青藏高原夏季一次冰雹过程的微物理特征

为提高青藏高原冰雹过程中降水特征的认识,利用雨滴谱数据并结合探空、雷达、FY-4A卫星和分钟降水资料,分析了2020年7月23日拉萨降雹过程的微物理特征。结果表明:在降水演变特征方面,雨量计分钟降水量与DSG5降水天气现象仪接近,但开始和结束时间、降水峰值及总降水量略有差异。此次过程中雨滴、冰雹的平均谱分布拟合曲线呈单调下降,雨滴谱符合Γ分布,雹谱符合M-P分布。降雹初期,降水粒子以小粒子居多,主要由雨滴下落中的蒸发所致;降雹后期,降水粒子谱宽变大,碰撞破碎和霰粒融化产生大量的小雨滴引起粒子数浓度剧增,数浓度增多和滴谱变宽导致雨强增大。冰雹的数浓度仅占总降水粒子数浓度的1.6%,但对地面降水量的贡献最大。根据观测,拟合得到冰雹平均末速度与直径的关系公式。

北京市观象台2021-2022年气象垂直物理量数据集

气象垂直物理量在气象、环境等领域用途非常广泛;但由于计算较为复杂,长序列、多要素的气象垂直物理量数据集一直较为缺乏。基于北京市观象台(站号54511)2021-2022年的气象探空资料,采用MICAPS4.0软件,计算2021-2022年气象垂直物理量数据集。每日有两个时次的数据,分别为08时和20时。垂直物理量包括K指数、A指数、最大抬升指数等40个物理量。数据集从数据观测、数据传输、数据存储3个方面进行了质控,可为天气预报、大气环境等领域的业务科研工作提供数据支撑。

全球降水观测计划IMERG对金沙江下游极端降水反演效果评估

基于中国气象局研发的三源融合降水产品,利用相关系数、平均误差、相对偏差、归一化均方根误差、命中率、误报率和关键成功率共7个评估指标,从极端降水指数精度、极端降水探测能力等方面分析全球降水计划卫星(Global Precipitation Mission,GPM)IMERG V06 Final降水产品在金沙江下游对极端降水的反演效果。结果表明:IMERG降水产品对极端降水空间分布具有一定的反演能力,在强降水区和弱降水区灵敏度均较高,但在流域大部分区域仍然倾于高估,高海拔山区高估现象更明显;IMERG对最大连续5日降水量的反演效果优于其他极端降水指数(极端日降水、最大单日降水量、强降水量和大雨日数),具有较高的相关系数、较低的相对偏差以及较低的归一化均方根误差;IMERG对极端降水事件探测潜力具有较大的季节差异和地域差异,夏季捕捉能力比其他季节强,低海拔区捕捉能力比高海拔区强,在夏季或低海拔区均表现出更高的命中率和关键成功率以及更低的误报率。

北京地区自动气象站气温观测资料的质量评估

该文从完整性、准确性、可靠性3个方面设计了自动气象站数据质量评估的流程,并对北京地区187个自动气象站1998—2009年逐时气温资料进行了质量评估。结果显示:北京地区自动气象站建设初期重点兼顾城区和山区的布设策略,为北京区域气候研究提供了较好的基础;北京地区正常运行的自动气象站发生中度和重度缺测的站点相对较少,离散和轻度连续的缺测较集中,具有较好的区域一致性;错误发生率最高为3.8%,大多数年份错误发生率均在1%以下,可见自动气象站错误数据相对较少:尽管可疑数据涉及的站点相对较多,但经空间一致性检查后,有超过50%可归并为正确数据。评估分析结果表明:北京地区自动气象站数据具有一定的准确性和可靠性,具有较强的应用潜力和前景。

云地闪电通道的径向结构及光辐射特征

为揭示云地闪电通道形成和发展过程的微观物理机制,研究了云地闪电通道的径向结构及光辐射特征。利用无狭缝高速摄谱仪,在青海高原地区实施野外观测试验。在一次云地闪电中记录到了清晰可见的通道核心,而且在通道核心的外边缘和外部发光通道之间发现一个较弱的发光区。基于光谱观测结果,对比分析了首次回击和第三次继后回击的光辐射特征。实验验证了闪电通道电晕鞘模型,确定了连接点的位置,估算得到两个回击的闪击距离分别为57 m和53 m,并证实了回击放电最强的点在连接点处。由此可推断,在回击初期,云地闪电回击通道沿径向由内到外依次为通道核心-弱发光区-电晕鞘外层,即闪电通道内沿通道径向的电荷分布是不均匀的,闪电通道的光辐射特征与放电强度和持续时间密切相关。

两种导线观测的电线积冰资料的对比分析

应用直径26.8和4 mm两种导线平行观测的电线积冰资料,对比分析两种观测资料中电线积冰直径、厚度、重量和标准厚度的差异,并对不同天气现象和气象条件下两种电线积冰观测资料的差异进行了讨论。结果表明:总体上,2011年1—5月全国大部分台站观测的两种导线电线积冰直径、厚度和标准厚度值差异不明显,重量差异较明显,且差值较大的站点主要分布在长江以南地区;分析不同天气现象和气象条件下两种观测资料的差异后发现,两种电线积冰直径和厚度值差异在雾凇和混合凇条件下较显著,而重量值差异在雨凇、风力0～3级和气温-5～0℃的条件下时相对最大。

安庆地区一次飞机积冰的气象条件分析

利用卫星、雷达、探空、飞机等观测资料和NCEP再分析资料,以及数值模拟结果,对2016年3月8—9日我国安庆地区的云系特征和飞机积冰气象条件进行了分析,并对比了几种积冰指数算法的计算结果。结果表明,此次飞机积冰发生在寒潮天气背景下,强冷空气造成锋面逆温。实测飞机积冰现象出现在对流降雨结束后的层积云层顶部,积冰高度对应高空锋区逆温层底部,云顶高度约为3.4 km,云顶温度为-10℃,无降水和雷达回波,云中主要为过冷水,丰沛时段飞机观测过冷水平均值为0.36 g m^-3,基本无冰相粒子。当云顶高度再度抬升,冰相粒子增多时,过冷水含量减少,不利于积冰现象发生。多种积冰指数对比分析表明,CIP初始积冰潜势算法较好体现了此次层积云飞机积冰特征。CPEFS模式模拟出了与实测比较一致的云宏微观结构。

河北保定气象站长序列气温资料缺测记录插补和非均一性订正

基于多源的气温月值资料,在数据整合和初步质量控制基础上,同时采用标准化序列法和多元线性回归法对河北保定气象站1913—2014年月平均气温、最高气温和最低气温资料进行了插补。通过交叉检验法分析发现,标准化序列法插补得到的气温序列效果较好,并且气候统计特征与同区域周边站的研究结果更具一致性。利用惩罚最大F检验(PMF)对插补后序列的均一性进行了检验,结果表明:通过插补得到的保定站百年气温月值序列的均一性相对较好,仅月平均最低气温序列存在2个显著间断点,分别由同类型仪器的更换和台站迁移导致,研究中采用分位数匹配(QM)对其进行了订正,建立了保定站百年气温月值序列。通过与邻近单站及我国中东部区域均一化百年气温序列的综合对比显示,本文建立的保定站百年气温月值序列与邻近单站的相关性基本达到0.8以上;从增暖趋势来看,保定站与中东部区域平均序列分别达0.121℃/10a、0.204℃/10a,基本在同一量级内:这一定程度上说明建立的保定站百年气温序列相对合理。

基于地基GPS资料的天山山区夏季大气可降水量特征

基于新疆天山山区2012-2015年夏季的GPS/PWV资料、探空资料和逐日降水资料,运用多种统计方法,分析天山山区夏季大气可降水量(PWV)的时空变化特征,并初步探讨其原因。从夏季平均值分布来看,天山山区各站PWV分布存在明显差异,与海拔高度呈显著负相关关系;且低海拔站点PWV比高海拔站点表现出更大的发散性和可变性,有雨日PWV的极值、中位数等整体高于无雨日。天山山区夏季PWV表现出显著的月变化和日变化。大部分站点7月PWV最大,6月次之,8月最少;一日之中在10时左右出现日最大值,个别站点表现出不同的变化特征,且有雨日和无雨日也存在一定差异。天山山区各站夏季降水量与其PWV关联性不明显,降水量和水分循环指数均与海拔高度呈显著正相关关系。这可能是因为夏季山区高海拔站点更易产生局地对流性降水,从而增加水分循环次数所致。

基于遥感和GIS的城市水体缓解热岛效应的研究——以东莞市为例

以Landsat5TM遥感影像为数据源,研究水面积比例和地表温度的关系,发现水面积比例和地表温度存在较高的线性负相关,其相关系数为﹣0.72;进一步采用空间分析方法,对比河流两岸不同距离内的城市用地温度,揭示了水体缓解城市内部热环境效应的有效范围,定量探讨了河流宽度差异引起的缓解差异。结果表明,河流对城市热环境有一定的缓解作用,有效范围约200m左右,河流越宽,缓解能力相对越强。

用数值预报场间接对比新疆两种型号探空系统

利用2007—2010年近4年的探空资料对比新疆中、北部地区乌鲁木齐、伊宁、克拉玛依、北塔山4个采用GTS(U)-2型P波段雷达-电子探空仪的探空站及其周围的阿勒泰、阿克苏和库尔勒3个采用GTS1型L波段雷达-电子探空仪的探空站的探空记录与预报场的偏差值,发现采用GTSl型探空仪的3个探空站的探空记录不仅在同一观测时段而且08:00(北京时,下同)与20:00两个不同的观测时段与预报场差值的差异小;4个采用GTS(U)-2型探空仪的探空站的探空记录与预报场的差值在同一观测时间的差异小,但08:00和20:00的差异很大;且GTS(U)-2型探空仪与GTSl型探空仪20:00获取的探空记录与预报场差值的差异小,但08:00探空记录的差异大。综合对比结果表明:2007年1月—2010年3月新疆自治区采用的GTS(U)-2型探空仪的探空记录08:00可能存在问题,用户在数据资料分析时需要特别注意。

重庆地区雷电日雷暴日关系研究

为了更好地应用雷电定位系统的自动监测数据统计雷电日参数,在比较多年重庆地区雷暴日资料与近年来自动监测数据的基础上,重点研究该区域13个国家基准气候站的雷电日与雷暴日数据。结果表明:(1)平均雷暴日与平均雷电日的比值各站差异显著。总体来看,雷暴日数值小于雷电日并成正相关;其比例与观测区域面积、地形地貌环境关系密切;(2)不同雷电日观测半径差异显著,且均小于10km,一方面说明雷电活动的不均匀性;另一方面,说明器测的灵敏度远高于人的听力和视觉,观测人员对雷声的听力范围不大于10km;(3)主城区域雷电日观测半径最小,这是由于观测站周围的建筑物阻碍、环境噪声与空气中能见度变化共同作用的结果;(4)雷电日观测半径与地形地貌的关系明显,重庆市主城区雷电日观测半径较小,东北和东南部雷电日观测半径较大,总体来看地形地貌、城市化进程相似的区域,雷电日半径有可比性,器测数据是连续性的。

NCEP/NCAR FNL资料在强对流天气中可信度的初步分析

基于NCEP/NCAR FNL(1°×1°)资料已成为研究强对流天气触发机制、演变等特征的基础资料,有必要分析该资料在强对流天气中的可信度。利用山西岢岚地区2005-2014年共414个强对流天气日的NCEP/NCAR FNL(1°×1°)资料与探空资料,采用偏差、绝对差、相关系数和偏差区间占有率的统计方法,对常用的常规气象要素、诊断量进行统计分析,结果表明:1)在常规气象要素中,温度的可信度最高,而相对湿度的可信度最低,纬向风和经向风的可信度相差不大,均略低于温度的可信度。2)总体上,诊断量的可信度不如常规气象要素的,其中,K指数偏差值在[-5,5]内占总数的57. 25%,沙氏指数SI偏差值在[-3,3]内占总数的75. 12%,对流有效位能CAPE偏差值在[-100,100]内占总数的78. 26%,风暴强度指数SSI偏差值在[-10,10]内占总数的62. 08%。因此,虽然NCEP/NCAR FNL资料中的常规气象要素可信度较高,但与强对流天气存在紧密联系的诊断量却存在较大偏差和绝对差,其可信度较低,若以其进行强对流天气机理的诊断分析,需注意该资料的这种特征。

风云三号卫星微波辐射率资料的质量控制

利用双权重算法对观测增量(卫星观测亮度温度与用辐射传输模式模拟的背景场亮度温度之差)进行质量控制,模式背景场采用的是NCEP再分析资料,观测算子使用的是RTTOV(9.3v)(the fast radiative transfer for(A)TOVS model)。质量控制分两步进行:粗检验和离群值检验,目的是剔除受地表发射率或云影响的离群资料。结果表明:质量控制后观测增量标准差显著减小,偏差接近无偏正态分布,FY-3卫星微波温度探测器辐射率数据的质量得到很大的改善,为FY-3微波温度计观测亮温资料在数值预报资料同化系统中的应用奠定基础。

2021年11月7日山东极端暴雪过程降水相态的多源观测特征分析

利用自动气象站、双偏振雷达、毫米波云雷达、温度廓线仪和ERA5逐小时再分析资料等,分析了2021年11月7日山东西部地区暴雪甚至特大暴雪过程中降水相态的多源观测资料特征。研究表明:此次过程主要受西风槽、低涡切变线和冷锋共同影响,系统斜压性强,有低空急流配合,降雪持续时间不长,但小时雪强大,山东的西部地区出现大范围暴雪局地特大暴雪的极端降雪。多源观测资料较好地捕捉到此次过程降水相态及变化信息。风廓线雷达的风和垂直速度,双偏振雷达的相关系数和0℃层亮带,毫米波云雷达的反射率、垂直液态水含量、速度和谱宽,温度廓线仪的边界层温度及二维视频雨滴谱仪的粒子二维图像和信息都可以作为降水相态判断的指标,为0~1 h短时临近预报提供参考。此次过程地面降温非常迅速,雨快速转雪,雨雪混合持续时间短。地面降温是强的负温度平流、垂直运动和非绝热作用共同导致,其中,负温度平流作用最大,非绝热次之,垂直运动作用最小。负温度平流强,且负温度平流强度随高度降低而增强,导致地面呈现出快速降温的特征。

酸雨观测中pH测量负偏差的统计分析

该文对1992—2011年的酸雨观测资料中存在的pH测量负偏差进行统计分析。结果显示:除西北地区、青藏高原外的大部分酸雨观测站不同程度地出现pH值测量负偏差,总体上南方地区台站的pH测量负偏差问题较北方地区突出;随着测量仪器的更新换型、观测业务规范化管理水平的提升以及一些针对性技术措施的实施,存在pH测量负偏差问题的观测台站比例从20世纪90年代的40%以上下降为25%,观测资料中受pH测量负偏差影响的数据比例由10%下降到2%。pH负偏差的量值与降水pH值之间存在一定依存关系:降水pH值越低,负偏差问题越严重,pH负偏差的主要量值分布区间为-0,6～1,约占负偏差数据的80%。

多种卫星降水产品对中国极端降雨反演效果评估

利用7种极端降雨指标分析评估TRMM 3B42、TRMM3B42RT及CMORPH这3种主要的卫星降水产品在中国地区的表现。为全面、科学地评估这些产品,采用不同的时间尺度、空间尺度以及评价指标来作检验,结果表明:1)总体上3B42的表现比3B42RT和CMORPH要好,3B42RT倾向于高估,而CMORPH则倾向于低估;2)在对极端降雨量的表现中,3种产品对喜马拉雅山脉地区都存在着高估现象,并在春季的表现最好;3)在对极端降雨强度的表现中,3种卫星降水产品对PRCPTOT的表现更好,尤其在全中国和西部;4)在对周期的表现上,3种产品对海拔较高的地方均有着显著地高估,另外,CMORPH对海拔较低的地方同样存在着高估的现象,3种产品对CWD的表现更好。在中国极端降雨的探测上,3B42要优于3B42RT和CMORPH,但是它们对海拔较高的地方均存在一定程度的高估,因此在这些地方使用时要谨慎。

多源观测资料在LAPS中尺度分析场中的作用分析

利用LAPS系统,分别针对华中、华南两个区域,将2008—2010年5—7月采集的观测资料进行融合同化分析,设计几种敏感性试验方案,以探空资料为客观标准,对比分析各种观测资料对LAPS分析场各要素误差的作用。将LAPS分析资料和FNL再分析资料做比较,给出融合多种观测资料后LAPS分析场的误差精度。结果表明,LAPS融合同化雷达资料、探空资料、地面观测资料后所得到的分析场误差最小;雷达资料和探空资料的融合对于改善风场及温度场的分析具有正效果,并可减小低层相对湿度误差;融合地面资料后能改善低层的温度场和湿度场分析,但对中高层无影响。对比试验期间各要素总均方根误差可发现,LAPS分析的温度、风向和风速较FNL再分析资料有明显改善,各要素误差在观测误差范围内;高度误差在中低层小于10 m,高层小于20 m;温度误差在1℃左右;相对湿度误差在中低层小于20%,高层误差较大;850hPa以上风向误差较小,不超过20°,风速误差小于2m·s-1。

NCEP和JRA再分析资料与探空资料的位势高度比较分析

利用中国高空规定层月值数据集中的探空资料和NCEP,JRA再分析资料,对850 hPa、500hPa、100 hPa上的位势高度趋势、位势高度差值和相关程度进行了比较。结果表明:从位势高度的趋势上来看,在850 hPa、500 hPa上再分析资料能客观反映探空资料的位势高度趋势,而在100 hPa上再分析资料的趋势明显偏高;从位势高度的差值来看,在850 hPa和500 hPa上再分析资料与探空资料差异较小,而在100 hPa上差异明显增大;从相关性看,在500 hPa上,再分析资料与探空资料的相关性较好,而850 hPa,100 hPa再分析资料与探空资料存在显著差异,尤其是100 hPa;从不同的再分析资料看,与探空资料比较,NCEP资料的位势高度趋势、位势高度差值和位势高度相关度比JRA资料具有更高的可信度,而且东部地区和低纬再分析资料的可信度较高。

探地雷达在隧道无损检测中的应用与分析

探地雷达能够有效探测隧道混凝土衬砌体内存在的空洞及不密实等缺陷,在隧道施工质量检测工程中具有重要应用。以A地区高速公路某隧道段的混凝土衬砌质量检测为例,研究了检测过程中测线布置、测试仪器参数选择等重要问题,通过对隧道衬砌厚度及缺陷的实际检测和数据分析,得到了隧道质量检测的正确结果,论证了探地雷达方法在隧道无损检测中的可行性和有效性。