一次山地冬季“霰 雪 云 雾”天气的云降水垂直结构和演变特征研究

山地的云雨观测和研究是深入认识地形对云降水影响的基础.本研究利用Ka波段毫米波雷达和微波辐射计,对山地垭口2019年1月15-20日冬季“霰雪雾云”天气的云降水垂直结构和演变特征进行研究,结果表明:在不同水汽和动力条件下,4种天气的云雨类型、垂直结构和演变特征存在显著差异.降雪云层为对流云,云体发展旺盛,回波强且变化大;降霰云层、雾和低云则为层状云,云体浅薄,回波弱且变化小.水汽主要集中在低层2 km以下,但当高原槽过境,水汽可发展至6 km.大气层温度从低到高依次为:霰、雪、低云、雾,雾的温度垂直递减率明显减小.降雪对流云出现前,相对湿度、水汽密度和液态水路径提前3 h反映出了水汽变化,比雷达回波更敏感.降霰时,利于过冷水的维持,使得冰晶与过冷水冻撞形成霰粒子;而降雪时,云内温度较低使得冰晶聚并形成雪花.4类云层水凝物增长过程的高度存在差异,雪、霰、低云和雾的粒子增长高度分别位于3~6 km,1.2~2 km,1.2~2 km和0.4~1 km.含冰量和粒子有效半径从大到小依次为:雪花、霰、低云、雾.

四川盆地与周边地区的降水垂直结构和宏微观差异研究

为进一步认识地形对降水的影响,利用2014年3月—2020年12月全球降水测量卫星(GPM)星载双频雷达(DPR)探测资料研究了四川盆地(C1)及邻近山地(C2)和高原东坡(C3)降水的垂直结构及宏微观特征和差异。结果表明:(1)GPM/DPR与地面雨滴谱仪的测量结果有较好的一致性。(2)降水样本总数为C1>C3>C2,层性云降水频次远高于对流云降水。(3)两类降水的降水顶高度均为C3>C2>C1。层性云降水,C1能够发展到最强,垂直厚度最大、雨滴谱最宽。降水顶向下,回波强度、雨滴谱和降水强度均增大。0℃层以上,C3回波增强最快;0℃层以下,C1回波达到最强,降水强度增强最快。(4)对于对流云降水,C2和C3弱对流的回波较强、垂直尺度较大,粒径较小而数浓度较高。C1强对流的回波较强、垂直尺度较大,大粒子数浓度更高。降水顶往下,回波强度和降水强度均增强,降水强度廓线斜率最大的地区从C2转为C1,至近地面前斜率均为0。粒径和数浓度变化较复杂,C1以凝结和碰并占主导,C2和C3的凝结和碰并、蒸发和破碎都重要。(5)当近地面产生较小降水强度时,粒子的增长多发生在降水顶以下0.5—2 km;随后蒸发和破碎效应增强,尤其是C1。当近地面降水强度进一步增强时,凝结和碰并作用占主导。

一次高原涡过境的不同云-降水垂直结构和特征研究

利用第三次青藏高原大气科学试验的垂直探测Ka波段毫米波云雷达(Ka-MMCR)、K波段微降水雷达(K-MRR)和地面雨滴谱仪,结合天气雷达、ERA-Interim再分析资料和FY-2E卫星资料,对那曲2015年8月13-14日一次高原涡过境的不同云-降水垂直结构和特征进行了研究和对比.结果表明:随高原涡移动,那曲上空先后出现"深厚强对流云-降水(DSP)-深厚弱对流云-降水(DWP)-浅薄对流云-降水(SP)"三个阶段.DSP时间尺度最短、对流最旺盛、发展高度最高,内部的强上升气流使冰晶与过冷水冻撞形成粒径较大的霰粒子,随后又快速沉降并融化成大雨滴,回波垂直变化表现为随高度从上到下Z_(e)逐渐增大和V_(T)逐渐减小;DWP时间尺度最长、对流强度和发展高度次于DSP,内部主要是冰晶的淞附或聚并增长,随后融化成雨滴,从8 km到融化层Ze的垂直变化幅度较DSP更大,但VT减小的速率仅为-1 m·s^(-1),融化层前后Z_(e)突增和V_(T)的突降现象比强对流云更为显著;SP对流强度最弱、发展高度最低,由尺度非常小的积云紧密排列组成,垂直变化大体趋势与前者一致.三个阶段云-降水观测到的回波亮带明显程度为DWP>SP>DSP,雷达谱偏度也可作为判断亮带的重要指示.三个阶段云-降水雨滴谱的宽度和数浓度量级都表现为DSP>DWP>SP.

青藏高原那曲对流云中过冷水的毫米波雷达反演研究

对流云中过冷水的识别一直是气象探测的难点。基于Ka波段毫米波雷达功率谱数据,结合探空资料,提出了高原对流云内过冷水的识别和反演算法;利用那曲两个个例对算法效果进行了分析,并结合同址的微波辐射计资料对雷达结果进行了初步验证;最后,探讨了算法与以往方法的差异。结果表明:高原层积云、浓积云和高积云内由上升气流主导,云内粒子相态变化快,过冷水粒子的回波强度、粒径和含水量分布较广。对于不同云类,过冷水的空间分布存在一定差异。过冷水的回波强度、粒径和含水量都与上升气流速度呈正相关,在时间变化趋势和空间分布上都有很好的对应。微波辐射计和雷达的液态水路径在时间变化趋势和峰值大小上都较为一致,相关系数为0.63~0.79。与以往方法相比,算法对过冷水位置和参数反演的结果更为合理。

1979~2017年冬季西伯利亚高压变化特征及其对西南地区气温的影响

利用美国国家环境预测中心–国家大气研究中心(NCEP-NCAR)和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的再分析资料,基于经验正交函数(EOF)、奇异值分解(SVD)、回归分析及合成分析等方法,文章对西伯利亚高压的年际及年代际变化特征进行分析,并揭示其与我国西南地区气温的关系。结果表明:冬季西伯利亚高压指数存在明显的年代际变化。通过强度指数、移动指数和面积指数的年际变化特征可以看出,西伯利亚高压中心强度增加(减弱)时,面积扩大(缩小),且向南、向东扩张(收缩)。分析西伯利亚高压强度和西南地区的气温,发现西南地区气温反位相的变化与西伯利亚高压的强度指数关系密切。进一步分析其影响机制可知,由于西伯利亚高压的强度变化导致西南地区上空环流场异常,从而使得西南地区气温异常。