Development of giant drops and high-reflectivity cores in Hawaiian clouds: numerical simulations using a kinematic model with detailed microphysics

Cores of high radar reflectivity (>50 dBZ) and raindrops larger than 4 mm in diameter were occasionally reported in warm clouds, offshore from Hawaii. A kinematic numerical model with detailed microphysics was used to study the formation of these cores and the development of the giant drops. The role of collisional and spontaneous breakup of drops was evaluated. Our results show that spontaneous breakup of raindrops restricts the formation of giant drops (D>4 mm). This could be a result of the poor parameterization of the fragment size distribution, and the probabilities of the spontaneous breakup. The inclusion of only binary breakup mechanism explained the observed radar echoes and the drop spectra. These results corroborate the hypothesis that the updrafts in the Hawaiian clouds sort out different size drops in such a way that millimeter size drops are allowed to fall in an environment deficient of smaller raindrops. In this way, the large raindrops continue to grow by collection of small cloud droplets, but have a smaller chance for collisional breakup (the efficiency for this type of breakup is small for collisions with cloud droplets). The collisional breakup of big raindrops was also found to play a significant role in the formation of giant drops. Such drops are formed following collision–breakup of large raindrops in which one of the fragments is larger than the original drops.     

微物理过程参数化方案对辽宁一次暴雪的数值模拟差异分析

利用WRFv3.9.1中尺度数值模式,采用Lin、WSM6、Thompson、WDM6四种微物理过程参数化方案对2007年3月4日辽宁特大暴雪过程进行了数值模拟研究。使用61个国家级气象站降水观测资料,评估了模式对此次降水过程的模拟能力,对比分析了不同微物理过程参数化方案模拟降雪过程中相态变化和水成物空间分布的差异。结果表明:4种微物理过程参数化方案均能模拟出与CloudSat卫星反演反射率分布相接近的结果,其中Thompson方案模拟的回波顶更高,向北伸展的范围也更大,其他3种方案回波顶高均在8 km附近。4种方案对降水落区的模拟略有差异,整体来看WSM6方案对本次降水的极值中心位置,以及不同降水量级的TS评分整体都优于其他3种参数化方案。降水相态模拟与观测的对比分析发现,WSM6、Lin和WDM6三种方案均能够模拟出雨雪分界线不断南压的过程且雨雪分界线位置准确,而Thompson方案对辽宁南部地区雨转雪时间模拟偏晚。从云微物理特征上看,4种方案均能模拟出大气低层存在的雨水粒子,其中WDM6方案模拟的雨水含量明显较其他3种方案更多,Thompson方案模拟出更多的雪粒子和最少的霰粒子,Lin方案霰粒子南北范围广、伸展高度高,WSM6和WDM6两种方案模拟出较少的霰粒子,这两种方案模拟的云冰高度也更低,正是各种水成物空间分布的差异决定了不同微物理过程参数化方案对降水量和降水相态模拟的差异。      

用高度调整法进行云迹风高度的质量控制

本文提出了一种对云迹风高度进行质量控制的方法。该方法运用流体流动在一定范围内存在空间连续性的原理,分别计算各高度层上各云迹风矢量与其周围风的一致性系数,一致性较差的风被认为是不合理的,然后将它放到其它的层次上计算它与这些层次上的环境风场的一致性,哪一层上的一致性系数较大则将之凋整到那一层。所做工作表明,此方法能有效地把一些明显不合理的风调整到它应有的高度层次上。     

冰雹云卫星早期识别与自动预警

利用陕西、山东、贵州和新疆等地近十年日间降雹记录和对应的极轨卫星数据,采用卫星云微物理反演技术,定量分析冰雹云微物理特征,比较不同地区间差异,并利用FY-4A静止卫星定量分析一次冰雹过程云微物理特征演变,探讨冰雹云卫星识别预警应用潜力。结果表明:（1）陕西、山东等地冰雹云微物理特征具有一致性,卫星早期识别指标为:晶化温度（T_g）较冷,均值为?33°C;全部冰晶化时T_g对应的云粒子有效半径r_e（表征为r_eg）未饱和（<40 μm）,均值36.9 μm,且r_eg 越小冰雹云越强;云顶呈现r_e随高度减小带。（2）各地冰雹云早期识别指标在数值上存在一定差异,实际应用时应针对各地进行相应调整。（3）在静止卫星上,冰雹云微物理特征与极轨卫星相一致,将早期识别指标应用于FY-4A静止卫星,跟踪云团发展演变,实现自动预警。（4）经过4次降雹过程中应用,FY-4A卫星自动预警与实况吻合22次,漏报2次,自动预警平均提前约2小时。FY-4A卫星自动预警对及时有效组织实施人工防雹作业具有重要现实意义。     

基于CloudSat卫星资料分析青藏高原东部夏季云的垂直结构

本文利用CloudSat卫星资料,对青藏高原东部2006~2010年6~8月云垂直结构的空间分布进行分析,结果表明:(1)夏季青藏高原东部云发展可达到平流层,且高原东部云在5km以下以水云存在,5~10km以液相和固相共存的混态存在,在垂直高度10km以上以冰云存在。由于CloudSat卫星资料云相的反演问题,可能会造成水云和混态云的发展上限偏低,冰云的发展下限抬升。(2)研究区整层水汽输送和云水平均路径空间分布存在一定的差异性,云水含量纬向分布表现为在26.5°~30.5°N附近存在一个明显的峰值区,经向分布表现为95°E以西云水含量低于以东。(3)研究区以单云层为主,尤其在青藏高原主体。单云层平均云层厚度4182 m,云顶高度、云厚限于水汽的输送,表现为由南向北波动下降。多层云发生频率在27°N以北明显减少,说明强烈的对流运动更容易激发多层云的产生。     

对流云人工增雨雷达效果分析软件的应用

根据雷达回波参量自动选取对比云并进行效果分析的方法,研制了对流云人工增雨雷达效果分析软件.在此基础上,对2008年湖北省12次对流云增雨试验进行了效果检验:发现其中10个个例催化效果良好,具体表现为增雨作业催化后,目标云的物理参数发生了比较明显的变化,回波强度、回波顶高、液态含水量、强回波面积等均增大,约半小时内达到峰值,而相应的对比云回波参量增长幅度比目标云小,或者没有继续发展,大部分对比云的生命史比目标云短.最后,通过综合分析,提出基层作业站点适宜开展人工增雨的催化指标,在实际应用中取得了良好的效果.     

寿县地区云中液态水含量的微波遥感

该文利用地基双频（22.235GHz（1.35cm）和35.3GHz（8mm））微波辐射计和热带降雨测量卫星微波成像仪（TRMM/TMI）两种被动微波遥感资料分别反演安徽寿县地区云中液态水含量，运用统计回归方法得到该地区云水含量的反演公式，揭示了该地区云中液态水含量存在一个阈值0.4mm，当云中液态水含量超过这一阈值时，该地区一般就会出现降水。在降水发生之前，水汽和云中液态水含量均会出现一个显著增加的过程，而在降水结束之后则会出现一个显著减少的过程。     

机载微波辐射计测云中液态水含量 (I):仪器和标定

简要介绍为研制机载对空测云微波辐射计所做的预研究,结果确认了研制这样的单频机载微波辐射计的可行性,并明确了仪器的技术难点,给出了针对技术难点提出的设计方案和技术指标。本文还介绍了对仪器进行灵敏度测试的实验方法和结果。实验室测试和晴空飞行测试表明,在一定的条件下,仪器灵敏度指标达到0.2K;还较详细地介绍了几种实用的标定方法,并讨论了它们的适用范围和不确定性。     

一次飞机播撒吸湿性焰剂试验的微物理探测浅析

2011年夏季,北京市人工影响天气办公室组织了吸湿性焰剂的飞机播撒试验,选取八达岭长城西北的淡积云作为催化对象.试验期间,使用装备了云探测设备的运12飞机进行播撒及云微物理探测.在6月1日的试验中,运用差异化策略分别对不同的淡积云实施了催化,探测发现云中出现了符合暖云增雨概念模型的微物理反应.随后在晴空区实施了烟羽探测试验,通过在吸湿性焰剂烟羽区的穿刺飞行,获得了正在扩散的吸湿性焰剂的粒子谱,了解了播撒后扩散区的微物理特征.     

一次强飑线云结构特征的卫星反演分析

利用NOAA卫星AVHRR资料,对2006年4月28日山东一次春季强飑线过程进行了分析,重点研究了卫星资料多光谱综合分析的强对流云微物理特征和卫星识别的对流强信号,并与雷达、FY-2C卫星观测资料进行了对比分析。结果表明:(1)RGB合成图能清晰地显示云顶的结构、纹理、云砧、组成、高度及云厚等信息,是一种很方便的分析工具。(2)多光谱综合分析归纳出卫星探测对流强信号:云顶的对流结构和纹理突出,有明显的云砧,云顶以小粒子为主,粒子有效半径Re随高度增长缓慢,云团上部存在明显的Re随高度递减带,云顶Re和-dRe/dT能定量指示对流的强弱。据此,卫星识别出强中心A比实际降雹提前了近1h,比飑线发生提前了2.5h,比多普勒雷达监测提前了近2h,特别是识别出的强中心B比实际降雹提前了近4h。卫星探测为强对流天气的监测预报和预警提供了一种新途径。