三维有云大气辐射变温率数值模拟研究--邻云辐射效应

大气数值模式普遍采用一维辐射传输模型,无法表征有云大气中的三维辐射传输过程,从而影响数值模拟乃至数值天气预报的准确性。为评估这种不确定性,研究了水平云体间的三维辐射相互作用及其改变云体热力结构的规律,力求为改进数值模式辐射计算方案提供理论依据。选取I3RC PhaseⅡ的典型积云场和层积云场作为试验对象,将云场中心区域云体视为目标云体,周围云体为邻近云体,采用宽带三维辐射传输模式SHDOM模拟长波和短波辐射变温率的空间分布,定量阐明邻近云体对目标云体热力结构的影响。结果表明,邻云在长波区域对目标云体主要起辐射保温的作用,目标云体增温区域集中于邻云一侧的云体表面层,增温强度与云覆盖率和云间距离倒数成正比,最高可达3.08K/h,云体增温的厚度与目标云体液态水含量成反比;在短波区域,邻云同时起散射增温和遮蔽降温的作用,太阳垂直入射时,散射增温效应较弱,变温率空间差异小;当太阳天顶角增大后,遮蔽降温效应逐步起主导作用,造成目标云体被邻云遮挡一侧的表面层明显降温,峰值可达-1.72K/h,数值上甚至超过邻云长波增温效应。总之,邻近云体可以明显改变目标云体的变温率空间分布,引入三维邻云辐射效应对改进大气数值模式辐射计算方案具有重要意义。

南京春夏季大气PM_(2.5)中含碳气溶胶污染特征

使用TCA08型总碳分析仪观测了南京市2019年4月19日—6月27日大气气溶胶中有机碳(OC)与元素碳(EC)的含量,结合空气质量数据(PM_(2.5)、PM_(10)、SO_(2)、NO_(2)、CO和O_(3))和气象数据,分析了春夏季含碳气溶胶的污染特征及其影响因素.结果表明,观测期间南京市不同污染物和含碳气溶胶质量浓度春夏季节性差异明显.O_(3)、CO、EC和POC在夏季平均质量浓度分别为109.5、0.74、3.1、2.1μg·m^(−3),分别比春季高了32.1%、4.8%、38.0%和30.0%;而SO_(2)、NO_(2)、PM_(2.5)、PM_(10)、OC和SOC的质量浓度在春季的平均质量浓度分别为12.0、37.2、31.4、65.4、6.2、4.6μg·m^(-3),分别比夏季高了23.3%、24.7%、7.1%、22.8%、26.5%和56.5%.不同空气质量等级下不同碳气溶胶的日变化特征不同.OC和SOC日变化在空气质量为优时日变化平缓,空气质量为良时均为单峰型分布,在轻度污染时均为三峰型分布.EC和POC在空气质量为优时日变化均为双峰型分布,在良和轻度污染下日变化均为单峰型分布.3次污染过程中O_(3)与SOC的相关性不同,相关系数分别为﹣0.64、﹣0.66和0.63.3次O_(3)污染过程中含碳气溶胶日变化特征不同.OC和SOC在过程一和过程二中日变化均表现出夜间高白天低的特征;而过程三中昼夜浓度差异不显著.过程一和过程二中EC和POC均呈单峰型分布,峰值均出现在4:00—6:00,但过程三中却均呈显著的双峰型分布,峰值均分别出现在5:00—7:00和21:00—24:00.

基于3-D FDTD微型塔电磁模型电流衰减机制

为研究雷电流在高塔中的传输过程和衰减机制,本文基于三维时域有限差分法(3-D FDTD),建立高度为45cm的微型塔电磁模型,应用理想导体边界条件求解高斯脉冲电流沿塔体表面的时空分布。结果表明,不同形状塔体,表面电流衰减特征不同。锥形塔的表面电流衰减具有方向性,自塔顶向塔底传播时,幅值几乎无衰减,方向相反时,有显著衰减。柱形塔的表面电流自塔顶向塔底以及反向传播时,幅值均有明显衰减。塔体不同高度处电流的衰减程度随着锥形塔顶角和柱形塔半径的增大、激励源频宽的减小而增大。

TRMM月降水量产品在新疆地区的订正

利用1998—2013年TRMM月降水量产品与新疆同期的105个气象站地面观测降水量,运用逐步回归与BP-神经网络方法,选取1998—2010年数据建立新疆地区的降水订正模型,并利用2011—2013年月降水量进行检验。结果表明:加入地形因子对TRMM月降水量产品订正效果明显,整体上两种模型对TRMM月降水量产品订正的相关系数从最初的0.66分别提高到0.75和0.80,相对误差由10.75%分别降低为4.88%和3.19%;月尺度上,TRMM月降水量产品相对误差为-5.68%~54.44%,经逐步回归模型订正后为-4.26%~32.57%,而.BP神经网络模型订正后为~5.33%~24.48%,表明BP神经网络模型订正效果更好;从综合时间技巧评分s,看,订正后TRMM月降水量产品在各月的效果均有不同程度提高,逐步回归模型订正后提高0.01~0.49,BP神经网络模型订正后提高0.03~0.70。因此,基于逐步回归模型与BP神经网络模型订正的TRMM降水量产品均能够准确、定量地再现降水分布,为TRMM降水量产品质量改进提供一种较实用的参考方法。

青藏高原雷暴云底部次正电荷区与暖云区厚度的关系

为了弥补青藏高原雷暴观测个例的不足,从动力、微物理和起电过程之间的密切联系来解释青藏高原雷暴云底部较大的次正电荷区(LPCC)和暖云区厚度(WCD)之间的关系,本文设置敏感性试验组,通过三种途径,改变了青藏高原那曲地区一次LPCC明显且对流较强的雷暴过程的探空初始场,得到10组具有不同WCD值的初始场算例,利用三维雷暴云动力-电耦合数值模式,模拟分析了WCD和LPCC之间的可能关系。结果表明,在青藏高原WCD并不是决定LPCC大小的唯一因素,明显的LPCC的形成需要较薄的WCD配合较强但不能太强的上升速度,即使WCD很薄,太强的上升气流也仅容易形成主正和主负电荷区非常强的一般型雷暴,太弱的上升气流,也仅能形成主正和主负电荷区很弱的一般型雷暴。雨滴的两个主要源项,即雨滴通过重力碰并收集云水和霰融化形成雨水,及霰的主要源项霰撞冻云水,这三个微物理过程的效率主要取决于对流强度。薄的WCD对暖云降水过程的抑制作用不及强的上升速度对暖云降水过程的增强作用。在对流强度变化不大的情况下,WCD主要影响着冰粒子的分布高度,WCD越薄,向0℃层以上输送的云滴尺寸越小,数目越多,越利于低层冰粒子的生长,LPCC和主负电荷区越明显;WCD越厚,越利于较高高度冰粒子的生长,LPCC趋于减弱,而主负和主正电荷区趋于明显。

新疆地区多源降水融合试验

利用新疆地区2016年夏季(6—8月)近2000个区域自动站小时降水数据,以最新一代GPM(Global Precipitation Measurement Mission,全球降水测量计划)IMERG(Integrated Multi-satellite Retrievals for GPM)卫星降水产品为初始场,运用概率密度匹配与最优插值两步融合校正方法(probability density function-optimal interpolation,PDFOI),开展干旱区多源降水融合试验。首先,通过将实况观测与卫星反演降水进行概率密度函数(PDF)匹配,从而实现对IMERG降水的偏差订正;然后以偏差订正后的IMERG降水为初估场,实况降水为观测场,通过最优插值(OI)将偏差订正后的IMERG降水量估计值与雨量计实况相结合,最终得到经过两步校正后的新疆地区小时雨量数据。交叉验证结果表明,与雨量计实况和原始卫星降水数据相比,PDF-OI两步校正方法构建的融合降水不仅大大消除了系统误差,而且显著提高了数据精度。