中国大地形对冻雨天气云微物理过程的影响

云贵高原的冻雨是中国南方冬季最严重的气象灾害。利用天气研究和预报模式(weather research and forecasting model, WRF),对云贵高原大地形进行了敏感性实验,模拟了不同地形高度对大气环流、云微物理参量及冻雨分布的影响,结果显示：随着云贵高原大地形的抬升,准静止锋的锋线一直维持在24°N附近,但锋面越来越陡,表明高原大地形是形成云贵准静止锋的主要因素,准静止锋长时间滞留在贵州中东部和湖南西部,是该区冻雨高发的原因。随着高原的抬升,从全境的云滴碰并增长逐渐在高原东部出现冰晶融化过程,高原主体上的冻雨以过冷暖雨机制为主,而低海拔的东部地区以融化机制为主。随着高原抬升,高空逆温层及冻雨区均从贵州西北向贵州中部及东部地区移动,逆温层的存在及其冷-暖-冷的垂直结构是冻雨形成非常重要的因子。当云贵高原降至原地形的一半时,冻雨量最大,其后随着高原抬升,冻雨量开始减少。该研究有助于更深入了解云贵高原大地形对冻雨形成、范围和强度的影响机制。     

北京一次降雪的云物理过程作用模拟

应用非静力平衡MM5 V3模式对2001年12月7日一次北京降雪过程进行了数值模拟试验，对云和降水物理过程的作用进行了初步分析。试验结果表明：本次降雪过程是从对流层上层形成冰核向下发展的，中高空的强低温和上升运动区与冰粒子及雪的分布基本吻合，为降雪的进一步发展提供了有利的条件。     

美国空军气象局冻雨预报系统对三次冻雨事件及电线积冰厚度的模拟

电线积冰是电网正常运行中最大的气象灾害之一,而冻雨是造成电线积冰事故的主要灾害性天气。利用耦合了中尺度天气研究和预报(weather research and forecasting, WRF)模式的美国空军气象局(Air Force Weather Agency, AWFA)冻雨预报系统,对发生在中国南方的3次冻雨事件进行预报,通过威胁指数(threat scores,TS)评分对AWFA系统在中国地区的冻雨预报能力进行了评估,并根据其输出的冻雨参数,用覆冰增长模型对三次冻雨过程中,电线积冰厚度进行了模拟。结果表明:冻雨事件的发生必须同时满足逆温层、空中高液态含水量和地温低于0℃这三个气象条件;AFWA冻雨预报系统对中国冻雨也有一定的预报能力,但预测范围较实际观测的区域偏大,三次冻雨事件预报TS评分在0.30～0.63,平均为0.45;模拟电线积冰厚度的范围与观测的冻雨密集区相当吻合,对明显的冻雨过程有较好的预报能力且能够获得电线积冰厚度的精细化分布。研究结果对中国南方冻雨预报、电线积冰预报有重大的参考价值,并为电网的防灾减灾提供了坚实的理论支撑。     

连云港市一次暴雨过程的预报分析

本文使用WRF模式以NCEP的GFS预报场为背景场,对2008年7月9日至10日的一次强降水过程进行了预报。预报结果显示,WRF模式对这次降水过程的整体预报效果较好,尤其对市中心的强降水有比较好的预报效果。通过与江苏省气象局的预报结果进行对比发现,该预报结果更加详细和准确,对精细化天气预报的制作具有一定的指导意义。     

利用三维云模式对一次强暴雨微物理过程的数值模拟

利用三维准弹性中小尺度云模式，对武汉地区1998年7月的一次强降水过程进行了数值模拟，研究了产生强降水云的微物理过程和降水机制，揭示了暴雨云高效率降水的基本原因。结果表明，这次暴雨过程的最大特点是降水持续且降水强度大，云内上升速度的长时间维持和云内较大水凝物含量为特大暴雨的产生提供了条件。这次暴雨过程中，云雨的自动转化碰并过程以及霰的融化致雨过程相对于其它物理过程更为重要。     

西藏那曲一次对流云降水及云微物理数值模拟

利用中尺度数值模式(WRF)对2015年8月13日青藏高原那曲地区一次对流云降水过程及云微物理特征进行了模拟.结果表明,WRF模式能够较好模拟本次对流云降水的落区、量级及其日变化等特征.本次对流云降水以冰相过程为主,冰晶粒子、雪粒子、霰粒子、云水粒子和雨水粒子由高到低依次分布,其中霰粒子含量最大.液态降水主要源于霰粒子的融化过程,暖雨过程中雨水和云水的微物理过程也对降水有一定影响.此外,位于高层的雪粒子通过冰晶的贝杰龙过程增长,之后通过碰冻过冷雨滴形成霰粒子胚胎,而霰粒子在上午依靠高层碰并雪和低层碰并过冷雨滴以及中层其本身淞附过程而增长,午后则通过中低层淞附过冷云水和碰并过冷雨滴过程增长.     

云微物理参数化方案对青藏高原一次对流云降水模拟的影响

利用WRF V3.9.1中尺度数值天气预报模式(mesoscale numerical weather forecast model,WRF)7种云微物理参数化方案,对2015年8月13日青藏高原那曲地区一次对流云降水过程进行数值模拟,对比分析不同云微物理参数化方案对降水、环流以及相关物理量模拟的影响.结果表明:WRF...     

模式湿物理过程的组合对一次南京大暴雨降水模拟的影响分析

以第五代中尺度模式（MM5）为基础,本文对一次南京大暴雨个例进行了三组数值模拟试验,研究了模式湿物理过程参数化方案的组合对梅雨暴雨降水预报的影响.试验结果表明：模式的积云对流参数化方案的选用对南京大暴雨的预报至关重要,积云对流参数化方案的选用比边界层参数化对暴雨数值预报的影响大;对20km模式分辨率而言,采用单一的积云...     

河南春季一次冷锋降水过程的云物理结构分析

利用Cheyenne ⅢA探测作业飞机机载PMS探测设备、GPS航迹资料、飞机探测宏观记录、天气预报等资料,对河南春季云粒子浓度、粒子直径、液态水含量及云滴谱进行了分析。结果发现,冷锋前后云中粒子的浓度、液态含水量以及粒子的粒子谱型存在较大的差异,从而揭示出锋面前后云中粒子的不同特征,云粒子谱分析表明：锋前云粒子谱主要为单峰型,锋面过境时,谱型逐渐转为双峰型或多峰型。混合云及更高层的云谱型比层积云更加复杂,粒子直径比积云大很多,谱宽较宽。     

城市化对昆明一次强降水过程影响的数值模拟研究

为了探究昆明地区城市化对降水的影响,利用中尺度气象模式WRF(the weather research and forecasting model)耦合单层城市冠层模块,对2012年5月24日夜间发生在昆明城区西部的一次强降水过程进行数值模拟研究。通过与卫星观测得到的降水空间分布进行对比,发现WRF模式能较好地再现此次降水过程。城市的存在会较显著地改变城市地区的潜热和低层垂直运动,使得位于城区的降水中心降水强度略有减小,而城区下风向的降水有所增加,降水增加的区域与750 hPa高度上的水汽通量辐合加强的区域相对应。城区降水中心降水量减少可能是由于城市下垫面抑制了低层大气的水汽供给。城区下风向降水增加的可能原因是该区域相对较强的垂直运动使得更多的水汽被输送到高层大气中,有利于降水的增强。在目前的城市化水平上,若昆明地区的城市进一步扩张,城区下风向地区的垂直对流运动和大气不稳定度均会增强,但城市下垫面对低层水汽供给的抑制作用也会增强,这两种作用的同时存在会使得城市下风向地区降水的变化存在不确定性。     

雨雪冰冻灾害对马尾松林植物多样性的影响

2008年雨雪冰冻灾害后,在崇义县设置马尾松(Pinus massoniana)人工林和马尾松天然林固定样地,连续5年监测雨雪冰冻灾害对其植物多样性的影响。结果表明,雨雪冰冻灾害后的5年内,人工马尾松林受害比天然马尾松林严重。2块样地乔木层植物阳性树种马尾松和枫香木(Liquidambar formosana)数量都减少了,中性和耐荫的树种数量增加。乔木层植物多样性指数变化较小,丰富度指数增减幅度不超过0.3,生物多样性指数和均匀度指数不超过0.2。2块样地林下植物物种种类变化较小,增减都为1种;林下植物数量增加较多,主要是铁芒萁(Dicranopteris dichotoma)增加,其株数占50%以上,盖度超过了60%。2块样地的林下植物多样性指数变化幅度很小,丰富度指数、生物多样性指数和均匀度指数增减的幅度都不超过0.2。     

电线积冰及舞动高风险区域的数值模拟

导线覆冰舞动是一种影响电网正常运行的灾害性天气.通过对2018年1月25—29日长江中下游地区大范围导线覆冰舞动事故的天气形势、大气层结与云中水成物特征的分析,探讨了导线覆冰舞动的天气成因,进而利用耦合了电线覆冰增长模型的天气研究和预报模式,对导线覆冰厚度及舞动高风险区域的时空分布进行了模拟,结果表明:①冷空气与西南暖湿气流在长江中下游地区交汇,该区从地面到700 hPa的温度均低于0℃,冻雨为"过冷暖雨"机制;②模拟结果显示覆冰期间地面降水经历了"固态-混合态-固态"的相态转化过程,与观测结果较为一致;③耦合了积冰增长预报系统(IFAS)的WRF模式,模拟的各阶段电线积冰厚度的空间分布特征与监测到冻雨天气的气象站点分布较为吻合,覆冰厚度极值与观测结果接近;④利用耦合了美国空军气象局诊断方案的WRF模式,根据模拟的积冰厚度与瞬时最大风速,模拟出了导线覆冰舞动高风险区域分布,与电网的观测记录较为吻合.该研究表明模拟的导线覆冰厚度能够反映冻雨过程中电线积冰厚度的时空变化特征,特别是舞动高风险区域分布的成功模拟,对舞动进行提前预警进而降低舞动损失具有重要的实用价值.     

110年来太阳黑子活动与南方低温冰冻灾害关系探析——以广东粤北地区为例

以2008年广东低温雨雪冰冻灾害天气及其影响为研究切入点,本文根据史料和气象资料分析了110年来广东地区出现的10次低温雨雪天气及灾害情况,认为太阳黑子活动与冰灾的产生有一定的相关关系.研究发现广东冰灾多出现在太阳活动谷年及其附近;冰灾与太阳黑子活动11年和22年的周期有相关性;太阳黑子活动谷年前后,则广东冰灾发生的机率会更高.     

高含水粘土层隧道冻结位移场模型试验研究

在模型试验的基础上,对高含水量的粘土隧道冻结的地表变形及深部地层的位移进行了研究,得出了隧道冻结位移随温度变化的特性及其分布特点．     

GRAPES 奇异向量研究及其在暴雨集合预报中的应用

为了产生好的集合预报初始扰动, 并能够用有限的集合样本来模拟大气概率密度函数在相空间中的时间演变, 把奇异向量法引入非静力 GRAPES 中尺度模式中, 研究了 GRAPES 奇异向量的基础性问题和基于奇异 向量构造集合样本的方法。对2008 年7 月的一次西南涡移动带来的暴雨过程进行 GRAPES SVs 求解, 并进行集合预报试验。结果表明: 前 27 个 GRAPES SVs 反映了分析误差的主要信息; 要素的集合平均的均方根误差比控制预报具有更好的预报技巧, 且它们的集合离散度随时间逐渐增加, 反映了预报误差的主要信息; 从降水 Brier 评分和 ROC 技巧上可以看出该集合预报具有好的概率预报技巧, 能为暴雨预报提供一定的指导作用。     

激光在雨中传输的衰减特性分析及实验研究

降雨会对激光传输造成严重的衰减。通过分析常用的雨的经验模型,用Matlab仿真对各种模型进行了对比,发现当降雨量为广布雨时,Weibull分布、Joss和Gamma分布结果几乎一致,而M-P模型的衰减特性则为稍微偏大;当降雨量为毛毛雨和雷阵雨时,Joss模型的衰减特性与其它模型相比分别为相对偏大和相对偏小。为了验证模型的正确性及对桂林本地天气的适用性,通过多次实验得出:532 nm波长激光在雨衰减信道下传输衰减与M-P模型更接近,即M-P模型更加适用于全年降雨天气较多的桂林的大气雨衰减预测。     

基于计算流体力学的体育馆风驱雨环境数值模拟分析

实际大气边界层近地面风驱雨效应会影响开敞体育场建筑外立面挡雨设计和观众看台舒适性,在方案设计阶段应用计算流体力学技术可以为该类建筑挡雨设计提供分析支撑。采用欧拉-欧拉多相流计算模型,针对实际开敞大跨悬挑体育场馆建筑开展了风雨环境三维数值模拟分析,重点研究了不同等级风力和主导风向对悬挑屋盖建筑外立面风驱雨强度特征影响,分析了不同粒径雨滴风驱雨作用下观众看台区域的等效覆雨面积指标。研究表明,考虑风驱雨作用后体育场馆看台区域的雨滴捕获率可达到1.2,超过仅考虑垂直降雨的雨滴捕获率;风向和风力等级对体育场馆观众看台的风驱雨强度分布规律影响较大,而降雨强度对观众看台位置的单位降雨量雨滴捕获率影响较小;建议在方案设计阶段通过风驱雨数值分析方法评估主导风向风速下建筑风驱雨强度,同时评估最不利风向的建筑遭受的整体单位时间降水量。研究可为同类型体育场馆建筑抗风雨设计提供相关技术参考。     

中尺度天气预报模式边界层参数化方案以及近地层方案对苏州东山冬季近地层气象要素模拟的影响

运用WRF3. 9模式并选取四种常用的边界层参数化方案(YSU、ACM2、MYJ和BL)和两种近地层方案(Eta和MM5)模拟了2015年1月16～25日苏州东山的近地层气象要素,并与东山气象站观测实验数据进行对比,评估了四种边界层参数化方案对近地层气象要素的模拟能力。同时设置了边界层参数化方案与近地层方案耦合的敏感性试验,分析两类方案的耦合对近地层气象要素模拟的影响。结果表明:①白天四种边界层方案对2 m温度的模拟差异较小,两种近地层方案的模拟结果有差异,对流混合较弱时Eta方案模拟较好,对流混合较强时MM5方案较好;夜间四种边界层方案和近地层方案均有影响,但是整个观测期间四种方案的模拟结果统计量差异较小;②无论白天还是夜间,四种边界层参数化方案模拟的2 m相对湿度均高于观测值,BL方案的模拟效果最佳,MYJ方案的模拟偏差最大;③无论白天还是夜间,四种边界层参数化方案对10 m风速的模拟均存在一定程度的高估,MYJ方案的模拟效果最好,四种方案对风向的模拟均优于对风速的模拟,白天的模拟效果整体优于夜间;④选择不同的近地层方案对风速和风向的模拟结果没有明显影响,对2 m气温模拟结果的影响小于对2 m相对湿度模拟结果的影响,BL边界层方案与MM5近地层方案耦合对近地层气象要素2 m气温和2 m相对湿度的模拟效果最好。