青海省激光雨滴谱仪数据应用系统设计与研发

地面雨滴谱特征研究,对掌握云降水物理过程和降水机制、提高雷达定量估测降水精度及评估人工增雨作业效果等均具有重要的意义和价值。为解决青海省多部激光雨滴谱仪数据批量处理、质量控制、微物理参数反演及滴谱拟合等实际需求,文章基于MATLAB开发环境,研发了由基础算法库和核心应用算法库构成为核心的青海省激光雨滴谱仪数据应用系统。系统具备雨滴形变订正、雨滴微物理参数反演、雨滴谱分布拟合、Z-R关系拟合、雨滴谱M-P分布函数拟合和Gamma分布函数拟合等功能,系统的设计和实现为激光雨滴谱数据深度应用提供了技术支撑,具有很好的应用前景。

青海省4—9月连阴雨时空特征分析

基于1961—2020年青海省48个台站4—9月的降水、总云量和日照时数日资料,计算得到青海省各站连阴雨发生次数、持续天数和累计降水量,并通过旋转经验正交函数分解(REOF)、Mann-Kendall检验、小波分析和趋势系数等方法分析青海省连阴雨时空分布特征。结果表明:青海省连阴雨年平均发生次数为4次,持续天数为26 d,累计降水量为122.0 mm:空间上表现出东南向西北减弱的特点,时间上青海西部呈增加趋势,东部呈减少趋势;连阴雨累计降水量REOF空间分区分为东部区、中部区、南部区、西北区和西南区,其中前3个区累计降水量呈减少趋势,后2个呈增加趋势;各区域突变时间分别为1988、1969、2005、1974和1975年;5个区域的降水周期特征存在不同周期的嵌套,各区域普遍存在2~3 a的周期振荡。

黄河源区河漫滩湿地土壤和植被变化特征

从黄河源区河漫滩湿地地理地形指标、土壤指标和植物群落指标出发,对黄河源区河漫滩湿地土壤和植被变化特征进行研究。结果表明,黄河源区河漫滩湿地土壤偏碱性,随着土层的加深,草土比减小,黄河源区河漫滩湿地土壤为松沙土,土壤含水量随着土层的加深而减少;黄河源区河漫滩湿地主要养分在垂直方向上都表现出上层高于下层的规律;调查的样方内共出现高等植物23种,分属于11科21属,样方内藏嵩草的重要值为36.87%,禾本科重要值为10.53%,莎草科的重要值为27.23%,杂草的重要值为17.42%,毒草的重要值最低,为7.95%。

基于FY-2卫星数据的青海东部春季不同类型降水过程云参数特征

卫星资料在气象业务中的应用越来越广泛,有效识别云的宏微观物理参数将有利于人影业务的发展。利用2005—2007年春季青海省东部地区FY-2卫星观测资料,针对不同形态、等级的降水过程,反演该区域降水云的宏微观物理参数,并与降水量做相关分析。结果表明:青海东部FY-2卫星反演的春季降水云粒子有效半径大多为8~65μm,云顶温度大多为215~240 K,云层厚度大都在1 500~5 200 m之间,云水含量大多为10~150 g·cm-2,但不同形态、量级降水过程反演的云特征参数值及其与地面降水量的相关性差异较明显。

高原地区基于微波辐射计反演大气廓线的神经网络算法研究

以2007~2018年西宁二十里铺气象站探空资料为模拟样本,利用MonoRTM模式模拟中心频率21.985~58.759GHz的35通道亮温,应用BP神经网络对模拟数据进行反复训练,构建最优反演模型,并以2019年探空资料为测试样本,对比分析了不同季节和不同天气条件下BP神经网络与微波辐射计的反演效果。结果表明:晴空条件下,BP神经网络与微波辐射计在温度反演上效果最佳,水汽密度次之,相对湿度最差,其中冬春季BP神经网络反演效果优于微波辐射计,夏秋季反之;有云条件下,BP神经网络温度反演效果在冬、春和夏季均优于微波辐射计,其水汽密度反演效果在四季均较微波辐射计有明显提升,其相对湿度反演效果在冬、春和夏季均较微波辐射计更佳。晴空和有云条件下,BP神经网络在不同季节反演温度、水汽密度和相对湿度的平均绝对误差和标准偏差均小于微波辐射计,尤其是相对湿度的反演精度提升最为明显。晴空条件下,BP神经网络反演温度廓线在春、夏和秋季效果最佳,反演水汽密度廓线在中低层精度较高,反演相对湿度廓线的精度较差,但基本和探空资料趋势一致;有云条件下,BP神经网络反演温度廓线与晴空时基本一致,较微波辐射计精度更高,反演水汽密度和相对湿度廓线在8km以上效果较好。

数值模拟在青海人工影响天气中的应用

本文介绍了数值模拟在国内外云物理、人工增雨和人工防雹中的研究和应用,并对数值模拟对青海省人工影响天气的应用和前景进行了介绍和探讨。

基于雷达和闪电定位仪对冰雹云的识别预警研究

选取2016-2017年青海省西宁市及海东地区的30次降雹过程雷达和闪电定位仪数据,对冰雹天气的雷达回波演变和闪电特征进行分析,重点分析正、负地闪的数量、频次、极性和强度的变化规律,并选取个例对冰雹云发生前后闪电、雷达参数变化进行分析。在冰雹云形成、消亡的过程中,负地闪占绝对优势,正地闪出现频率很少,且分布不集中,这与北方地区冰雹出现时高正地闪频次特征不同。正地闪出现的位置和时间与降雹位置和时间没有明显对应关系。从时间和位置上分析,对流发展初期,负地闪在空间上稀疏出现,随着对流的发展,负地闪分布趋向集中,负地闪集中区域主要集中在组合反射率强度较大的区域且频次存在明显增加。闪电频数的变化和空间分布特征,在强对流天气监测和临近预警中有一定的参考作用。

青海格尔木地区大气气溶胶分布的飞机观测

利用2011年和2013年青海格尔木地区机载DMT仪器观测的气溶胶资料,对气溶胶粒子数浓度及气溶胶数谱分布特征进行分析。结果表明,格尔木低层主要为局地气溶胶,高层为输入型气溶胶;气溶胶数浓度随高度升高呈减小趋势,且各高度层气溶胶数浓度均小于500 cm^(-3);气溶胶粒子有效粒径随高度升高先增大后减小,3500~5000 m气溶胶有效粒径最大;气溶胶数谱呈多峰分布。对格尔木第1模态(0.1~0.2μm)、第2模态(0.2~1μm)和第3模态(1~3μm)的气溶胶数谱进行对数正态拟合,发现气溶胶数谱谱宽第2模态>第1模态>第3模态,其与北京、天津拟合的谱宽分布特征存在差异;对比格尔木与北京和天津地区相同模态的气溶胶数谱发现,气溶胶第1模态数谱谱宽天津最宽、北京最窄,第2模态格尔木最宽、北京最窄,气溶胶粒子平均粒径在第1模态和第2模态北京均最大,格尔木均最小。

利用卫星云图对层状云进行降水估算指导增雨决策

本文利用Micaps系统提供的FY—2及GEOS—9两种卫星云图资料,通过降水与云图多通道纹理的统计方法建立相关方程,进行降水的估算试验。试验结果表明,可以对增雨作业的决策起到一定指导作用。