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云凝结核浓度对雷暴云电过程影响的数值模拟研究

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大气科学 2017年第1期41卷 106-120页

作者：邓美玲银燕赵鹏国肖辉南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044 成都信息工程大学大气科学学院成都610225

本文将非感应起电机制耦合到WRF中尺度模式中,选取Morrison双参数微物理方案,采用整体放电参数化方案,改变初始云凝结核(CCN)浓度(浓度变化从500 cm-3到4000 cm-3),共模拟15组试验,讨论了CCN浓度(nCCN)对雷暴云起电强度的影响。通过研... 详细信息

本文将非感应起电机制耦合到WRF中尺度模式中,选取Morrison双参数微物理方案,采用整体放电参数化方案,改变初始云凝结核(CCN)浓度(浓度变化从500 cm-3到4000 cm-3),共模拟15组试验,讨论了CCN浓度(nCCN)对雷暴云起电强度的影响。通过研究发现:随nCCN增加,霰粒子数浓度减少,混合比增加,导致霰粒子平均尺度增加;冰晶粒子数浓度增加,混合比基本不变,导致冰晶粒子平均尺度减小。此外,霰粒子平均尺度增大,下落末速度增大,冰晶粒子平均尺度减小,下落末速度减小,二者末速度差值增加,导致单次碰撞电荷分离量增加。综上所述,气溶胶浓度增加使霰粒子与冰晶粒子碰撞分离过程增强,单次碰撞电荷分离量增加,正负电荷密度平均值增加,从而增强雷暴起电强度。

关键词：气溶胶 WRF中尺度模式雷暴云微物理过程起电强度

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雷暴云起电机制的数值模拟研究

雷暴云起电机制的数值模拟研究

作者：赵鹏国成都信息工程学院

学位级别：硕士

本文在一维时变雷暴云起电放电模式的基础上，分别利用CCOPE和STEPS中一次雷暴的实测探空资料对其结果进行了初步模拟;在此基础上通过敏感性试验研究了地面温度、地面气压、云底高度、云体半径、反转温度、温度垂直递减率、电荷转移量... 详细信息

本文在一维时变雷暴云起电放电模式的基础上，分别利用CCOPE和STEPS中一次雷暴的实测探空资料对其结果进行了初步模拟;在此基础上通过敏感性试验研究了地面温度、地面气压、云底高度、云体半径、反转温度、温度垂直递减率、电荷转移量、上升气流速度和软雹垂直通量对雷暴云起电放电过程的影响;并模拟了沿海雷暴个例和内陆雷暴个例，初步分析了两个雷暴个例起电放电特征。模式考虑的冰晶生成机制为Fletcher和H-M冰晶生成机制。CCOPE和STEPS中雷暴个例的模拟结果与实际观测结果对比发现，垂直电场正负极大值出现的位置与实测结果较接近，但电场极值差异较大，模拟结果明显大于实测结果，导致这一结果的主要原因是模式中阈值设定较高及各个参数为定值等模式的局限性。敏感性试验表明，地面温度较高时，雷暴云中负电荷的垂直厚度较小，雷暴云的正负电荷密度极大值较大。地面气压降低，放电位置有所降低，首次放电时间降低，闪电频数升高。云底高度降低，雷暴云放电位置也降低，降低幅度在0.1km左右，首次放电时间减小，闪电频数随之增大。在两种冰晶机制下，云体半径越大闪电频数也越大，与前人研究结果一致。反转温度较低时冰晶所带负电荷的垂直范围较大;模式中地面温度为32℃，反转温度低于-26℃时，雷暴云出现反极性电荷结构。不同冰晶机制下温度垂直递减率对闪电频数的影响有差别。在Fletcher冰晶机制下，随着温度垂直递减率的增大，正负电荷分布范围减小，负电荷密度极大值绝对值增大，正电荷密度极大值减小。转移电荷量与闪电频数成正比，与首次放电时间无关。上升气流增大，放电位置也有所升高。当软雹垂直通量增加，雷暴云首次放电时间降低，而闪电频数随之增大。在模拟计算中，Fletcher冰晶机制下更易有地闪出现。对比内陆和沿海雷暴个例的模拟结果可知，内陆雷暴个例首次放电时间提前于沿海雷暴个例，内陆雷暴个例的闪电频数也较大，电活动较为强烈。该模式能够较直观地模拟雷暴发展过程中的电荷结构和电场时空分布等。

关键词：雷暴电荷结构电场闪电频数数值模拟

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四川省臭氧时空分布特征及污染特征分析

环境科学与技术 2018年第S1期41卷 293-298页

作者：李波兰罗彬张巍赵鹏国四川省环境监测总站四川成都610091 成都信息工程大学四川成都610225

利用2015-2016年四川省21市(州)大气质量监测数据,探讨了四川省臭氧时空分布特征及污染特征。结果表明:四川省臭氧季节特征明显,全省夏季浓度最高,冬季浓度最低,春季>秋季,攀西高原和川西高原为夏季>春季>冬季>秋季,盆地西部O_3浓度最高... 详细信息

利用2015-2016年四川省21市(州)大气质量监测数据,探讨了四川省臭氧时空分布特征及污染特征。结果表明:四川省臭氧季节特征明显,全省夏季浓度最高,冬季浓度最低,春季>秋季,攀西高原和川西高原为夏季>春季>冬季>秋季,盆地西部O_3浓度最高,川西高原最低,全省最高值出现在成都;O_3小时浓度日变化规律均呈"单峰型"特征,7:00-8:00处于一天中的最低值,15:00左右臭氧浓度达到峰值;O_3为首要污染物的比例仅次于PM_(2.5),盆地西部臭氧污染最为严重;污染主要发生在4-10月,4-10月的臭氧超标天数占全年臭氧超标总天数90%以上。

关键词：四川臭氧时空分布污染特征

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雷暴微物理过程对电活动影响的数值模拟研究

高原气象 2013年第3期32卷 884-893页

作者：赵鹏国周筠珺邓德文刘畅成都信息工程学院大气科学学院/四川省高原大气与环境重点实验室四川成都610225 中国气象科学院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测实验室北京100029

在一维时变雷暴云起电放电模式的基础上,分别利用对流降水试验合作计划(CCOPE)和夏季雷暴放电与降水研究(STEPS)一次雷暴的实测探空资料进行了初步模拟,并通过敏感性试验研究了软雹垂直通量、地面温度和反转温度对雷暴云起电放电过程的... 详细信息

在一维时变雷暴云起电放电模式的基础上,分别利用对流降水试验合作计划(CCOPE)和夏季雷暴放电与降水研究(STEPS)一次雷暴的实测探空资料进行了初步模拟,并通过敏感性试验研究了软雹垂直通量、地面温度和反转温度对雷暴云起电放电过程的影响。模式考虑的冰晶生成机制为Fletcher和H—M冰晶生成机制。对比CCOPE和STEPS雷暴个例的模拟与观测结果,发现垂直电场正负极大值出现的位置与实测结果较接近,但电场极值差异较大,模拟结果明显大于实测结果。敏感性试验表明,当软雹垂直通量增加时,雷暴云首次放电时间降低,而单位时间内发生闪电的次数(闪频)随之增大。当地面温度较高时,雷暴云中负电荷的垂直厚度较小,雷暴云的正、负电荷最大密度较大。当反转温度较低时,冰晶所带负电荷的垂直范围较大。在敏感性试验中,当模式中地面温度为32℃,反转温度<-26℃时,雷暴云出现反极性电荷结构。该模式能较直观地模拟雷暴发展过程中的电荷结构和电场时空分布等。

关键词：软雹垂直通量地面温度反转温度电荷结构闪电频次

冬季四川盆地霾天气的环流特征及其对前期青藏高原热力作用的响应

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大气科学 2023年第5期47卷 1626-1640页

作者：罗玉陈超赵鹏国刘佳徐路扬四川省气候中心成都610072 高原大气与环境四川省重点实验室成都610225 成都信息工程大学成都610225 中国气象局成都高原气象研究所高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室成都610072 北京市气象台北京100089

本文利用NCEP/NCAR、ECMWF大气环流资料以及四川盆地101站气象站点资料等,通过线性相关分析、合成分析等统计方法,分析了冬季四川盆地霾天气气候特征及其对应的关键环流系统和对前期青藏高原热力作用的响应。结果表明:冬季四川盆地季霾... 详细信息

本文利用NCEP/NCAR、ECMWF大气环流资料以及四川盆地101站气象站点资料等,通过线性相关分析、合成分析等统计方法,分析了冬季四川盆地霾天气气候特征及其对应的关键环流系统和对前期青藏高原热力作用的响应。结果表明:冬季四川盆地季霾日数呈弱增加趋势;四川盆地三大城市群为冬季霾多发区。影响冬季四川盆地霾天气的关键环流系统是高低空正压结构的高度场正距平、异常下沉运动以及异常偏弱的西伯利亚高压;影响霾天气的关键环境条件为偏西北风异常控制、稳定大气层结易于建立、边界层高度偏低且相对湿度偏低。前期11月青藏高原关键区热力作用是影响冬季四川盆地霾天气频发的重要外强迫因子。当前期11月高原关键区热源指数偏低时,冬季阿留申低压及西伯利亚高压显著偏弱,自北大西洋到西北太平洋存在一个类似于南支槽波列系统的弓形波列,青藏高原—四川盆地为正位势高度场距平控制,盆地上空为反气旋环流控制,配合异常的下沉气流,从而有利于霾的形成。青藏高原大气热源的异常及其耦合的四川盆地霾日数异常都可能是上游波列,尤其是中纬度北大西洋的扰动传播的结果,并受到青藏高原“背风坡”东侧下沉气流影响,导致霾日数偏多。

关键词：四川盆地霾日青藏高原大气热源

气溶胶对热带气旋强度及电过程影响的数值模拟研究

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气象科学 2016年第1期36卷 1-9页

作者：赵鹏国银燕肖辉康汉青南京信息工程大学大气物理学院国家气象局气溶胶-云-降水重点实验室南京210044 成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室成都610225

将详细的气溶胶活化方案和非感应起电参数化方案耦合到WRF模式的Morrison微物理方案中,在此基础上模拟了理想的热带气旋个例,讨论了气溶胶对热带气旋强度及电活动的影响。研究发现气溶胶对热带气旋强度和电活动的影响在不同发展阶段是... 详细信息

将详细的气溶胶活化方案和非感应起电参数化方案耦合到WRF模式的Morrison微物理方案中,在此基础上模拟了理想的热带气旋个例,讨论了气溶胶对热带气旋强度及电活动的影响。研究发现气溶胶对热带气旋强度和电活动的影响在不同发展阶段是不同的。在热带气旋发展阶段,气溶胶增加使云内的云滴数浓度增加,云滴尺度降低,抑制了暖雨过程,未降落的小云滴粒子上升到冻结层之上,冻结形成了更多的冰相粒子,冻结过程释放潜热,激发云系对流发展,使热带气旋强度增强,电活动更为剧烈。而在热带气旋成熟阶段,污染个例中的冰相粒子降落,形成更多的降水,降水粒子在下落过程中对上升气流产生拖曳作用,抑制对流强度。降水粒子在海平面蒸发吸收了大量潜热,使该区域温度降低,这也阻碍了外部暖湿能量向内输送,抑制了对流发展,从而使热带气旋强度降低。而由于污染个例中的冰粒子较少,参与起电过程的冰粒子减少,热带气旋的电活动强度降低。

关键词：热带气旋强度电活动气溶胶 WRF模式

近36a来四川盆地持续霾事件特征及环流分析

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中国环境科学 2019年第9期39卷 3604-3615页

作者：罗玉马振峰赵鹏国卿清涛孙彧刘佳李小兰孙蕊中国气象局成都高原气象研究所高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室四川成都610072 四川省气候中心四川成都610072 成都信息工程大学大气科学学院四川成都610225 四川省气象灾害防御技术中心四川成都610072

利用1981~2016年四川盆地102个气象观测站逐日霾日观测资料,对四川盆地持续霾事件(定义为连续3d及以上有烟幕或霾发生的天气)的时空分布特征、变化趋势进行分析,然后对冬季霾事件环流场特征进行研究.结果表明:1981~2016年四川盆地持续... 详细信息

利用1981~2016年四川盆地102个气象观测站逐日霾日观测资料,对四川盆地持续霾事件(定义为连续3d及以上有烟幕或霾发生的天气)的时空分布特征、变化趋势进行分析,然后对冬季霾事件环流场特征进行研究.结果表明:1981~2016年四川盆地持续霾事件的年平均日数呈增加趋势,持续霾事件日数占霾总日数的百分比与霾总日数增加趋势较为一致,霾总日数的增加主要是由持续霾事件的增加引起的.四川盆地持续霾事件的空间分布不均匀,与霾日数的大值区的分布较为一致,主要集中在川东北城市群、成都平原城市群以及川南城市群.持续霾事件多发区的范围在1981~2010年呈年代际增大,在2011~2016年范围减少显著.通过分析盆地冬季霾事件的环流场发现,霾事件偏多(少)年时段,四川盆地处于暖(冷)高(低)压大值区域,乌拉尔山阻塞高压偏弱(强),东亚大槽偏弱(强),盆地上空为一定程度的辐合(辐散),存在(不存在)明显逆温结构,垂直上升运动弱(强),这些条件均有利于污染物颗粒聚集在浅薄的边界层内(利于污染物的扩散),造成霾天气的维持(消散).

关键词：四川盆地持续霾事件环流特征

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西南地区臭氧空间分布及变化趋势

气象科学 2018年第2期38卷 149-156页

作者：赵川鸿赵鹏国周筠珺成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室成都610225 南京信息工程大学气象灾害预警预报与评估协同创新中心南京210044

本文利用2003年1月—2012年12月的MSR2臭氧总量月平均资料对四川盆地(28～31°N,104～106°E)、青藏高原(27～37°N,80～95°E)、云贵高原(23～27°N,98～106°E)3个区域的臭氧总量空间分布及变化趋势进行了对比分析。得到了以下结论,... 详细信息

本文利用2003年1月—2012年12月的MSR2臭氧总量月平均资料对四川盆地(28～31°N,104～106°E)、青藏高原(27～37°N,80～95°E)、云贵高原(23～27°N,98～106°E)3个区域的臭氧总量空间分布及变化趋势进行了对比分析。得到了以下结论,四川盆地常年存在臭氧总量最大值,青藏高原次之,云贵高原最低。在2003—2012年这10 a间西南地区臭氧总量总体呈上升趋势,这同全球臭氧总量近几十年的变化趋势相一致,其中上升趋势云贵高原>四川盆地>青藏高原。西南地区在这十年间分别出现了臭氧总量最小值年(2008年)和臭氧总量最大值年(2010年),其中青藏高原还出现了一个臭氧总量最小值年(2004年)。就臭氧总量季节变化而言,在2003—2012年10 a间西南地区臭氧总量在春季存在最大值,但是青藏高原的臭氧总量在秋季存在最小值,而四川盆地和云贵高原的臭氧总量在冬季存在最小值。

关键词：臭氧西南地区年变化季节变化

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“大气物理学”课程思政初探与实践

创新教育研究 2022年第11期10卷 2898-2903页

作者：赵鹏国华维成都信息工程大学大气科学学院四川省高原大气与环境重点实验室四川成都

本文针对本校农业专业学位硕士研究生选修课“大气物理学”,根据课程的内容和结构特点,从历史进展、时代背景和实践应用三条主线出发,在各个章节中有机融入科学精神、家国情怀、专业自豪感和使命感、哲学思维和传统文化五大思政元素。... 详细信息

本文针对本校农业专业学位硕士研究生选修课“大气物理学”,根据课程的内容和结构特点,从历史进展、时代背景和实践应用三条主线出发,在各个章节中有机融入科学精神、家国情怀、专业自豪感和使命感、哲学思维和传统文化五大思政元素。在本课程中的课程思政初探和实践,不仅提升了学生的专业素质和思想政治素养,也为“大气物理学”课程思政深入建设提供了思路和方法。

关键词：大气物理学课程思政教育思政教育元素教学改革