显示其岩浆源区可能源于弱亏损地幔, 或亏损地幔受到地壳物质混染。 本文认为海拉尔地区晚古生代adakite型岩浆很可能是由当时新底侵的玄武质下地壳在角闪岩相向榴辉岩相过度或榴辉岩相条件下部分熔融形成。 这些adakite岩石的出现反映了兴蒙造山带晚古生代受到了古亚洲洋的俯冲消减引起的强烈的地幔玄武质岩浆底侵作用, 并由此导致地壳垂向上显著的增生加厚过程。     

新疆希勒库都克铜钼矿区岩浆混合作用: 来自锆石U-Pb年代学的证据

新疆北部富蕴县内希勒库都克铜钼矿区的花岗闪长岩及其包体岩相学、矿物化学和岩石地球化学特征及野外地质特征显示其为岩浆混合作用的结果。本文获得花岗闪长岩及其中暗色微粒包体玄武安山玢岩、细粒辉长闪长岩锆石U-Pb年龄为326.8±2.1Ma、327.6±2.4Ma、329.3±2.3Ma,年龄值基本一致,这一结果从年代学角度为花岗闪长岩及其中暗色微粒包体的岩浆混合作用成因提供证据。偏酸性的花岗闪长质与偏基性玄武安山质岩浆混合作用形成了331.9±2.1Ma的安山玢岩脉。