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京津冀夏季强降水下冰云宏微观特征

干旱区地理 2019年第1期42卷 67-76页

作者：郑倩郑有飞王立稳李特林彤杜傢义南京信息工程大学大气物理学院江苏南京210044 江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044 南京信息工程大学环境科学与工程学院江苏南京210044

根据Aqua MODIS 2级云产品和Cloudsat的2级产品资料,结合降水数据和MODIS L1B级辐射率数据,对发生在京津冀地区夏季的三次强降水过程中冰云的宏微观物理量的特征进行分析,并探究这些物理量和降水强度的关系。结果表明:在水平分布中,强... 详细信息

根据Aqua MODIS 2级云产品和Cloudsat的2级产品资料,结合降水数据和MODIS L1B级辐射率数据,对发生在京津冀地区夏季的三次强降水过程中冰云的宏微观物理量的特征进行分析,并探究这些物理量和降水强度的关系。结果表明:在水平分布中,强降水过程中降水强度高值区内云相为冰云,冰云云顶高度在8～17 km,冰云粒子有效半径、冰云光学厚度、冰水路径分别最高可达60μm、150、5 000 g·m-2;冰云光学厚度、冰水路径、冰云云顶高度随降水强度增大而增大。在垂直分布中,冰云主要分布在3. 5 km以上,发生强降水站点的冰云为深对流云,冰云粒子有效半径、冰水含量、冰云粒子数浓度分别最高可达150μm、3 000 mg·m-3、500 L-1;冰云粒子有效半径高值区存在于云层中下部,且随高度上升而减小,冰云粒子数浓度高值区存在于云层中上部,且随高度上升而增加,冰水含量高值区则存在于云层中部;冰云粒子有效半径、冰水含量、冰云粒子数浓度在9 km以上随降水强度增大而增大。

关键词：京津冀夏季冰云强降水宏微观特征

湛江地区近海岸雾产生的天气条件及宏微观特征分析

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大气科学 2013年第3期27卷 609-622页

作者：岳岩裕牛生杰赵丽娟张羽徐峰南京信息工程大学江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室/大气物理学院南京210044 湛江市气象局湛江524001 广东海洋大学湛江524009

利用2011年2～3月广东省湛江市东海岛雷达站观测得到的12次雾过程中雾滴谱、能见度、边界层风温场资料以及常规气象资料,对沿岸海雾发生时的天气系统进行分类,分析了雾发生时的气象条件、边界层特点、微物理特征等,并对典型个例进行讨... 详细信息

利用2011年2～3月广东省湛江市东海岛雷达站观测得到的12次雾过程中雾滴谱、能见度、边界层风温场资料以及常规气象资料,对沿岸海雾发生时的天气系统进行分类,分析了雾发生时的气象条件、边界层特点、微物理特征等,并对典型个例进行讨论。总结发现:海雾易出现在低压前部、高压后部和冷锋前部等天气形势下;雾过程中,地面以偏东风为主,高空以偏东、偏南风为主;雾滴数浓度(N)的平均值变化范围为170～372cm3,液态水含量(LWC)为0.018～0.170gm–3,平均半径为1.71～3.28μm。选取了一个典型个例来研究典型天气形势下海雾宏微观特征,该过程发展初期以核化凝结为主,在水汽不充足时,大量的雾滴凝结核争食水汽,使得N增加而平均半径几乎不变。根据自动转化阈值T可以看出,成熟时期碰并效率增加,大滴端数密度增加,滴谱拓宽。结合边界层气象要素演变分析发现,在夜间急流显著时,不利于雾滴生长,LWC较低;而高空风速较小,逆虚温较强可能是消散阶段平均半径出现跃增的原因。雾滴谱呈双峰分布,且瞬时谱符合Gamma分布;液态水含量与消光系数、有效半径呈正相关关系,相关系数分别为0.95和0.97。

关键词：天气系统气象要素宏微观特征雾滴谱

基于雷达资料的一次高原涡天气云降水宏微观特征研究

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气象 2019年第10期45卷 1415-1425页

作者：李筱杨郑佳锋朱克云张杰王雨琪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

利用常规天气资料,并结合第三次青藏高原大气科学试验(TIPEX-Ⅲ)的毫米波云雷达资料和激光雨滴谱仪雨滴谱资料,对影响那曲地区的一次高原涡天气进行了综合分析,包括天气背景和云-降水水平、垂直结构和演变特征。结果表明:此次高原涡天... 详细信息

利用常规天气资料,并结合第三次青藏高原大气科学试验(TIPEX-Ⅲ)的毫米波云雷达资料和激光雨滴谱仪雨滴谱资料,对影响那曲地区的一次高原涡天气进行了综合分析,包括天气背景和云-降水水平、垂直结构和演变特征。结果表明:此次高原涡天气形成了涡旋状的云系,从垂直结构看本次过程由对流云演变为积层混合云。对流云阶段,回波多呈小面积的零星稀疏分布,持续时间较短,与此同时还伴有强烈的上升运动,云中正速度区多呈条状或细带状,云顶较高,呈“蘑菇状”,此时对应降水强度小,雨滴粒子浓度较低。混合云阶段,回波多呈整齐的片状,回波持续时间较长,云中的正速度区常呈柱状或方块状,近地面1 km位置处亮带明显,是由于粒子相态变化造成的,亮带以下降水粒子碰撞破碎,反射率因子明显降低,对应雨滴粒子直径多处于1~3 mm,且浓度较大。高原涡过程中不同阶段云所对应的雷达回波结构和降水特征存在明显的差别,本研究可为高原天气预报和物理过程等研究提供一定参考。

关键词：青藏高原那曲高原涡云降水宏微观特征云雷达

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吉林省一次层状云降水宏微观特征的观测研究

南京气象学院学报 2007年第6期30卷 770-778页

作者：封秋娟牛生杰雷恒池吴玉霞张晓庆南京信息工程大学大气物理与大气环境重点实验室江苏南京210044 中国科学院大气物理研究所北京100029

利用长春2004年7月5日一次降水过程的飞机观测资料,结合天气图、卫星云图及雷达回波等资料,综合分析了本次热带气旋影响下降水过程中云系的宏微观特征。研究表明,降水性层状云微观垂直结构配置可以分为4个发展层:云顶附近是核化和凝华... 详细信息

利用长春2004年7月5日一次降水过程的飞机观测资料,结合天气图、卫星云图及雷达回波等资料,综合分析了本次热带气旋影响下降水过程中云系的宏微观特征。研究表明,降水性层状云微观垂直结构配置可以分为4个发展层:云顶附近是核化和凝华增长区;-4^-7℃为云滴和冰粒子活跃增长层;0^-4℃为固态粒子聚合及云滴蒸发层;0℃层以下是雨滴碰并增长和云滴凝结增长区。2D-P观测的粒子的平均直径、最大直径、峰值直径的峰值集中在融化层附近,与融化层回波亮带对应。用同一种形式的密度分布函数N(r)=mrfexp(-ar+br2-cr3)来拟合暖层小云滴、大云滴和雨滴的谱分布,拟合结果与观测的谱分布吻合较好,拟合出的平均直径、均方根直径、数浓度以及含水量与观测值也较接近,相对误差小。

关键词：热带气旋宏微观特征融化层粒子谱分布谱拟合

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香蕉皮混凝剂的混凝与宏微观特征的稳定性

北京工业大学学报 2019年第12期45卷 1252-1260页

作者：付英简海龙陆宁宁孟祥君狄勇济南大学土木建筑学院济南250022 山东省淮河流域水利管理局规划设计院济南250100

以香蕉皮为原料制备新型香蕉皮混凝剂(banana peel,BP)及其防腐改性剂(anticeptic banana peel,ABP),采用扫描电镜/X射线能谱仪(SEM/EDS)和纳米粒度仪对其表面形貌/能谱和荷电特性进行分析.然后针对腐植酸模拟水,采用烧杯实验研究储存... 详细信息

以香蕉皮为原料制备新型香蕉皮混凝剂(banana peel,BP)及其防腐改性剂(anticeptic banana peel,ABP),采用扫描电镜/X射线能谱仪(SEM/EDS)和纳米粒度仪对其表面形貌/能谱和荷电特性进行分析.然后针对腐植酸模拟水,采用烧杯实验研究储存过程对BP和ABP混凝性能的影响,同时利用相机、酸度计、黏度计和紫外可见/分光光度计(UVA)研究二者宏微观性能在储存中的变化,最后对比研究ABP和聚合氯化铝(polyaluminum chloride,PAC)的混凝效果,并对机理进行简单分析.结果表明,BP和ABP表面形貌及元素含量均发生很大变化:香蕉皮、BP和ABP的C与O的原子比分别为1.14、0.49和0.38,K与Na的原子比则分别为28.9、0.72和***除浊和除色效果均随储存时间的延长而大幅下降(由0 d的85%和75.4%分别下降到11 d、56 d的52.6%和44.3%、19.7%和19.9%);而ABP先略微下降,然后小幅上升,其后基本稳定(56 d除浊和脱色率仅比0 d下降了2.6%和-1.2%).随储存时间的延长,由于微生物对BP成分的侵蚀,致使其宏微观特征具有不同变化,而ABP由于有防腐稳定剂的加入,其宏微观特征基本维持稳定.投药量增加到5 mg/L时,ABP与PAC的除浊率基本相同,但其适应的p H范围(5~9)小于PAC的(3~11).储存0 d的ABP和BP的机理主要为吸附/架桥功能;ABP混凝效果的发挥不是天然高分子有机混凝剂的单纯作用,而是天然高分子与微生物共存的复合式混凝剂的综合混凝作用.

关键词：香蕉皮混凝剂宏微观特征混凝性能稳定性

青藏高原典型云降水过程的垂直结构和宏微观特征研究

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青藏高原典型云降水过程的垂直结构和宏微观特征研究

作者：李筱杨成都信息工程大学

学位级别：硕士

高原涡与切变线不仅是高原地区主要降水系统,同时也会引发下游地区的灾害性天气。本文利用第三次青藏高原大气科学试验的新一代天气雷达、毫米波云雷达、雨滴谱仪资料等,对2015年8月5～7日影响那曲地区的一次高原涡天气以及8月26～28日... 详细信息

高原涡与切变线不仅是高原地区主要降水系统,同时也会引发下游地区的灾害性天气。本文利用第三次青藏高原大气科学试验的新一代天气雷达、毫米波云雷达、雨滴谱仪资料等,对2015年8月5～7日影响那曲地区的一次高原涡天气以及8月26～28日的高原切变线个例的云-降水宏微观结构和演变特征进行了研究。得到了如下结论:(1)研究使用的那曲高原涡个例是由于下游高压的阻挡作用,那曲地区存在低压中心并产生了较明显的气旋性环流,此后东移对下游地区产生影响。那曲切变线个例则是中高纬度低涡分裂的槽线延伸到高原地区演变而形成的。这两个个例均为由天气系统引起、伴有局地热力作用的混合性降水过程,充足的水汽输送、低空辐合高空辐散的垂直流场结构,为云和降水的产生提供了有利的天气条件。夜间温度露点差低,水汽饱和度高,两个个例云降水过程大多在夜间出现,此外高原涡系统在8月6日白天由于有力的水汽和动力条件配合,产生了维持8个小时的稳定降水。(2)从宏观结构看,高原涡个例在卫星图中可以看到明显的涡旋状云系形成并影响那曲地区。天气雷达中,高原涡过程由弱的对流云演变为积层混合云。对流云阶段,回波多呈小面积的零星稀疏分布,持续时间较短,仅有几个小时;混合云阶段,回波以整齐的片状为主,其中包含分散的小尺度对流单体,回波面积增大,持续了十几个小时。切变线个例中,卫星云图上偶尔在切变线附近有小面积对流云团出现。天气雷达中云系始终以积层混合云为主,与高原涡不同的是,切变线过程中,积层混合云上常有多个零散线状分布的对流单体,在径向速度图上有相应的逆风区存在,位置与切变线对应。与平原地区相比,两个个例中高原地区在正午时刻(12时-14时)局地对流发展并不强,而到了15时-20时,开始出现分散的对流单体并逐渐发展,入夜以后,对流系统开始减弱。(3)从微观结构看,在毫米波云雷达中,两类个例天气过程发展初期,强度回波都表现出对流云的特点,呈“火苗状”的云顶集中在10-12km区间内,意味着有强烈的上升运动。退偏振比大值区出现在距地面1km左右,显示了融化层的位置,弥补了天气雷达在对流天气下不出现零度层亮带而无法判断融化层的不足。融化层以上大气表现为强的上升运动,云中正速度区多呈条状或细带状,最大正速度值约为81-sm×。剧烈的空气运动造成粒子的翻滚,使得粒子的取向优势受到削弱,退偏振因子偏小。谱宽中有1.21-sm×左右的大值区,表示湍流运动强烈。该阶段降水持续时间短,雨滴谱分布较宽(0.5-4.2 mm),小雨滴(特征,与高原涡过程相比,切变线个例反射率因子强度明显更高,说明云内单位面积粒子数大。切变线引发的对流性降水瞬时雨强最大值(28.61hmm-×)远大于高原涡个例(9.891hmm-×),结合探空资料,与切变线过程中高的不稳定能量有关,稳定性降水的强度相似,维持在41hmm-×之内。此外,高原涡个例在云顶有显著的羽状结构,表示云顶“夹卷效应”较强,云体卷入了外部空气或流失了内部的上升气流。切变线个例中存在若干小尺度系统的混合云系过境,与天气雷达上处于切变线位置的若干连续对流单体的影响相对应,带来几次骤升骤降的降水。(4)青藏高原那曲地区不同类型天气过程和阶段云所对应的雷达回波结构和降水特征存在明显的差别,因此该研究有助于深入了解高原云和降水的形成机制,一方面对短临天气预报起到指导意义,另一方面有利于检验和改进数值模式中高原地区云和降水的模拟过程,对数值模式的发展提供参考依据。

关键词：青藏高原那曲宏微观特征毫米波云雷达云降水

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山东省冰雹云宏微观特征观测及数值模拟研究

山东省冰雹云宏微观特征观测及数值模拟研究

作者：李文娟中国气象科学研究院

学位级别：硕士

本文对2002年9月和2003年6月山东省境内出现的三次冰雹云过程进行了宏微观特征观测的资料分析及数值模拟研究。利用多种探测资料如多普勒天气雷达实时观测资料、卫星云图资料、MICAPS高空及地面气象观测资料和探空资料等,分析了冰雹云... 详细信息

本文对2002年9月和2003年6月山东省境内出现的三次冰雹云过程进行了宏微观特征观测的资料分析及数值模拟研究。利用多种探测资料如多普勒天气雷达实时观测资料、卫星云图资料、MICAPS高空及地面气象观测资料和探空资料等,分析了冰雹云发生发展的动力机制和环境特征,并利用中科院大气物理研究所的三维冰雹分档模式研究了冰雹形成增长的微物理机制,以及数值催化效果,由此建立了山东省典型冰雹云的概念模型,并提出了相应的催化方案。分析结果表明,这三次降雹过程发生的大尺度背景场在高空存在华北冷涡或者冷性低槽,大尺度系统东移并南压,使得高空冷空气下传,而低层存在较深厚的暖湿气流输送,从而在对流层中低层形成大范围不稳定层结。在地面一般存在较强盛的低压系统,产生辐合,并且与高空急流南侧的辐散区相叠加,引起了上升运动。对于发展强大、降雹持续时间长的冰雹云,一般存在较大的环境风垂直切变。水汽条件也是产生大冰雹的重要条件,湿层比较浅薄,整层相对比较干燥是产生大冰雹的有利环境条件。雷达回波显示出超级单体风暴的很多典型特征,回波强度呈现弱回波区、“钩状”回波及悬垂结构等特征,速度图上有的存在“逆风区”,有的存在中-γ尺度气旋,也有的表现为强的辐合辐散。数值模拟结果表明,降雹前风矢量场存在有利的触发机制,即云顶的强辐散与云底的辐合相对应,引起的上升速度随着高低层动量的交换和降雹等因素引起的拖曳作用而逐渐被削弱。模拟出冰雹在云中的循环增长方式反映了冰雹云中的主要动力场特征,小冰雹粒子主要分布在主上升气流两侧的次上升气流上方,主要通过碰并云水获得增长。雹胚主要来源于过冷水的冻结,即冻滴。此外,雪通过结凇云水和雨水长大后,转化为雹和霰胚,部分霰胚也是雹胚的来源。数值模拟催化过程发现,催化后大雹减少,小雹及霰增加,或者都减少,主要原因是催化最终使得冰雹对云水和雨水的收集明显减少,干增长过程的收集率也降低,雹胚在云中滞留的时间缩短,所以降落到地面的主要以霰为主,或者仍然以冰晶的形态存在于云中。在以上综合分析以及前人研究工作的基础上,建立了山东省典型冰雹云的概念模型,主要特征是:冰雹云的云底存在大范围辐合上升气流,云顶存在向两侧的出流,对流层中层上升运动达到最大,由上逐渐减小,对于环境风较大的超级单体,云中出现了倾斜的上升气流,高层随高空风向云移动方向流出,拉出了巨大的云砧,云砧主要是由小冰雪晶等组成。在云体后侧出现的下沉气流逐渐发展到云底,此时冰雹粒子由两侧随下沉气流向地面输送。

关键词：冰雹云宏微观特征数值模拟概念模型

单双参云微物理方案对强降水过程中云宏微观特征模拟的对比分析

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单双参云微物理方案对强降水过程中云宏微观特征模拟的对比分析

作者：钱悦南京信息工程大学

学位级别：硕士

本文将WRFV3.9版本中的16种云微物理参数化方案分为单参和双参两组,分别对2016年6月30日-7月4日江淮流域一次强降水过程进行了敏感性试验,比较不同的单双参云微物理方案对此次强降水过程中降水和云的模拟效果,先利用中国自动站与CMORPH... 详细信息

本文将WRFV3.9版本中的16种云微物理参数化方案分为单参和双参两组,分别对2016年6月30日-7月4日江淮流域一次强降水过程进行了敏感性试验,比较不同的单双参云微物理方案对此次强降水过程中降水和云的模拟效果,先利用中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐小时降水数据对各组模拟降水进行评估,在此基础上利用FY-2G和CALIPSIO云产品数据分别评估了不同单双参方案对降水过程中总云量、云垂直结构云水含量等宏微观特征的模拟性能,其主要结论如下:(1)利用WSM3方案对此次强降水过程模拟分析得出水汽主要来源于孟加拉湾,高层的副热带高空急流和低层的西南风急流相耦合,形成上干下湿的环流形势。降水过程中对流有效势能有积聚和释放的过程。强降水过程有强烈的垂直上升运动,并有相对应的辐合辐散机制。强的垂直上升运动对应强的视热源和强的视水汽汇,同时也伴随着强降水的发生。(2)选用不同的云微物理参数化方案均能较好地模拟出该次过程的雨带位置和中心降水强度,但SBU-YLIN方案和CAM 5.1方案模拟的强降水中心偏西,降水强度也偏弱,Kessler方案模拟的强降水中心偏北,降水强度偏弱。通过计算5天逐小时观测累积降水量与模拟累积降水量的时间相关系数可以得出单参方案中Goddard方案和WSM5方案模拟与实况对比效果最好。双参方案中WDM5方案和WDM6方案的模拟与实况对比较为一致。(3)分析两组试验对总云量的模拟结果发现,单参方案组除Kessler暖云方案由于对冰云过程描述不足导致模拟的总云量显著偏高外,其他单参方案和所有双参方案均能模拟出强降水过程中总云量的时空演变特征。从云覆盖率和云水含量的垂直分布特征来看,单参方案组对600hPa以下中低层暖云的模拟稳定性整体略优于双参方案组;而对200～500hPa之间的冰相云模拟结果则相反,双参方案组比单参试验组模拟的固水含量更加集中。对于低层暖云降水过程,选择如WSM5单参方案比双参方案得到的模拟云量更加接近实况,而对于以深对流为主要运动特征的冷云降水过程,选择如WDM5或WDM6这样双参方案模拟得出的高云量值更加稳定,误差也更小。

关键词：单双参数云微物理方案强降水云量宏微观特征

2019年夏季三江源局地热对流云宏微观特征的初步分析

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气象科技进展 2021年第5期11卷 120-127页

作者：贾烁杨洁帆韩辉邦马学谦雷恒池王田田中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴重点试验室(LACS) 北京100029 青海省人工影响天气办公室西宁810000 甘肃省人工影响天气办公室兰州730020

在中国气象局西北人影工程项目的支持下,2019年8—9月在青海省三江源地区增设714XDP车载X波段双偏振多普勒雷达开展局地热对流云观测试验。主要基于雷达体扫观测数据分析研究某日高原局地热对流云的宏微观特征,同时将FY-4A卫星反演对流... 详细信息

在中国气象局西北人影工程项目的支持下,2019年8—9月在青海省三江源地区增设714XDP车载X波段双偏振多普勒雷达开展局地热对流云观测试验。主要基于雷达体扫观测数据分析研究某日高原局地热对流云的宏微观特征,同时将FY-4A卫星反演对流云特征与雷达观测热对流云回波进行点对点对比。结果表明:该日试验区具备局地热对流云形成的动力条件、热力条件和一定的水汽条件;回波自西北向东南移动,与地形的走向呈90°或150°夹角(顺时针方向),与500 hPa流场方向一致,多数移速大于35 km/h;高原局地热对流云宏观特征表现为最大回波强度较小(30~48 dBz),最大回波顶高4~5 km,冷云过程为主,垂直积分液水含量较小(特征与热对流云回波的异同,云粒子有效半径较大(>16μm)的像素点与回波强度大值对应较好。

关键词：局地热对流云 X波段双偏振多普勒雷达宏微观特征卫星反演产品