冬季中尺度降雪系统暖输送带云微物理垂直特征的飞机观测研究

本文利用飞机云物理探测系统观测数据,分析了2017年河北南部一次暖锋影响下的降雪云系微物理特征。受到西南涡暖锋暖湿输送带WCB(Warm Conveyor Belt)的影响,降雪前期云系可分为三层结构,上层为比较稀疏的冰云,冰雪晶单晶为主且粒径较小;中间层云厚与暖输送带厚度相当(0.9 km),其中液态水含量最大可达0.51 g m^(−3),冰晶非常稀少,云内液态含水量廓线与绝热含水量非常接近;下层云为纯冰云,冰雪晶粒子数浓度比云系上部高两个量级,粒子谱宽显著大于云系上部,冰雪晶粒子形状以柱状、柱状束和霰粒子为主,霰粒子是云系高层的单晶在过冷水丰富的云层中凇附增长下落形成的,并通过Hallett-Mossop繁生机制产生大量柱状冰晶。暖湿输送带中丰富的过冷水对降雪前期冰晶凇附、繁生等微物理过程有极为重要的影响。降雪后期,700 hPa急流轴移出观测区,云系垂直混合较为均匀,此时云中观测到的粒子以片状冰雪晶为主,在云系上部片状聚合体粒径较小,越向下片状聚合体粒径越大,体现了冰雪晶粒子在下落过程中的碰连增长。

2021年7月21日保定清苑龙卷雷达观测和环境条件分析

利用石家庄新乐SA型多普勒天气雷达资料、雄安新区安新东白庄X波段相控阵多普勒天气雷达资料、ERA5再分析资料和常规观测资料对2021年7月21日河北省保定市清苑区东闾村龙卷过程进行了详细分析。结果如下:(1)龙卷于15时43分开始,历时22分钟,根据灾情判定此次龙卷为EF2级。造成此次龙卷的影响系统不典型,500 hPa及以下为切变或风速辐合区,700 hPa急流不仅输送了暖湿空气,加强了不稳定,还加大了垂直风切变,有利于强对流的生成和发展。(2)造成龙卷的微型超级单体风暴环境场特征:CAPE达到1680.3 J/kg,0~3 km垂直风切变较大为17.1 m/s,0~1 km垂直风切变为7.1 m/s,0~6 km垂直风切变较小为7 m/s,湿层相对深厚,抬升凝结高度为316.1 m。(3)SA型多普勒天气雷达和X波段相控阵雷达观测到的1 km以上中气旋起止时间、强度、伸展高度和演变趋势基本一致。(4)X波段相控阵雷达径向分辨率很高,同时龙卷距离雷达较近,因而方位角方向分辨率也很高,观测更精细。X波段相控阵雷达在龙卷发生前5分钟到龙卷结束持续观测到1 km以下的低层中气旋,对发布龙卷预警有很好的指示意义。X波段相控阵雷达清晰地观测到钩状回波顶点附近低层的辐合流场,辐合高度可达2 km以上,证实了沿龙卷路径地面是辐合流场的结论。(5)在龙卷形成前14分钟X波段相控阵雷达观测到超单体风暴后侧下沉气流,后侧下沉气流温度低于环境温度,同时在龙卷形成位置中低层观测到强的辐合上升运动,这些观测特征验证了美国学者关于低层中气旋的形成机理。(6)低层中气旋生成后,X波段相控阵雷达观测到低层辐合迅速加强,达到最强时龙卷形成,验证了美国学者关于低层中气旋形成后还需要低层强辐合以及中层强上升气流的向上垂直拉升,龙卷才能形成的机理。

基于WRF-LES的崇礼复杂地形局地风场模拟研究

采用四重嵌套的WRF-LES,针对2022年北京冬奥会张家口崇礼赛区开展局地风场模拟试验,基于地面自动气象站和激光雷达观测资料,对一次晴空高压系统控制下的具有明显局地风环流特征的天气个例模拟结果进行检验评估。文中引入了STRM130 m地形数据、glc201527 m土地利用数据和CL‐DAS的土壤湿度数据用以提高模拟结果的准确性,并设计了敏感性试验来探讨不同资料对模拟结果的影响。结果表明:(1)WRF-LES能够呈现出复杂地形下局地风场的时空变化特征,各站风向绝对误差在10°~60°,风速绝对误差在0.5~2 m·s^(-1)。在山谷和山沟区域,模拟风场和观测风场都表现出明显的日变化特征,海拔较高站点的误差比海拔相对较低站点的误差更小。海拔较低站点在山谷风或上下坡风发展稳定时段风向误差较小,风向转换时段误差较大。(2)更新地形、土地利用以及CLDAS土壤湿度初始场对模拟结果都有一定程度改善。其中更新CLDAS土壤湿度初始场对风向和2 m气温的改善效果最为明显,风向绝对误差减小4.26°,2 m气温绝对误差减小0.84℃。更新土地利用对风速的改善效果最明显,风速绝对误差减小0.32 m·s^(-1)。(3)CLDAS土壤湿度较ERA5的土壤湿度明显偏小,较小的土壤湿度会使土壤具有低传导率或低热容量,这种状态会导致地表温度在白天的升温幅度和夜间的降温幅度都增大,较强的白天增温垂直高度可延伸至700~900 m,较强的夜间降温垂直高度在200 m以下,与此同时,较小土壤湿度也会使白天低层风速增大,这些特征在山谷和山沟中更为明显。

河北冬季一次冷锋降雪云系微物理演变特征综合观测分析研究

利用河北省中南部地区皇寺国家观测站布设的毫米波云雷达、微雨雷达结合飞机等联合观测数据,对2019年2月14日河北中南部地区一次冷锋降雪云系微物理演变特征进行分析,探讨雷达回波与冰雪晶粒子微结构的关系,以便更好地认识该地区自然降雪的宏微观结构特征。研究结果表明:降雪初生阶段表现为双层云结构,中云云顶高约4100 m,云底高约3600 m,低云云顶高约3100 m,云底高约200 m,中间存在一干层,3000 m以下高度粒子增长以凇附过程为主。降雪发展阶段上下两层云相接,雷达回波强度较强的时段地面降水量也较大,该时段降雪过程主要以凝华-聚并增长为主。降雪后期回波强度最大值减小,云顶高降低,3000 m以下高度范围内回波强度、多普勒速度、谱宽随高度降低呈增大趋势;飞机观测结果显示,降雪消散阶段逆温层底部由于水云云层较薄,催化潜力较小,冰雪晶粒子主要位于云的中上部,随着高度降低,冰雪晶粒子在下落过程中增大,与雷达观测结果一致,毫米波云雷达和微雨雷达反射率因子随高度变化与降水粒子有效粒径之间相关系数分别为0.89和0.83,雷达反射率因子主要受冰雪晶等大尺度粒子主导。

张家口2019年11月29日降雪天气的毫米波雷达和飞机观测分析

结合毫米波云雷达数据和飞机观测数据,分析研究了2019年11月29—30日降雪云系的宏微观特征。此次降雪从29日14时持续至30日01时,受水汽输送影响,降雪量呈现增多—减少—再增多的趋势。云系的厚度变化明显,毫米波云雷达最大回波为25 dBz,地面小时降雪量大于1 mm的时刻与云雷达强回波(10~15 dBz)和大值谱宽带出现的时间有较好的对应关系。云内冰晶转化和上升气流存在的高度在4 km以上,云雷达正的径向速度主要在降雪的前中期。飞机观测发现云内以冰晶为主,存在霰粒子和聚合体。冰晶在下落过程中,通过碰并、碰连和凇附等微物理过程增长,同时云雷达的径向速度和谱宽有所增加。飞机探测到大于500μm的冰晶时,云雷达回波强度大于0 dBz。在4400~4700 m,云雷达速度谱宽急剧变化。研究结果为进一步分析张家口地区冬季降雪云系的宏微观结构和增雪潜力提供了理论参考。

一次基于飞机观测的河北中南部降雪云系微物理结构的对比分析

2017年2月21日河北省出现一次低槽降雪天气系统,河北省人工影响天气办公室在系统槽前部位层状云系中开展飞机云微物理探测作业,通过对邢台、赵县两地云微物理垂直结构的精细化探测分析,发现本次过程云系为层状冷云。邢台、赵县两地云系均存在明显的逆温层,在逆温层及其下方出现过冷水,邢台过冷水较为丰富,含量达0.19 g/m^(3),在过冷水丰富层(高度为4561~5059 m,温度为-11~-8℃)下方可见结凇冰晶,直径有所增大,浓度没有出现明显增加;赵县云系过冷水含量达0.074 g/m^(3),与邢台相比偏低,冰晶在过冷水层(高度3308~3949 m,温度-10.3~-8.7℃)以凇附、粘连增长为主,与邢台相比冰晶聚合体偏多,粒子直径和浓度均偏大。本次探测过程,邢台云内过冷水含量丰富,具有人工增雪作业的条件;赵县云内过冷水含量偏低,人工增雪条件差。

日光温室内太阳辐射估算模型的构建

日光温室内不同位置的太阳辐射量是作物光合和蒸腾模拟模型的重要参数,也是研究温室内墙体能量收支平衡方程的重要因子。该文研究了温室围护结构对太阳辐射的遮蔽,建立了可蔽视角的计算公式,在此基础上估算了晴天温室内任一位置的太阳直接辐射、散射辐射和太阳总辐射,并以辽沈Ⅱ型日光温室为例,将模拟结果与实测结果进行了比较,对造成模拟误差的可能原因进行了分析。研究结果表明:日光温室内模拟的散射辐射和总辐射的日变化与实测值趋势较为一致,模拟值要略高于实测值,平均偏高6.4%和8.8%,误差的可能来源有大气透明系数、棚膜透光率的估算误差、承重骨架的遮蔽及人为观测的误差。研究结果可为日光温室内不同位置作物光合蒸腾模拟、群体光分布模拟、围护结构能量平衡等模拟模型提供参考。

锌酸盐镀锌在纺机摇架上的应用

介绍了BZN 99型锌酸盐镀锌在纺机摇架上的应用,并详细叙述了BZN 99光亮剂的性能及优缺点。BZN 99与原DPE Ⅲ型镀液相比,具有镀层外观光亮,耐蚀性、韧性好,镀液维护简单等特点。