2016年北京地区一次雷暴大风的观测研究

利用常规气象观测资料、风廓线资料、北京观象台多普勒天气雷达产品、多普勒雷达变分同化分析系统（VDRAS）的反演资料和地面自动气象站客观分析资料,对2016年7月27日北京地区出现的一次雷暴大风天气的环境条件特征、风暴结构特征及演变机制进行了分析。结果显示：本次雷暴大风天气过程出现在弱天气尺度强迫环境中,较好的热力不稳定增强机制促使线状对流发展为弓形回波,形成雷暴大风天气。探空曲线中低层接近于干绝热的环境温度直减率和下沉对流有效位能突增等现象,对预报大风天气有较好的指示意义。上游雷暴的冷池出流与山前偏南暖湿气流在北京西部形成了明显的风向辐合,在强烈的扰动温度梯度和地形抬升的共同作用下,位于地面辐合抬升最强处触发新生单体并迅速发展。新生单体与风暴主体合并下山过程中,由于地形作用抬升了冷池出流高度,与平原地区偏南暖湿气流形成显著的不稳定层结,产生显著的扰动温度梯度,触发不稳定能量使雷暴在下山过程中强度增强。多普勒雷达产品上也表现为强的反射率因子核,并出现回波悬垂和有界弱回波区等特征,速度产品上可看到一对明显的端点涡旋。在冷池不断加强和端点涡旋对后入气流不断加速的共同作用下,后侧入流气流加强成为后侧入流急流,在低仰角速度产品上表现为显著的大风区。后侧入流气流将环境中的干冷空气夹卷进入云体,通过蒸发作用产生负浮力,使冷空气加速下沉,加之降水粒子的拖曳作用,最终造成剧烈的地面大风。     

导致“7.21”特大暴雨过程中水汽异常充沛的天气尺度动力过程分析研究

2012年7月21日北京发生了历史罕见的特大暴雨,最大累计降水量达到541 mm,最大雨强100.3 mm/h,强降水持续10多个小时,造成了巨大的损失。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特大暴雨关系的基础上,分析了实现充沛的水汽远距离输送到华北并在北京上空积累的天气尺度动力过程及其形成的原因。结果表明,“7.21”特大暴雨产生在大气异常潮湿的环境中。在暴雨发生时,比湿最大值达到19 g/kg,而且,对流层中下层的比湿比北京区域性暴雨历史个例高40%。产生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的过程中一直维持。充沛的水汽被一支从低纬度一直贯通到40°N附近的低空偏南气流从孟加拉湾和中国南海向北输送。偏南风持续增大形成低空急流,增大了水汽的输送。而且,随着急流核向东北方向移动逐渐靠近北京,在北京上空对流层低层产生了-17.7 g/（hPa·m²·s）异常强烈的水汽通量辐合。同时,高空强烈辐散与低空辐合的耦合不断加强,不仅增加了低层水汽在暴雨区汇集,而且也通过增强垂直速度将更多的潮湿空气向上输送,使高层大气湿度增大。通过上述两个天气尺度动力过程,实现了水汽的远距离输送,并在暴雨区上空强烈辐合,导致北京地区水汽异常充沛。输送水汽的偏南风持续增大的原因主要有两个：一是台风外围环流的影响;二是在海上副热带高压稳定维持的情况下,大陆上低压加强、东移,造成东西向气压梯度增大,在地转偏向力的作用下,南风增强。最后,得到了实现水汽远距离输送的天气尺度动力过程机理模型。     

全球夏、冬季加热场的气候学特征及其年代际变化

利用NCEP/NCAR再分析资料,计算了1948-2002年全球夏、冬季节大气热源的气候分布,并对其年代际变化规律进行分析.研究表明,全球存在4个主要的大气热源中心,其位置随季节的改变而改变.夏季分别位于中非、孟加拉湾附近、热带西太平洋菲律宾群岛附近及加勒比海西南部;冬季则移至南非、海洋大陆至印度洋一带、澳大利亚西北部至南太平洋一带及南美洲北部.夏季中非、热带西太平洋菲律宾群岛附近及加勒比海西南部大气热源都表现出明显的年代际变化特征,中非热源在20世纪70年代存在减弱突变,而热带西太平洋菲律宾群岛和加勒比海西南部热源存在增强突变,孟加拉湾热源强度存在减弱变化趋势.冬季南美洲北部热源具有明显的年代际变化,在70年代中期存在增强突变,南非和海洋大陆至印度洋一带热源强度存在增强变化趋势,而澳大利亚西北至南太平洋一带热源强度存在减弱变化趋势.     

沙尘气溶胶对云和降水影响的模拟研究

采用二维分档云模式,对比背景大气气溶胶分布,讨论了扬沙和沙尘暴天气条件下矿物气溶胶对云微物理结构、光学特性以及降水形成的影响.结果表明:扬沙和沙尘暴天气增加大气中大核和巨核的浓度,促进云中水汽的活化,使降水提前出现,暖云和冷云降水量均大幅增加,但可忽略巨核增加对云光学厚度和反照率的作用;当矿物沙尘粒子同时作为有效的云凝结核和冰核参与云的发展时,冰核浓度增加使水成物有效半径减小,抑制了暖云和冷云降水,云内存留的大量冰晶增强云的光学厚度和反照率.     

长江中下游地区特大雷暴暴雨的诊断分析及预报

通过对1998年7月22日和1983年7月4时两例发生在鄂皖交界沿江地区特大雷暴暴雨的诊断分析，表明此类特大暴雨是由高层冷空气叠加在低空急流左前侧高湿区之上，产生持续的强烈对流降水所造成的。物理量倾向诊断结果表明：强降水中心沿着下游的增湿区和不稳定增强区发展和移动，与低层水汽辐合增强区，尤其是与“相对辐散增强区”有较好的对应关系。     

一次浓雾宏微观结构特征及快速消散的原因分析

利用2010年11月17-18日南京北郊雾的综合观测资料,分析了此次浓雾过程的边界层特征、生消物理机制和微物理结构特征。结果表明,此次雾是在晴夜、微风、辐射降温和逆温层背景下形成的;源源不断的水汽平流导致了雾层发展深厚;雾在爆发性发展之后立即进入快速消散过程,1h之内全部消散,这与太阳辐射、气温快速升高及逆温层的消失有关,强梯度风也是雾快速消散的一个重要动力因子。     

1948-2004年全球平均Hadley环流强度指数与特征

利用NCEP/NCAR逐月平均风场资料,研究了全球平均Hadley环流特征.利用3层4个关键区的风定义并计算了1948年1月-2004年12月的全球纬向平均的南/北半球和全球Hadley环流逐月强度指数.结果表明:计算的Hadley环流指数可以合理地表示Hadley环流的强度;北半球Hadley环流除7-9月(南半球除5月)外都呈增强趋势;南/北半球的年平均Hadley环流也是增强的.年际相关分析表明:Hadley环流指数与SOI有非常高的负相关,Hadley环流强度的年际变化与ENSO关系密切.     

台风Rammasun(2014)与飓风Wilma(2005)快速增强过程的内核结构变化比较

热带气旋的快速增强机制目前仍然不太清楚,不少研究开始关注快速增强过程中热带气旋内核结构的变化。通过比较模拟的西北太平洋超强台风Rammasun (2014)和大西洋5级飓风Wilma (2005)快速增强过程中内核结构的变化特点,理解内核结构在快速增强过程中的变化特点。飓风Wilma是一个典型的快速增强热带气旋,快速增强期间具有弱的环境垂直切变、对称的眼墙、较小的中心倾斜以及比较直立的眼墙。但是,台风Rammasun快速增强发生在较强切变(超过10 m/s)环境下,眼墙对流呈高度不对称,强对流基本固定在台风中心的南侧。整个快速增强期间,Rammasun在垂直方向上维持较大的中心倾斜以及较大的眼墙倾斜。结果表明,快速增强也可能在不完全对称的内核结构和倾斜垂直结构的情况下发生。      

图像增强技术在地震资料处理中的应用

同相轴连续和横向分辨率良好的地震数据能够提高地震解释的精确度。地震资料同相轴在图像中体现为纹理特征,针对图像纹理特征应用边缘定向增强扩散处理,可使地震图像横向分辨率增强,即同相轴更加连续、断点更加清晰。边缘定向增强扩散应用图像增强技术中边缘检测和扩散技术,基于非线性扩散模型,根据图像纹理边缘位置和方向信息选取扩散张量和特征值。在边缘区域,沿边缘方向进行平滑,在光滑区域,沿边缘和垂直边缘方向具有较快扩散速度,由此在保护边缘信息的同时达到降噪的效果。通过理论分析和实例计算表明,边缘定向增强扩散图像增强技术处理后的地震图像有助于提高资料解释的准确性。     

砂岩型铀矿航空伽玛能谱数据微弱信息增强与提取方法研究

利用航空伽玛能谱原始测量数据，选择多元素比值分析、能谱组合特征参数计算以及利用数理统计分析等方法进行综合研究，采用图像显示和图像处理技术识别线性构造，探索应用不同方法增强并提取与可地浸砂岩型铀矿成矿有关的航空伽玛能谱测量的微弱信息。试验证明，该方法在十红滩铀矿床和阿右旗地区砂岩型铀矿找矿预测中作为远景预测参数之一是可行的。