GPS蒙特卡罗三维水汽层析算法敏感性试验和研究

以布设在天津的由13部地基GPS组成的高密度小尺度探测网为基础, 对蒙特卡罗层析算法中GPS平均站距、层析时间间隔以及蒙特卡罗随机次数3个影响层析算法的关键参数进行敏感性实验和分析。实验表明, 层析解算精度随着平均站距的降低和蒙特卡罗次数的增加而提高, 增加层析时间间隔对提高层析算法结果的精度作用不明显。同时提出采用“最优+次优”的两组残差最小水汽场的平均作为最终层析场的方法, 使得水汽场绝对偏差较前人所采用的只取残差最小水汽场的方法减少约30%。     

GPS遥感水汽含量的检测与解的可靠性分析

本文通过统计大气水汽含量与高度的关系,确定了单站GPS给出的水汽廓线。证明GPS遥感水汽含量的检测具有较高的定位精度,其可靠性分析结果对于预报、观测和科学研究具有重要参考意义,合理应用GPS系统能在较短时间间隔内对较小区域内的水汽进行探测,经过分析应用于天气数值预报能提高预报中小尺度灾害性天气的能力。     

宁夏一次大到暴雨过程成因分析

利用地面、高空常规观测资料、数值预报物理量场以及卫星、雷达、自动站等资料,综合分析了2009年8月18日发生在宁夏的全区性大到暴雨过程．分析表明,台风“环高”的生成发展与西太平洋副高（简称副高）之间的相互作用,形成了有利宁夏降水的“东高西低”的环流形势,在副高东退过程中宁夏出现明显降水．500hPa短波槽和700hPa低涡是造成降水的天气系统．降水期间,中低层有明显的水汽和不稳定能量输送,且存在层结不稳定条件;云图中有多个中小尺度对流云团先后影响;雷达回波图上,此次降水过程表现为混合性降水,强降水由多个强度35～40dBz的强回波块影响造成,出现强降水的站点附近有“逆风区”或明显的气流辐合区存在,有明显的中小尺度上升运动,在雷达反演的风廓线可分析出“低层暖平流,高层冷平流”的配置．     

GSI同化GPS可降水量对四川盆地不同类型降水模拟影响

选取四川盆地金沙江下游对流性降水个例（记为CR＿2013）和稳定性降水个例（记为SR＿2015）,利用格点统计插值分析系统（GSI）同化全球定位系统（GPS）大气可降水量（PWV）资料,并结合天气研究与预报模式（WRF）对2次不同类型降水过程的初始场和模拟降水进行同化效果对比分析。结果表明,降水发生前,四川盆地已有较多水汽积聚,水汽分布东多西少,2个降水个例的强降水中心分别位于南侧和北侧的GPS水汽梯度带上。同化GPSPWV资料在改善初始湿度场的同时对初始温度场和风场也有不同程度的改善。控制实验的降水大小和分布总体都与实况较相似,但存在局部模拟偏强的情况。同化GPS-PWV对降水模拟的改进作用明显：CR＿2013模拟的强降水中心范围与实况更接近,而SR＿2015则明显减弱了虚假降水中心的强度和范围。降水调整最显著的区域与实况降水中心一致,都在GPS水汽梯度带上。同化GPS-PWV能持续影响模拟的累积降水,对流性降水调整幅度要高于稳定性降水。     

多普勒雷达资料在数值模式中的应用

本文利用ARPS模式的3DVAR系统和综合云分析系统,成功地将多普勒雷达径向风资料和雷达回波资料加入模式中,分析雷达资料在数值模式短时预报中的作用。通过模拟"718"济南特大暴雨过程,得到如下结论:(1)雷达径向风资料对初始风场调整显著,使其出现明显中尺度特征,积分1h后,对水汽场也有一定的调节作用,但不够显著;(2)雷达反射率资料对初始水汽场调整明显,对定量降水预报和降水落区有很大改进,积分1h后,风场的中尺度特征显著。(3)同化雷达资料的两个试验虽然都与实况略有偏差,但都比非同化雷达资料的试验好。     

STMAS中雷达反射率数据三维变分同化方案

介绍了在时空多尺度分析系统(STMAS)中以雨水含量作为控制变量,利用Z-qr关系,实现对区域中多部雷达回波强度资料三维变分同化方案,和水汽惩罚项模块方案。方案避免了利用Z-qr关系直接以回波强度或雨水混合比为控制变量会造成一阶导数不连续的问题。实例分析同化后初始场表明,从同化后的雨水混合比反算出来的回波强度与观测结果保持了较好的一致性。以2009年8月的MORAKOT台风个例为例,设计实验来分析本文提出的雷达回波强度资料同化和水汽惩罚项方案效果。结果表明:雷达回波强度资料的同化方案(STMAS方案),提高了降水位置和强度预报的准确性; 加入惩罚项和对雷达回波强度资料的同化模块后(HYDRO方案),削弱了水汽影响并加强了其他物理量的变化,相对STMAS方案,台风总降水增强了,但在强降水区域的降水强度减弱; 相对控制试验,2种方案均改善了降水位置和强度的预报。     

南靖县2021年前汛期连续性暴雨过程分析

利用常规气象高空探测资料、地面资料、诊断物理量、ERA5再分析资料、雷达回波以及南靖县16个气象自动站降水资料等,对2021年5月29—31日发生在福建省南靖县的连续性暴雨天气过程进行综合分析.结果表明,这次连续性暴雨过程是在低层切变东移南压并维持和地面静止锋持续影响下产生的;850 hPa水汽通量12 g·s-1·h...     

西南地区气象资料测试、预处理和加工研究报告

西南地区是我国西部山区大型滑坡灾害的主要发生地,因此西南地区的气象资料所映射出的信息对大型滑坡致灾因子的识别和预报预警方法的研究具有非常重要的意义。由于获取的大量原始气象资料的存储格式、观测时次疏密、分辨率等均存在差异,因而造成应用过程中的困难和局限,往往需要对实际观测的多源资料进行测试和预处理。(1)通过四川、重庆、云南和贵州4省市逐日常规气象观测资料的统计加工处理,获得了西南地区各时间尺度的降水趋势、地理分布以及各级别降水量的气候概率值。(2)由于西南地区地形复杂,局地小尺度的气象要素特征在常规气象观测资料中可能会被平滑或显示不明显,因此利用观测网格更为细致的逐小时区域自动站的资料就非常必要,利用收集的西南地区2 469个区域自动站资料分析了局地小尺度的气象要素分布及变化特点。(3)运用收集到的风云二号(FY2)卫星云图资料和反演的降水估计产品,进一步分析了西部地区尤其是西藏西北部资料空白区域的降水分布;卫星资料反演降水产品与实况降水对比相似率在60%以上,精度达到40%左右。(4)通过四川凉山州对流性降水案例的雷达图像资料的加工处理,分析了西南地区雷达回波资料在强降水天气及滑坡和泥石流灾害发生时的环境条件和临近预报预警的可行性。(5)利用发生在四川盆地边缘山地的两次降水过程进行WRF数值模式的敏感性试验和环流特征分析及动力特征等分析。模拟再现了降水的雨带走向、形状特征、雨区位置、暴雨中心位置以及中尺度辐合线、中尺度低涡等中尺度系统活动过程,表明WRF模式的敏感性和应用性。     

鄱阳湖区域空中水资源开发初步研究

利用地基全球导航定位系统(global positioning system,GPS)遥感大气技术,使用高密度日降水格点资料、NCEP/NCAR再分析资料和常规气象资料,研究2011年6月鄱阳湖区一次降雨过程中大气水汽的变化特征,为研究开发鄱阳湖区空中水资源提出了一些启发性的结论。结果表明:水汽变化趋势与降雨过程相符合;降雨发生前,GPS大气可降水量(GPS precipitable water vapor,GPS/PWV)会出现持续增大,尤其临近降雨时,水汽会出现剧烈增大现象,可以为人工影响天气作业时机提供指示;GPS/PWV持续下降,通常预示着降雨的结束,由此可以为人工影响天气作业效果检验提供依据。     

两次不同类型降水中GPS水汽特征对比分析

通过对2008年7月14-15日的稳定性区域暴雨天气过程以及2008年6月25-26日的对流性强降水中GPS水汽体现出的特征进行分析,结果表明：GPS水汽在稳定性降水中对实际预报具有较好的指示性能,可以用来区分潮湿气团与干燥气团.当大气达到高湿条件,可降水量增长到顶点,即预示未来4-5h会有降水出现;当可降水量（PWV）≥50 mm的持续时间越长,实况降水量越大.在6月25-26日的雷暴降水中,受中小尺度天气系统影响,PWV曲线起伏剧烈,局地性特征明显,但与降水量级以及降水起止时间并无明显联系,对未来降水预报所起意义不大.     

3D water-vapor tomography with Shanghai GPS network to improve forecasted moisture field

THE VERTICAL PROFILE OF WATER VAPOR IS VERY IMPORTANT FOR REVISING AND IMPROVING THE INITIAL MOISTURE FIELD OF MID-SCALE NUMERICAL WEATHER MODEL. AT PRESENT, THE THREE-DIMENSIONAL (3D) INFORMATION OF WATER VAPOR IS PROVIDED MAINLY BY RADIOSONDE. HOWEVER, …     

旋转和磁场耦合作用对振荡Marangoni-热毛细对流的影响

双向温度梯度下环形浅液池内的硅熔体中会形成Marangoni-热毛细对流,当其中一个温度梯度超过临界值时,流动会变成三维振荡流动,同时,自由表面上的辐射换热还会使流动变得更加复杂。为了寻找有效削弱三维振荡流动的方法,通过三维数值模拟分别研究了只有液池旋转、只有轴向磁场和两者耦合时环形浅液池内的Marangoni-热毛细对流。结果表明,液池旋转和轴向磁场都可以对Marangoni-热毛细对流产生一定的削弱作用,而两者的耦合会相互促进。考虑到磁场的负面效果,在尽量小的磁场强度下获得了维持轴对称稳态流动的最佳参数组合。     

2012.8.6云南省大雨过程诊断分析

 分析了2012年8月6日云南省大雨过程的影响系统、物理量特征.结果表明：此次全省性强降水过程的主要影响系统是登陆减弱后的热带低值系统外围的偏东气流;降水开始前,云南上空是能量的高值区且大气处于不稳定状态;从水汽条件看,过程开始前云南大部处于高湿区,滇西北的湿度条件较好,但过程开始后偏东气流给滇西北以外的大部地区输送了大量水汽,对降水的维持提供了有利的水汽条件;过程开始前及主要降水时段,滇中及以东地区有水汽辐合且这种辐合维持时间短.在强降水发生时段,垂直运动提供了有利的动力机制,上升运动释放了不稳定能量.     

Contribution of cloud condensate to surface rainfall process

Contribution of cloud condensate to surface rainfall processes is investigated in a life span of tropical convection based on hourly data from a two-dimensional cloud resolving simulation. The model is forced by the large-scale vertical velocity, zonal wind and horizontal advections obtained from tropical ocean global atmosphere coupled ocean-atmosphere response experiment (TOGA COARE). The results show that during the genesis, development, and decay of tropical convection, calculations with water vapor overestimate surface rain rate, and cloud condensate plays an important role in correcting overestimation in surface rain rates. The analysis is carried out in deep convective clouds and anvil clouds during the development of tropical convection. The surface rain rates calculated with water vapor in deep convective clouds and anvil clouds have similar magnitudes, the large surface rain rate appears in deep convective clouds due to the consumption of water hydrometeors whereas the small surface rain rate occurs in anvil clouds because of the gain of ice hydrometeors. Further analysis of the grid data shows that the surface rain rates calculated with water vapor and with cloud condensate are negatively correlated with the correlation coefficient of -0.85, and the surface rain rate calculated with cloud condensate is mainly contributed to the water hydrometeors in the tropical deep convective regime.     

Heat Transfer in Flue Gas with Vapor Condensation

IntroductionDetermination ofthe total heattransfer coefficientsfor the convection of gases containing acondensable vapor is an increasingly important andinteresting topic,since this kind of heat transferprocess is frequently encountered in the utilizationof waste or low temperature energy.The recoveryof low temperature energy is an importantenvironment issue.With condensable vapor,theconvective heat transfer is greatly increased by thecondensation of the condensable gas (water vapor)in flue ga…     

中尺度冷涡切变暴雨多普勒雷达特征分析

利用天气形势场、物理量场、新一代雷达产品资料对2008年7月17日下午到夜里,豫北、鲁西、冀南地区出现的区域性暴雨天气进行多尺度诊断分析.分析结果显示:较弱的冷性低涡切变本身并不能造成强降水天气,当低涡东移遇副热带高压西北边缘较强暖湿气流时得到加强,在低涡东侧副热带高压边缘切变上产生暴雨天气.冷涡暴雨低层有明显的东北气流冷垫,加强了其动力上升运动,水汽输送依赖于对流层中层的西南气流,中层水汽辐合非常明显.在新一代雷达产品图上显示:较稳定的大范围中等强度回波能产生较强降水.中低层风场为暖平流加辐合,有利于暴雨的形成,中低层较大的垂直风场切变给对流云的形成提供动能,有利于暴雨的产生.     

Characteristics of δ~(18)O in precipitation over Eastern Monsoon China and the water vapor sources

Monsoon circulation is an important carrier of water vapor transport, and it impacts the precipitation of the monsoonal regions through the constraints and controls of large-scale water vapor transport and distributions as well as the water vapor balance. An overall research on stable Hydrogen and Oxygen isotopes in precipitation over Eastern Monsoon China could benefit a comprehensive understanding of the monsoonal precipitation mechanism. Seventeen field stations of the Chinese Network of Isotopes in Prec...     

2009年春季长江中下游地区连阴雨过程分析

  2009年2月14日至3月8日,长江中下游地区出现低温连阴雨天气,对该地区的工农业生产、经济发展、人民生活产生了极大的影响。本文利用合成平均方法对2009年长江中下游地区出现的低温连阴雨天气进行客观分析,并与2008年同期的连晴少雨过程进行对比,发现持续低温连阴雨过程除须有深厚、大尺度的环流背景支持外,还需干冷空气与暖湿气流在长江中下游地区交汇,促成大气的不稳定;对比连阴雨过程中的西风指数和降水强度,发现两者的对应关系非常好,一定程度上反映了大尺度环流的强弱对天气过程强度的直接影响,涡度、散度的垂直分布使较强的上升气流发生在中低层,使水汽与动力抬升条件达到最佳配置,非常有利于降水的产生;通过观察这次典型的春季低温连阴雨过程开始前5天的形势场,发现在对流层中下部,被青藏高原分成的南北两支气流的分布对此类连阴雨过程的提早预报具有一定的指导意义。