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山西中部一次积层混合云降水微物理特征

沙漠与绿洲气象 2024年第3期18卷 24-31页

作者：杨俊梅孙鸿娉田晓婷王洪霞山西省人工影响天气中心山西太原030032 中国气象局云雾物理环境重点开发实验室北京100081 人工影响天气山西省重点实验室山西太原030032 太原市气象局山西太原030082 山西省气象台山西太原030006

基于2011年5月9日山西中部一次积层混合云降水的飞机探测和地面雨滴谱观测资料,分析空中云系微物理参量的垂直分布、冰晶形态及演变和地面降水的微物理特征。结果表明:积层混合云为冷云结构,垂直分布不均匀,云中过冷水较为丰沛,对流泡... 详细信息

基于2011年5月9日山西中部一次积层混合云降水的飞机探测和地面雨滴谱观测资料,分析空中云系微物理参量的垂直分布、冰晶形态及演变和地面降水的微物理特征。结果表明:积层混合云为冷云结构,垂直分布不均匀,云中过冷水较为丰沛,对流泡的存在造成云内不同区域云水含量不均匀。云滴的凝华增长导致5.3 km处大云粒子和降水粒子数浓度明显增加。小云粒子谱分布以单峰型为主,峰值直径主要在5~6μm或9~10μm,大云粒子谱分布呈多峰型,不同高度处变化较大。观测到的冰晶形态包括板状、针柱状、柱帽状、辐枝状和不规则形状,4.9 km处受聚合和淞附过程的共同影响,辐枝状和针柱状冰晶增多,在4.1 km处融化层附近淞附状冰晶明显增加。地面降水受到雨滴谱仪布设位置的影响,其微物理结构主要呈现层状云降水的特征。

关键词：积层混合云微物理特征垂直结构粒子形态

江淮气旋暴雪和海效应暴雪个例的微物理特征对比

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海洋气象学报 2024年第2期44卷 77-89页

作者：吴雪旭杨成芳王俊山东省气象防灾减灾重点实验室山东济南250031 山东省气象台山东济南250031 山东省人民政府人工影响天气办公室山东济南250031

利用雨滴谱等多源观测资料,对2023年12月山东江淮气旋暴雪和海效应暴雪的微物理特征进行了对比分析。结果表明:(1)相比于海效应暴雪,江淮气旋暴雪云系云顶高度较高,云顶亮温较低,对流强度较强。(2)江淮气旋暴雪的粒子数浓度高、粒子谱... 详细信息

利用雨滴谱等多源观测资料,对2023年12月山东江淮气旋暴雪和海效应暴雪的微物理特征进行了对比分析。结果表明:(1)相比于海效应暴雪,江淮气旋暴雪云系云顶高度较高,云顶亮温较低,对流强度较强。(2)江淮气旋暴雪的粒子数浓度高、粒子谱较窄、粒子体积较小、降雪强度较大;海效应暴雪的粒子数浓度低、粒子谱较宽、粒子体积较大、降雪强度较小。(3)江淮气旋暴雪的粒子下落末速度以单峰型为主,海效应暴雪则多为双峰型;江淮气旋暴雪的粒子下落末速度及其谱宽均大于海效应暴雪。(4)江淮气旋暴雪含有较多的霰粒、冰粒、雪花,海效应暴雪则以雪花及其聚合体为主。(5)两次暴雪的等效反射率因子(Z e)-降雪强度(I s)关系有较大差异。在降雪强度相同时,海效应暴雪的Z e更大。

关键词：江淮气旋暴雪海效应暴雪雨滴谱微物理特征

基于飞机观测的美国落基山地区冬季混合相态层状云与夏季对流云的微物理特征

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大气科学 2022年第5期46卷 1113-1131页

作者：范雯露景晓琴杨璟周思雨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/精细化区域地球模拟和信息中心/中国气象局气溶胶—云—降水重点开放试验室南京210044

混合相态层状云与对流云的微物理特征有很大的差异性,但现阶段数值模式中并没有充分考虑两者的区别,这是导致云降水的模拟有较大不确定性的原因之一。为了加深对层状云与对流云的微物理特征差异的理解,并为模式的验证和参数化开发提供支... 详细信息

混合相态层状云与对流云的微物理特征有很大的差异性,但现阶段数值模式中并没有充分考虑两者的区别,这是导致云降水的模拟有较大不确定性的原因之一。为了加深对层状云与对流云的微物理特征差异的理解,并为模式的验证和参数化开发提供支撑,本文基于在中落基山地区进行的Ice in Clouds Experiment—Layer Clouds(ICE-L)项目和High Plain Cumulus(HiCu)项目的飞机观测资料,定量对比分析了该地区大陆性混合相态冬季较浅薄的层状云与较弱及中等强度的夏季对流云的微物理特征。其中,粒子图像和粒子谱通过2D-Cloud和2D-Precipitation探头得到,液态水含量通过热线式King探头测量得到,冰水含量基于粒子谱计算得到。主要结论有:(1)在-30°C~0°C的温度层范围内,夏季对流云内的液态水含量比冬季层状云高一个数量级,冰水含量高一到两个数量级,并且在对流云云顶附近观测到更多的过冷水。此外,夏季对流云中液态水含量在-20°C~0°C上随温度降低而升高,而冬季层状云则相反。夏季对流云中更活跃的冰晶生成和生长过程使得云内液态水质量分数小于层状云。(2)冬季层状云与夏季对流云内相态空间分布极不均匀。随着温度从0°C降低到-30°C,在冬季层状云中冰晶发生贝吉龙过程,云中的过冷水为主的区域向混合相态和冰相转化。而夏季对流云中相态结构更为复杂,体现了对流云中复杂的冰水相互作用。(3)在-30°C~0°C的温度范围内,夏季对流云的粒子谱宽度大于冬季层状云。随着温度的降低,冬季层状云与夏季对流云均存在粒子谱增宽的现象。(4)冬季层状云中,温度低于-20°C时冰晶主要为无规则状,在-20°C~-10°C观测到了辐枝状和无规则状冰晶,在-10°C以上观测到了柱状和无规则状冰晶,说明冰晶的生长主要为凝华增长和碰并增长。而夏季对流云以冻滴、霰粒子与不规则冰晶为主,说明主要为液滴冻结、淞附增长和碰并增长为主。(5)在夏季对流云较强的上升气流中存在较高的液态水含量,但垂直速度与云内冰水含量没有明显的相关性。

关键词：混合相态层状云混合相态对流云微物理特征飞机观测

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基于多源资料的积层混合云降水微物理特征

大气科学 2022年第4期46卷 886-902页

作者：王洪张佃国王文青王俊李毅王烁山东省气象科学研究所济南250031 山东省人民政府人工影响天气办公室济南250031 中国气象局云雾物理环境重点开放实验室北京100081 西安华腾微波有限责任公司西安710119

基于地基云雷达、微雨雷达和天气雷达等遥测设备观测资料,结合挂载KPR云雷达和DMT粒子测量系统的飞机平台,详细分析了山东积层混合云降水过程的云降水微物理结构特征。结果表明,积层混合云降水过程呈现层状云和对流云降水特征。零度层以... 详细信息

基于地基云雷达、微雨雷达和天气雷达等遥测设备观测资料,结合挂载KPR云雷达和DMT粒子测量系统的飞机平台,详细分析了山东积层混合云降水过程的云降水微物理结构特征。结果表明,积层混合云降水过程呈现层状云和对流云降水特征。零度层以上,5~6 km高度层内,对流云降水多普勒速度和谱宽均大于层状云,说明对流云降水环境垂直气流、粒子尺度等均大于层状云。对流云降水,云雷达和微雨雷达时空剖面上出现由衰减造成的“V”字形缺口,云雷达衰减程度大于微雨雷达,且随高度增加,衰减越大。层状云降水,零度层亮带附近,雷达反射率因子跃增高度比多普勒速度高80 m,多普勒速度跃增高度又比谱宽高20 m。降水云系零度层附近降水机制复杂,粒子形态有辐枝冰晶聚合物、针状冰晶聚合物和云滴;0°C层以上,5~6 km处,对流云降水的多普勒速度和谱宽均大于层状云降水,即对流云降水环境垂直气流、粒子尺度范围等均大于层状云降水。

关键词：积层混合云微物理特征微雨雷达云雷达机载观测

基于双偏振雷达和降水现象仪的郑州“7·20”极端强降水微物理特征分析

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大气科学学报 2023年第5期46卷 713-724页

作者：郭换换王坤中国气象局河南省农业气象保障与应用技术重点实验室河南郑州450003 洛阳市气象局河南洛阳471000 南通市气象局江苏南通226000

利用降水现象仪、双偏振雷达、常规气象观测资料和再分析数据,分析了郑州“7·20”极端强降水过程的微物理特征。此次过程受多尺度天气系统的共同影响,为复杂多变的降水微物理特征提供了有利的环境条件。结果表明,此次过程地面雨滴谱分... 详细信息

利用降水现象仪、双偏振雷达、常规气象观测资料和再分析数据,分析了郑州“7·20”极端强降水过程的微物理特征。此次过程受多尺度天气系统的共同影响,为复杂多变的降水微物理特征提供了有利的环境条件。结果表明,此次过程地面雨滴谱分布随时间存在明显变化,雨滴谱参数分布较广,覆盖了从大陆性对流降水至海洋性对流降水的分布区域。20日16—17时最强降水时段,小粒子数密度显著高于东亚地区普通对流性降水的统计结果和华南地区夏季平均值,且存在大量大粒子,保证了极高的降水效率。双偏振雷达参量的垂直结构反演结果显示,对流系统质心低,具有典型的暖云特征;0℃层以上冰相过程相对活跃,0℃层以下强烈的暖雨过程,大量的冰相粒子落下并融化和低层高效率的雨滴碰并增长过程,导致各尺度高浓度雨滴的生成,最终形成地面的极端强降水。

关键词：极端强降水微物理特征雨滴谱双偏振雷达

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西天山地区一次冷锋暴雪微物理特征分析

大气科学 2023年第2期47卷 417-429页

作者：刘凡张晋茹刘晶杨莲梅中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所乌鲁木齐830002 新疆云降水物理与云水资源开发实验室乌鲁木齐830002 西天山云降水物理野外科学观测基地乌鲁木齐830002

基于二维视频雨滴谱仪联合毫米波云雷达、风廓线雷达、微波辐射计、GPS/MET水汽等垂直探测设备,对2020年2月18~19日西天山地区一次冷锋暴雪过程进行了微物理特征研究。本文设计了雪花及霰粒子分类算法,用于定量研究降雪微物理特征。结... 详细信息

基于二维视频雨滴谱仪联合毫米波云雷达、风廓线雷达、微波辐射计、GPS/MET水汽等垂直探测设备,对2020年2月18~19日西天山地区一次冷锋暴雪过程进行了微物理特征研究。本文设计了雪花及霰粒子分类算法,用于定量研究降雪微物理特征。结果表明:(1)冷锋入侵、动力强迫阶段,降雪粒子类型主要为雪花,微物理过程主要为凝华增长及聚并增长;(2)冷锋控制、大风降温阶段,降雪粒子类型主要为雪花、霰粒子,微物理过程主要是聚并增长及凇附过程,同时聚并增长有利于凇附过程的发生;(3)在冷锋过境阶段,由于云顶温度升高、大气冰核减少、充足的过冷水,有利于凇附过程的发生。不同于南京地区的降雪,西天山地区降雪,雪花直径及雪强偏小,但霰粒子对雪强有较大贡献。通过两种融化模型,拟合出相应的雨滴谱及其Gamma分布,发现与本地层状云降水的特征相似。

关键词：西天山地区固态降水凇附过程微物理特征

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台风“莫兰蒂”登陆前后微物理特征研究

气象科学 2022年第6期42卷 730-741页

作者：马孝林王举黄泓王学忠王珍国防科技大学气象海洋学院长沙410000

基于厦门市2016年9月14—15日S波段双偏振雷达资料,研究了2016年第14号台风“莫兰蒂”登陆前后降水特征以及它们的差异。结果表明:台风“莫兰蒂”登陆过程经历了登陆前缓慢减弱、登陆后快速减弱、登陆后缓慢减弱3个阶段。登陆前,台风螺... 详细信息

基于厦门市2016年9月14—15日S波段双偏振雷达资料,研究了2016年第14号台风“莫兰蒂”登陆前后降水特征以及它们的差异。结果表明:台风“莫兰蒂”登陆过程经历了登陆前缓慢减弱、登陆后快速减弱、登陆后缓慢减弱3个阶段。登陆前,台风螺旋雨带中对流旺盛,发展高度高,冷云过程较强,0℃层以上存在大量的冰晶。0℃层以下,粒子破碎比较严重,降水以小滴为主。登陆后快速减弱阶段,受地形影响,台风内区发展高度升高。登陆后快速减弱阶段,螺旋雨带发展高度降低,0℃层上冰相粒子数量减少,0℃层以下,粒子之间的碰并增长和蒸发过程明显,降水以中小雨滴为主,暖云过程占主导。

关键词：微物理特征登陆台风双偏振雷达粒子相态

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气溶胶对降水微物理特征影响的研究

气溶胶对降水微物理特征影响的研究

作者：谢祥珊兰州大学

学位级别：硕士

气溶胶对云和降水的影响充满复杂性和不确定性,是云微物理研究的重点之一。沙尘气溶胶是对流层中含量最丰富、分布最广泛的气溶胶之一,沙尘气溶胶作为凝结核可改变云和降水的生命周期,从而影响天气和气候,因此本文详细研究了沙尘气溶胶... 详细信息

气溶胶对云和降水的影响充满复杂性和不确定性,是云微物理研究的重点之一。沙尘气溶胶是对流层中含量最丰富、分布最广泛的气溶胶之一,沙尘气溶胶作为凝结核可改变云和降水的生命周期,从而影响天气和气候,因此本文详细研究了沙尘气溶胶和人为气溶胶对降水的影响。首先利用2021年1月1日至2022年12月31日上海浦东的逐分钟雨滴谱观测数据,分析了上海降水微物理参数的季节变化、年变化和日变化特征;再结合空气质量数据、欧洲中期天气预报中心的ERA5再分析资料和美国国家航空航天局MERRA-2再分析资料,以2021年3月两次特大沙尘暴期间上海浦东发生的多次降水事件为例(605个样本),试图揭示沙尘气溶胶对弱降水微物理特征的影响;最后,分析了人为气溶胶高污染情景下259个分钟雨滴谱降水样本的雨滴谱特征。主要结论有:(1)上海对流降水的平均雨滴谱明显高于层云降水,两者平均雨滴谱谱型均为单峰型,且峰值直径均在0.56 mm左右。不同雨强分级下,平均质量加权直径D的平均值随雨强的增大而增大,而归一化数浓度截距参数LogN的平均值则随雨强的增加呈先增加后减小的变化。(2)对于不同直径降水粒子对降水的贡献,对流降水雨强的主要贡献者是中雨滴和大雨滴,而层云降水则是小雨滴和中雨滴。且随雨强的增加,归一化雨强贡献R(D)分布的峰型由双峰型变为三峰型,峰值直径变大。弱降水事件是小雨滴对降水贡献较大,而强降水事件则是大雨滴对降水的贡献较大。(3)沙尘气溶胶对弱降水有抑制作用。沙尘气溶胶降水的平均质量加权平均直径(D)小于无沙尘气溶胶的弱降水,而沙尘气溶胶降水的归一化数浓度截距参数平均值(LogN)大于无沙尘气溶胶降水。此外,与无沙尘气溶胶降水事件相比,有沙尘气溶胶降水事件的小雨滴平均数浓度增长13.8%,而大雨滴平均数浓度减少19.2%,表明沙尘气溶胶可能导致小(大)雨滴的数量浓度显着增加(减少)。这可能是由于沙尘气溶胶浓度增加导致小云滴数浓度增加,云滴碰并作用降低,导致大雨滴数浓度明显减少,降水效率受到抑制,从而抑制弱降水。(4)人为气溶胶浓度增加有利于对流降水产生更大的粒径和更多的大雨滴数浓度,促进了对流降水发展。高污染条件下,对流降水的大雨滴数浓度明显增加,累积降水量增大,降水量日变化峰值时间延迟,而层云降水的小雨滴数浓度明显减少。此外,高污染条件下层云降水的小雨滴平均数浓度比清洁条件下减少63.5%,而对流降水的大雨滴平均数浓度则比清洁条件下增加8.04倍。这进一步表明高浓度气溶胶有利于促进对流降水发展,而抑制层云降水和延迟对流降水的发生。

关键词：沙尘气溶胶人为气溶胶雨滴谱微物理特征

呼和浩特地区飞机积冰环境的云微物理特征研究

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呼和浩特地区飞机积冰环境的云微物理特征研究

作者：张云峰中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

开展飞机积冰环境特征及过冷水时空分布的研究,对于保障飞行安全、提供试飞依据、开发云水资源、防灾减灾具有重要意义。本文利用机载粒子探测资料、ERA5再分析资料、风云二号卫星资料以及全球卫星降水计划(GPM)降水等资料,分析了呼和... 详细信息

开展飞机积冰环境特征及过冷水时空分布的研究,对于保障飞行安全、提供试飞依据、开发云水资源、防灾减灾具有重要意义。本文利用机载粒子探测资料、ERA5再分析资料、风云二号卫星资料以及全球卫星降水计划(GPM)降水等资料,分析了呼和浩特地区7次飞机积冰环境的天气形势、水汽条件、云系状况等宏观特征,揭示了云粒子水平和垂直的微物理结构特征,拟合了粒子谱分布参数。论文取得的具体成果如下:呼和浩特地区飞机积冰环境的天气形势主要分为:低压槽型、低压型和副高型。积冰区域主要位于水汽辐合区,水汽通量散度一般在-0.8×10Kg h Pams以内。云顶分类主要为卷云和卷积云,云顶温度主要在240 k左右;飞机探测期间有一次未发生降水,其余六次均有降水发生。机载粒子探头揭示的垂直特征表现为:云系多为两层,7次探测中,有4次出现逆温层,逆温层高度主要为5500 m左右,在逆温层高度二维云粒子图像探头(Cloud Imaging Probe,CIP)和降水粒子探头(Precipitation Imaging Probe,PIP)粒子数浓度和等效液态水含量较高,有利于积冰的生成。云滴探头(Cloud Droplet Probe,CDP)、CIP和PIP所测粒子数浓度,液态水含量和有效直径廓线形态基本一致,其中CDP所测粒子有效直径最大值均在20μm左右,降水云系和非降水云系液态水含量和粒子数浓度最大值变化不大;非降水云系的CIP液态水含量和有效直径的最大值明显低于降水云系;非降水云系的PIP粒子数浓度最大值也明显低于降水云系;无论是降水云系还是非降水云系,CDP粒子谱谱宽均可达到45μm,且均为多峰分布,峰值出现在10～25μm,非降水云系CIP和PIP谱宽跟降水云系粒子谱相比较窄。过冷水多位于5000 m左右高度,其微物理的水平特征表现为:(1)10次CDP粒子数浓度的最大值范围普遍在100～400 cm左右。夏季液态水含量最大值明显高于其他季节。秋季的有效直径平均值较高,夏季较低;几乎所有水平探测有效直径最大值都可达49μm;(2)CIP数浓度的平均值分布相当,数浓度最大值分布无明显规律。降水云系的液态水含量平均值明显高于非降水云系。三个季节有效直径平均值和最大值都比较大;(3)春秋季节的PIP数浓度的平均值高于夏季。秋季的液态水含量平均值普遍较高;夏季的液态水含量最大值较高。秋季的有效直径平均值较高,几乎所有水平探测有效直径最大值都可达到3000～4000μm;(4)非降水云系CDP粒子谱谱宽为30μm,降水云系CDP粒子谱宽除2020年07月25日15时探测为20μm外,其余均可达到40μm,降水云系粒子谱均为单峰分布,非降水云系粒子谱单峰、双峰均有;双峰分布的粒子谱峰值为10～20μm,单峰分布的粒子谱峰值为10μm,非降水云系的CIP和PIP粒子谱比降水云系的粒子谱窄。最后对CDP探测的平均粒子谱进行分析并运用Gamma函数和K-M函数对其进行拟合,CDP粒子平均谱显示,10次水平探测的粒子平均谱大多呈现双峰型和单峰型;运用Gamma函数对CDP平均粒子谱的拟合结果显示:形状因子最高可达102.59,比最低高出2个量级,Gamma分布对于第3次的拟合和第10次的拟合形状因子分别为2.23和2.77,拟合后的相关系数R分别为0.53和0.51,K-M分布对这两次拟合的相关系数R分别为0.50和0.43,二者较为相似,但其余几次Gamma函数拟合相关系数几乎都在0.7以上,而K-M函数拟合相关系数几乎都在0.5以下,说明Gamma函数拟合相关系数明显高于K-M函数拟合。

关键词：飞机积冰飞机探测天气形势微物理特征