利用GMS-5红外资料进行云的分类识别

利用GMS-5 3个红外通道(2个分裂窗区通道和1个水汽通道)的亮温资料,依据各种云不同的辐射特征对其进行分类,由此识别出积雨云(Cb)、浓积云(Cg)、卷云(Ci)、积云(Cu)、中云(Cm)、密云(Dense)等6种主要云类以及雾(Fog)和晴空区域.结合安徽寿县地面观测基准站1998年6、7月份的地面观测资料,对分类结果进行了检验,得到了较为令人满意的结果,准确率接近70%.     

TRMM卫星和GMS-5卫星反演淮河流域的地面温度

利用TRMM卫星和GMS-5卫星的两个红外分裂窗通道的亮温资料,结合淮河流域能量与水分试验（HUBEX）加密观测期间获得的地面温度的观测资料,建立了反演淮河流域地面温度的参数化方程。结合地面观测站的资料,分别从不同的角度对TRMM和GMS卫星反演的结果做了检验,得到的反演结果比较接近于实际情况。最后结合1998年淮河流域试验加密观测期间的主要天气形势,分析了江淮梅雨4个阶段相对应的地面温度的特征。     

台风Wipha云微物理特征数值模拟

 借助非静力中尺度模式ARPS,利用美国国家环境预报中心（NCEP）全球逐6h最终分析资料（FNL）与中国气象局MICAPS系统地面资料和探空资料进行四维同化作为初始场和侧边界,每6h利用实测雨带反插调整模式初始水汽场,进行三重嵌套细网格模拟,利用模式结果研究0713号台风Wipha不同阶段暴雨云微物理过程水平和垂直特征,对了解台风暴雨不同发展阶段云结构和强降水形成机制具有科学意义。     

云观测常见问题探讨

针对地面气象观测工作中云观测存在的普遍问题，根据《地面观测规范》的规定和要求，结合气象学和天气学基本原理，对云状、云底高度及夜间观测等方法进行了讨论和分析，为提高地面云的观测质量提供了方法。     

借用探空数据校对云高的分析

本文借用电子探空仪-L波段二次测风雷达观测的高空资料,对地面观测中云高的观测分晴朗和雨雾天气条件下进行校对;证明用其校对云高的可行性,增加人工目测云的准确性,为天气预报提供正确的相关气象资料。     

玛沁地区40年汛期气候特征分析

利用近40年（1966—2005）玛沁地区汛期（6—9月）的地面观测资料，分析了玛沁地区汛期气候特征和规律。结果表明玛沁地区温度呈上升趋势，降水量呈下降趋势，同时也表明了玛沁地区降水量与雨日呈正相关关系。     

支持向量机在云检测中的应用

针对地球观测系统/中分辨率成像光谱仪影像资料中的云检测工作,提出了基于支持向量机SVMs(support vector machines)的遥感影像分类方法.分析了云检测过程中的特征提取和选择,建立了基于支持向量机的遥感影像分类模型,并针对陆地、海洋2种不同的下垫面进行了云检测试验.云检测结果中,云与陆地、水体、积雪准确地区分开来.结果表明,特征选择对云检测起到了积极的作用,同时也证明了支持向量机方法在遥感影像分类中的优势.     

毫米波测云雷达在晴雨观测中的初步应用

利用平和县气象观测站2018年8～11月地面观测资料,结合毫米波测云雷达的观测结果,初步分析了回波强度、云含水量和云场分布在晴雨观测中的应用。结果表明,晴天回波强度在-39.3～-5.3dBz,云含水量0.1g/m~3,以层云和层积云为主。多云和阴天回波强度增大,回波中心达-5.3～17.3dBz,云含水量1.0～2.0g/m~3,以层云、雨层云和层积云为主。雨天回波强度17.3～27.8dBz,呈片状分布,云含水量1.5～2.5g/m~3,积雨云深厚且覆盖全天空,回波强度和云含水量中心出现时间与地面降水时段相吻合。     

雨滴谱gamma函数拟合方法的分析与评估

地面雨滴谱常呈现gamma分布,gamma函数三个参数分布特征与降水云性质有关,采用不同拟合方法得到雨滴谱分布参数亦存在差异。利用2016年6～7月华南前汛期降水观测试验期间广东龙门地面PARSIVEL激光雨滴谱数据和相同地点的C波段调频连续波垂直探测雷达数据进行层状云及对流云分类,对地面雨滴谱数据按照15 min时长进行分组,得到了102组层状云降水样本和64组对流降水样本,开展降水雨滴谱gamma模型函数拟合方法的评估试验。对雨滴谱分布平均值特征曲线的代表性确认后,分别进行了非线性最小二乘法拟合以及多种阶矩法的拟合试验;使用地面实测数据与gamma拟合函数三个参数分别计算雨滴谱数浓度均方根误差、质量加权中值粒径的相对误差和降水强度的相对误差评估拟合结果。结果表明,使用非线性最小二乘法拟合效果最优。联合2016年6月13日调频连续波雷达探测一次降水过程不同阶段的地面雨滴谱特征,得到降水强度与gamma参数的相关关系,为降水云体垂直结构及降水微物理研究提供合理方法。     

广东沿海地区大气稳定度及其分类探讨

利用广东沿海１个１００ｍ气象铁塔的逐时风向、风速和温度梯度观测资料及地面自动气象站资料，分析研究沿海地区的大气稳定度及其分类方法．结果表明，沿海地区大气稳定度应区分为地面、垂直和水平大气稳定度．地面大气稳定度由常规Ｐａｓｑｕｉｌ－Ｔｕｒｎｅｒ方法确定，垂直大气稳定度由温度梯度确定，水平大气稳定度由风向偏差确定     

加热过程对热带气旋生成的数值试验

用Pielke等的中尺度两维原始方程数值模式研究海气相互作用和其它非绝热加热过程对热带气旋生成的作用。进行了7种数值试验,即:(1)只考虑无云情况下的辐射加热作用;(2)考虑辐射加热和不均匀的云量效应;(3)只考虑海气交界面上的潜热和感热通量;(4)大尺度凝结、对流调整、辐射和洋面上潜热感热输送;(5)积云对流凝结加热和云天辐射;(6)积云对流凝结加热和洋面上的潜热感热通量;和(7)积云对流凝结加热、洋面上的潜热、感热通量和云天辐射等全部加热过程。 结果表明:积云对流凝结加热对热带气旋的生成起最重要的作用,大尺度凝结加热和对流调整趋于使低压填塞,而洋面上的潜热、感热通量也起不可缺少的作用。     

浙南山区小流域WRF模式参数化方案对比与优化组合

准确的降水预报对好溪流域防洪减灾具有重要意义。本研究选取好溪流域典型降水场次,基于WRF（Weather Research and Forecasting）模式,开展云微物理过程参数化方案和积云对流参数化方案敏感性分析,优选适用于好溪流域的物理过程参数化组合方案,提高好溪流域降水预报精度。研究结果表明：云微物理过程和积云对流参数化过程的方案选择及组合对降水预报影响显著,然而没有某一种组合方案的模拟效果对于所有场次的降水都是最佳的;综合考虑所有的典型降水场次,当云微物理参数化方案选择Lin（Purdue Lin）方案、积云对流过程参数化方案选择KF（Kain-Fritsch）方案时,降水预报精度最高。     

Entrainment-mixing parameterization in shallow cumuli and effects of secondary mixing events

Parameterization of entrainment-mixing pro- cesses in cumulus clouds is critical to improve cloud parameterization in models, but is still at its infancy. For this purpose, we have lately developed a formulation to represent a microphysical measure defined as homoge- neous mixing degree in terms of a dynamical measure defined as transition scale numbers, and demonstrated the formulation with measurements from stratocumulus clouds. Here, we extend the previous work by examining data from observed cumulus clouds and find positive cor- relations between the homogeneous mixing degree and transition scale numbers. These results are similar to those in the stratocumulus clouds, but proved valid for the first time in observed cumulus clouds. The empiricalrelationships can be used to parameterize entrainment- mixing processes in two-moment microphysical schemes. Further examined are the effects of secondary mixing events on the relationships between homogeneous mixing degree and transition scale numbers with the explicit mixing parcel model. The secondary mixing events are found to be at least partially responsible for the larger scatter in the above positive correlations based on obser- vations than that in the previous results based on numerical simulations without considering secondary mixing events.     

Impact of cloud inhomogeneity on bi-directional reflectance

This paper uses SHDOM （Spherical Harmonics Discrete Ordinate Method） to calculate the nadir bidirectional reflectance distribution function （BRDF） of the cumulus and stratocumulus fields at the wavelengths of 0.67 μm and 2.13 μm, and discusses the impact of cloud inhomogeneity on BRDF. The cloud fields are adopted from 13RC Phase Ⅱ, which are used to compare 3D radiative transfer models. The simulation results show that the cu field has 6% abnormal BRDF values （BRDF〉1） with the increase of solar zenith angle. Further analyses show that grid cells whose BRDF is greater than one gather together at the local trough of the top of cloud. These regions can receive not only the direct incident solar beam, but also the beam scattered by the higher cloud of its neighborhood. Hence, the BRDF of those regions is enhanced. The abnormal BRDF phenomenon shows that the cloud inhomogeneity can result in inconsistency between satellite observation and plane parallel theory, implying that the reflectance observed by high resolution satellite is maybe enhanced by the cloud 3D effects. Thus one should take this fact into account when using the product retrieved by these data. The dominant solar zenith angles are quite large in the mid-high altitude area, and the impact of cloud inhomogeneity on these areas may be more significant.     

环境风场对各类局地强风暴发展的影响

本文提出了描述云形可变的一维定常积云模式。用数值方法研究了具有不同云底风速和垂直风速切变的环境风场中各类局地强风暴的发展。主要结果如下：①由各类风暴的云底风速和垂直风切变的特征值可以模拟出具有相应特征水平尺度的各类局地强风暴的对流运动；②云底风速显著地有利于风暴的加强，而风速切变减弱风暴的强度；③环境风场对风暴发展强度的作用可与层结稳定度变化0．075℃／100m的作用相比拟。最后，使用珠江三角洲的强风暴和测风对结论②作了初步验证。     

地面湿度对雷暴云电过程影响

分析了南京地区2002～2011年(共10年)闪电和地面相对湿度的卫星观测资料,分析表明:闪电密度与相对湿度呈正相关。为了进一步研究相对湿度对雷暴云起电和放电的影响,采用二维雷暴云起、放电数值模式进行敏感性试验。结果表明:随着相对湿度的增大,云滴数目增多,上升风速增强;当相对湿度增加时,较大的上升气流和云水含量有助于产生更大尺寸的冰晶和霰粒子;较大的云滴、霰和冰晶通过非感应起电和感应起电机制促进电荷分离;当相对湿度从60%增加到90%时,总闪数增加,并且只有当相对湿度高达90%时,才能产生地闪。整体而言,相对湿度越大,对流活动更快更强,促进了雷暴云初始起电和放电。     

特殊地形下对WRF模式积云参数化的研究应用

以发生在地形复杂的四川地区2012年07月03日暴雨为个例,从环流形势、水汽通量和云微物理量3方面具体研究WRFV3.3版本模式7种积云方案对暴雨模拟的效果,结果表明:BMJ方案和KF方案模拟降水效果好于GD和G3D方案,TS评分表明BMJ方案和KF方案得分要远远高于其它方案,GD和G3d方案得分最低.云水混合比与雨水混合比的含量高低直接影响模式预报降水量强度,高层大气模拟值的大小对降水量预报起着主要作用.除KF方案以外,其它积云方案模拟的云水混合比发展要早于雨水混合比,随后两者几乎同步发展,云水混合比和雨水混合比值迅速增长后,降水落区和降水范围迅速扩大.最终结果表明在四川地区利用WRF模拟暴雨,积云参数化方案考虑使用KF和BMJ方案,不使用GD和G3d方案.     

Development and improvement of mass flux convection parameterization scheme and its applications in the seasonal climate predication model

The features of Gregory cumulus parameterization scheme, which is used in British Weather Office, are researched and then this scheme is developed and improved according to the characteristics of area precipitation over China. Firstly, the influence of the large-scale convergence in lower tropopause upon cumulus convection is directly taken into account in a “bulk“ cloud model. The organized entrainment and detrainment is considered in the model. Secondly, the initial mass flux is revised. Thirdly, the effects of subcooling water upon saturation vapour pressure are considered. Eventually, the drown-draft air is regulated. For several years, the numerical forecast of seasonal precipitation in China has been carried out by using the modified Gregory scheme. The result shows that the model with improved Gregory scheme well simulates the precipitation over China and the prediction result is good.     

浅积云中微物理特性的垂直分布对短波辐射的影响

使用大涡模拟模式获得浅积云的液态水含量和云滴有效半径的垂直廓线, 结果显示云的液态水含量和云滴有效半径均随高度的增加而增加( 垂直非均一) 。使用辐射传输模式 SBDART 研究了浅积云中微物理特性的垂直廓线对短波辐射的影响, 以及液态水路径相同时, 垂直非均一云和垂直均一云的短波辐射强迫的差异, 结果表明微物理特性的垂直廓线对云的辐射特性有很大影响。当垂直均一云的云滴有效半径约为垂直非均一云在云顶处的云滴有效半径的76% ～90% 时, 两种类型云的短波辐射强迫相当。结果说明在气候模式中对云的辐射传输特性进行参数化时, 如果假定云是垂直均一的, 则采用的云滴有效半径应该大致为实际观测的云顶云滴有效半径的76% ～90% 。对于浅积云的研究结果与以往对于层状云的研究结果一致。     

基于Mie理论的四种典型水云的光散射计算

在Mie理论的基础上,利用修正伽马函数来描述水云的粒子尺度分布,计算了一类层云、二类层云、一类层积云和二类层积云这四种典型水云的消光系数、单次散射反照率、不对称因子和散射相函数.结果表明,粒子的消光系数、单次散射反照率和非对称因子随着入射波长的增加有较大的起伏,后两者随着波长的增加其变化趋势基本一致;消光系数主要受云中液态水含量的影响;对于单次散射反照率来说,在可见光波段,反照率非常接近于1;在短波段,粒子的非对称因子变化较小,并且随着波长的增加,非对称因子会逐渐增大;Mie相函数随着散射角的增加呈现出先减小后增大的趋势,但相函数随着波长的增加,并没有呈现出简单的线性关系.