祁连山北坡沙尘天气气溶胶特征的飞机观测

了解沙尘天气下气溶胶的垂直分布特征对于进一步认识气溶胶-云相互作用及其天气、气候效应至关重要。基于2023年9月6日沙尘天气下的飞机观测数据,分析祁连山北坡沙尘气溶胶的垂直分布特征。结果表明:此次沙尘天气是在高空锋区及地面冷高压的共同作用下形成。受沙尘天气影响,气溶胶粒径谱宽增宽;气溶胶数浓度较背景可上升约2~3倍,且气溶胶数浓度大值区呈悬垂状态分布,粒子数浓度大值层位于4000~4500 m和3000~4000 m高度;对沙尘气溶胶数浓度贡献最大的细粒子和粗粒子粒径分别为1.2~1.8μm和6.5~16.6μm,且气溶胶数浓度的增大在粗粒子段更为明显。气溶胶来源及输送层、以及气象要素垂直分布演变在气溶胶垂直分布及谱分布中发挥了重要作用。

西北地区气溶胶垂直分布及其对云微物理影响的飞机观测个例研究

气溶胶分布及其影响云微物理过程对地气系统的辐射平衡及区域乃至全球水循环产生复杂影响,也是气溶胶间接效应关注的热点和重点。利用2021年9月3日在西北地区开展的气溶胶和云的飞机观测个例资料,分析了气溶胶垂直分布及气溶胶与CCN、云滴浓度的关系。结果表明:(1)气溶胶数浓度垂直变化为四层,各层间气溶胶数浓度、有效直径、尺度谱分布均存在明显不同,大气逆温层结对气溶胶垂直分布有重要影响;近地层气溶胶数浓度可达8183.2 cm^(-3)。(2)垂直方向上CCN与气溶胶数浓度之间有较好的线性正相关性。气溶胶活化比率(CCN/Na)较低,低于0.5,气溶胶尺度越大、浓度越低越容易活化成为CCN。(3)对空中CCN的活化谱进行拟合表明西北地区属于清洁大陆型核谱。(4)同高度云内气溶胶数浓度与云滴数浓度和LWC之间有很强的负相关性,相比云外,云内气溶胶浓度明显降低,气溶胶谱增宽,云滴数浓度和LWC均增加,有效直径增大,云侧边界受夹卷混合过程和云滴未过饱和蒸发的影响导致气溶胶数浓度增加和有效直径增大。(5)云下气溶胶与云滴数浓度之间为线性正相关关系,气溶胶转化为云滴的比率为35%;过饱和度0.6%条件下,云下CCN与云滴数浓度之间为线性正相关关系,CCN转化为云滴的比率为38%。

基于微波辐射计资料的祁连山东段大气水汽和液态水时空变化特征

气候变暖背景下全球干旱风险升高,而对气候变化高敏感的中国西北干旱半干旱区尤为突出,严重制约着区域经济的可持续发展,科学开发空中云水资源是解决该区域水资源短缺的有效途径。利用甘肃永登国家气象观测站地基多通道微波辐射计资料和常规气象观测资料,研究祁连山东段大气水汽和液态水的时空分布及不同性质降水前演变特征。结果表明:(1)受大气环流、地形、边界层及局地和区域天气气候条件等多因素影响,祁连山东段98%以上的水汽集中在6.0 km以下,大气水汽密度随高度下降,液态水含量则随高度先增后减。降水天气背景下,水汽密度及液态水含量明显增大,且液态水含量最大值出现高度有所降低。(2)水汽及液态水存在明显的季节变化,夏季大气可降水量远大于冬季,夏季液态水垂直伸展高度及最大值出现高度均大于冬季。(3)水汽及液态水日变化明显,且存在季节差异。水汽日峰值出现在下午至傍晚,谷值出现在清晨至中午;夏半年峰值及谷值出现时间较冬半年迟,且峰谷值变化幅度更大。液态水垂直伸展高度白天高于夜间,且夏半年垂直分布较冬半年深厚。(4)大气可降水量存在10~20 d和8 d左右的主周期,夏、秋季4~7 d和21~32 d的周期变化也比较明显。(5)不同类型降水前水汽及液态水均存在跃增现象,但跃增量、跃增时间及高度存在差异。其中,7—8月积层混合云降水前跃增时间最早,积云降水前跃增量最大、跃增高度最高,而暖云降水前跃增高度明显偏低。

甘肃省东部冰雹特征及预警指标分析

利用典型代表年份的90个冰雹个例观测资料,采用统计和数理诊断的方法对冰雹天气物理量参数进行分析,构建了甘肃省东部地区冰雹天气概念模型和冰雹预警指标。结果表明:冰雹事件在时空分布上受到天气系统和地形双重影响,冰雹天气过程分为西北气流型、低槽型和低涡型,占比分别为52%、38%和10%,在地势高、地形复杂的地区更容易产生降雹。92%的降雹出现在13—20时,5—7月占全年发生降雹概率的86%。0℃层高度越高,冰雹在降落过程中融化的越快;回波顶高越高,层结水汽越丰富;强回波顶高越高,水汽越丰富,冰雹云发展旺盛;强回波顶高越接近回波顶高时,对流发展越旺盛。通过对降雹时的最大回波强度、最大回波顶高、最大垂直累积液态水含量(VILmax)、垂直累积液水密度(VILD)以及K指数、沙氏指数(SI)、0℃层高度、-20℃层高度等物理量进行综合分析所构建的甘肃省东部地区的冰雹预警指标体系可对13 min冰雹临近预警提供定量化的判据。

甘肃夏季不同天气系统层状云的微物理结构特征

利用2006、2007年7—8月13架次的机载粒子测量系统实时探测资料,对甘肃省夏季不同天气系统层状云的宏微观物理特征进行了分析.结果表明,3种类型天气系统背景下,云粒子结构分布不均匀,在云滴浓度和谱型分布上有很大的差别.高原低槽型天气背景下云粒子浓度较大,云中冰晶丰富,具有最大可播区;西北气流型背景下云粒子浓度大,且冰晶浓度较小,具有较大范围的强可播区;西南气流型背景下云滴和冰晶浓度均较小,可播区较小.

祁连山北坡一次人工增雨降水过程雨滴谱特征分析

本文以2020年8月21日在祁连山开展的人工增雨外场试验为例,分析了祁连山北坡雨滴谱特征和增雨作业前后雨滴谱特征参量和谱型的变化。结果表明:虽然此次降水不均匀,但北坡3个试验点微物理参量特征值的演变较接近,平均雨滴谱谱宽均较小,谱型基本一致,均为单峰型,峰值出现在0.5mm左右。Gamma分布对雨滴谱的拟合效果较好,分布曲线能较准确地反映实际雨滴谱的分布形态,但在峰值段(0.5mm)拟合值有偏差,拟合结果略小于实测谱。Z-I之间满足对数相关,拟合优度R2值都在0.86以上,有较好的拟合关系。作业后雨滴尺度、总数浓度、雨强等均出现增大趋势,作业后雨滴谱的谱宽逐渐增大,作业后10min,峰型由单峰转变为双峰,作业后30min、60min,谱宽持续增大,说明此时云内小雨滴间的碰并过程开始出现,产生了较大尺度的雨滴。

西北干旱地区一次降水性层状云的飞机观测分析

利用机载PMS粒子探测系统对2007年8月30日甘肃省河西地区一次降水性天气过程进行空中观测,通过对云的微物理特征进行分析,对西北干旱地区夏季降水云的微物理结构有了一些认识。观测到此次云层中小云粒子平均浓度为4.62×106个/m3;计算含水量均值为0.0134 g/m3;粒子平均直径均值为15μm。发现云系上层云水含量、云粒子浓度都较下层大,水汽主要由较高层的系统输送。

甘肃中部降水性层状云微物理结构特征个例分析

利用机载PMS粒子探测系统对2006年8月27日甘肃省中部一次降水性天气过程进行空中观测,对云中微物理特征进行了分析。研究发现云层中小粒子对含水量的贡献较大,云层主要以平均直径小于20μm的小云滴为主。在低层云滴浓度和含水量大于上层,而平均直径小于上层,符合"播撒-供给"降水机理,云上部主要增长方式有凝华增长、淞附增长,在云下部主要增长机制是碰并增长。

甘肃中部地区飞机积冰的气象条件分析

利用3 a空中观测资料和机载仪器采集资料分析了影响飞机积冰的气象条件,总结了飞机积冰的一般规律。分析结果表明:飞机积冰在水汽充沛地域发生较多;通常飞机积冰形成于温度低于0℃的云中,出现积冰的温度范围在0^-11℃,而出现较强积冰的温度范围在-1^-8℃;云中过冷水含量越大,积冰强度也越大。

一次飞机积冰条件下的云粒子结构分析

为了研究飞机积冰的一般规律，增强飞行安全保障能力，利用2003年9月19日甘肃省人工增雨飞机空中观测资料和机载PMS粒子探测系统采集数据，分析了出现飞机积冰的气象条件和云层微物理结构。PMS探测到云层中云粒子浓度在0．05-5．91个/cm3，均值为0．93个／cm3；云中含水量均值为0．0043g／m3，最大值为0．0233g／m3；在6200米以上，云中粒子浓度、含水量以及平均浓度直径都较大。分析结果表明：飞机出现较强积冰时的温度低于-5℃；积冰出现在粒子总浓度和含水量较大区域，且雨滴浓度和平均直径的增大对积冰的出现具有重要作用；大粒子对发生积冰贡献值较大。

兰州城区大气污染物分布特征分析

利用 2 0 0 0年兰州市大气污染源调查资料 ,对影响该市的主要大气污染物的年分担率进行 1 km× 1 km 网格分析 ,结果表明 :由生活源排放的主要大气污染物年分担率呈“面”状联片分布 ,年分担率并不高 ,但影响范围较大 ;而工业源年分担率呈“点”状分散分布 ,年分担率较大 ,网格内影响较严重 ;叠加源呈“区域”壮大范围联片分布 ,年分担率最大 ,影响的范围也广 ,污染物年分担率的分布正好与污染源的位置分布相一致 ,高值区与排放量较大的污染源相对应。

甘肃冰雹灾害对农业的影响及其防御对策研究

冰雹是甘肃农业的主要自然灾害之一 ,对农作物危害极大。为了增强我省农业生产及防雹抗灾能力 ,以减少农作物的雹灾损失 ,在统计分析甘肃降雹的区域及时空分布的基础上 ,针对不同程度的降雹过程对农作物所造成的灾害影响 。

西北地区冰雹分布特征

冰雹具有明显的区域特征,利用西北地区(陕、甘、宁、青、新)192个气象站点41年的冰雹和雷暴资料(部分站点资料不足41年)分析了冰雹的分布特征及与雷暴、海拔的关系,探讨了西北地区5省冰雹多发的原因,综合各省的冰雹分析,给出了冰雹主要的产生源地和移动路径。西北地区冰雹分布呈3个频发中心,冰雹的发生与雷暴、海拔密切正相关,相关系数分别为0.78和0.84,冰雹移动路径多为西北-东南和西-东走向,近10年来冰雹已经大为减少。综合考虑地形和其他天气因素,给出了西北地区产生冰雹的5个主要源地。

2001—2005年西北中东部水汽及其输送特征

利用西北地区中东部2001-2005年近5 a的40个站点逐日探空资料,分析了该区域的水汽及其输送特征.结果表明:整层水汽含量分布不均,季节变化明显,除冬季外,沿祁连山存在一条"湿舌".水汽主要来源于以西风为主的纬向输送和西南气流的径向输送.高原上的水汽输送,北部来源于西北气流,南部为西南气流,但北部的水汽通量仅有高原东侧西南气流输送的一半左右,高层水汽输送更加重要.占主导的西风和西北风的水汽干输送是西北干旱的原因之一,而特殊的地形作用是该区域降水形成及分布不均的重要因素.在水汽输送能力最强的夏季,纬向水汽输送最强的高度出现在600hPa左右高度上,而径向强输送集中于600 hPa以下103°E以东的高原东侧.

春季冷锋天气过程层状云微物理结构个例分析

利用PMS云粒子测量系统和GPS定位系统探测了2002年4月28日一次冷锋天气过程,用取得的资料分析了此次过程云滴、冰晶等云微物理量的水平、垂直分布,以及谱的特征,确定出最佳谱模拟参数,揭示了其中发生的微物理过程,从微观角度说明了甘肃春季冷锋天气过程层状云的一些特点,并讨论了云系的增雨潜力。

兰州周边地闪分布特征

利用2000年和2002年设在兰州的闪电定位仪资料,分析了兰州周边地区地闪的日频次变化、强度谱分布和累计百分数、日均月变化、闪电密度、极性等特征,并与山东地区的分布做了比较。结果表明,兰州周边地区的云—地闪电中负闪占绝大多数,正闪的平均强度大于负闪,正负闪的比值在午后至次日凌晨大于其均值;总地闪和负闪的日变化呈典型的双峰变化,正闪的双峰特征不明显;兰州西南偏南的渭源和陇西县是闪电频发的中心地带,闪电空间分布中心与冰雹发生源地和影响区对应一致;闪电多发区与地形和气候背景有很大关系。

近10年甘肃春季飞机人工增雨经济效益评估

分析了我国人工增雨效益评估的现状，并评估了甘肃省的空中云水资源及人工增雨潜力。在此基础上，根据2004—2013年春季（3～5月）甘肃省飞机人工增雨作业资料，采用静态评价指标，重点评估了甘肃飞机人工增雨的直接经济效益。研究结果表明：2004～2013年春季飞机人工增雨作业年均增水量为4．07亿t，年均经济效益为3649．89万元，10年的平均投入产出比为1：30。

中国区域运气学说适宜性研究(Ⅱ)--寒热气候

为了评估运气学说的科学价值,本文利用全国55年逐日气温实测资料,主要采用自然正交分解函数旋转自然正交分解函数EOF和旋转自然正交分解函烽REOF等数理方法,对我国寒热气候进行运气学说适宜性予以评价。研究表明:①运气学说推演结论能够概括我国热寒变化的最主要演变特征;②5年是我国寒热气候演变振荡主周期,与“五运”更迭5年周期一致,是运气学说具有科学价值的根本;③2~3年和准8年次振荡周期,较“五运”更迭周期(5年)存在着“过或不及”;④我国寒热气候变化由东南向西北愈趋杂乱、变化幅度加剧,或寒或热行为愈趋复杂,寒热异常存在3类高相关典型区,西部区寒热波动较大,东部区波动居中,中部区较小;⑤运气学说“六气从化、主客加临、司天在泉”等订正方法,兼顾了我国寒热气候准周期振荡和地域差异特点;⑥运气学说在我国仍具有广泛适宜性,在周期特点、阶段性和地域性等方面尤为突出。

祁连山空中云水资源开发潜力研究新进展

总结了2005年以来祁连山云水资源最新研究,主要包括祁连山区域降水、水汽、地形云等变化及其气候响应特征,祁连山云水资源开发潜力及人工增雨效益的评估。其中,近年来祁连山云水资源呈增加趋势,小雨和中雨日数增加的贡献最大;降水量、水汽区域分布呈东南部贡献最大、西部小的特点;海拔3 300 m以上(下)降水随海拔升高而减少(增加);祁连山区域水汽净输入夏季最大,秋季最少;地形云及降水主要发生在高山迎风坡4 000~5 000 m高度带。