气溶胶在华北地区霾期间中低对流层中随高度的季节变化

采用美国宇航局(NASA)的CALIPSO星载正交极化云-气溶胶激光雷达(CALIOP)的监测数据,对2007年1月1日至2008年12月31日华北地区霾期间中低对流层气溶胶散射强度、粒子规则性和粒径大小随高度的季节变化进行了研究。结果表明:霾期间在4 km以下的中低对流层大气中,春季气溶胶粒子的出现频率最高,且散射最强的气溶胶出现高度春季和秋季在1~2 km,夏季在3~4 km,冬季在0~1 km;四个季节均以球形或接近球形的规则性气溶胶为主,其中夏季气溶胶的规则性最强,春季气溶胶的不规则性最强,除春季外气溶胶的规则性随高度的增大而增大;春季气溶胶粒径大于其他季节,且随高度增大而增大,其他季节气溶胶粒径大致随高度增大而减小。多数情况下各层均以小粒径气溶胶为主。     

“7·20”郑州极端特大暴雨降水细节特征和成灾过程研究

基于常规探测资料、区域气象站资料、郑州双偏振多普勒雷达产品和ERA-5逐小时再分析数据等对“7·20”郑州特大暴雨降水细节演变、成灾过程和中尺度特征进行探究。结果表明：特大暴雨环流背景罕见，海上远距离台风起到了“水汽转运站”的作用；降水时空分布的复杂性致使西部山区和郑州主城区成灾原因不同；关键环境参数对比分析表明，极端强降水对CAPE值要求不高，高的暖云层厚度和近地面大的露点等指标利于高降水效率的产生，中等强度以上的深层垂直风切变有利于中尺度对流系统的高度组织化；西部山区强降水主要由中尺度孤立对流单体频繁影响所致，列车效应显著；郑州主城区强降水是由高降水效率的对流系统长时间维持造成的，降水粒子尺度大，数密度高，KDP值增大与雨强的突增对应关系较好。     

基于MODIS数据的云降水估计方法

利用卫星遥感资料定量估计降水及其区域分布对强降水等灾害性天气监测具有十分重要的意义,还可弥补常规气象观测的不足,提供更为丰富的降水信息。(1)利用MODIS卫星的可见光、近红外、短红外、中红外和热红外波段数据,采用云指数法和多光谱综合法对云类型进行了判识,有效地分类出云和冰雪、卷云、水云和高、中、低云。(2)在云分类的基础上定量反演了各类云参数,包括云顶亮温梯度、云顶亮温最小值面积变化、不同量级的云顶亮温面积及变化趋势、对流云的核心位置判别、亮温方差和大气中的水汽含量等因子参数,结合地面实测降水数据和地表高程数据,建立了降雨的强度的定量估计模式。(3)通过对2007年7月16-18日、26-29日的新疆大降水过程进行降水估计,并对估计值与区域站地面实时观测降水值作了比较,结果显示相对误差为31.97%,均方根误差为2.31 mm。降水量级的定量误差在±3 mm以内的占66%,±5 mm以内的占86%。因此,该模式具有较好的降水估计效果。     

地形因子对海南岛台风降水分布影响的估算

台风登陆过程中,地形对台风降水有明显的作用,及时了解台风过程中降水的空间分布信息对灾害预测预警有着重要的意义。基于最小二乘的多元线性回归方法,利用1953-2005年间登陆海南岛的台风(不包括其他热带气旋)的降水资料,建立了台风过程中年平均降水量与地形因子(地形高程、坡度、坡向)的关系模型,估算了海南岛台风过程中降水量的分布,分析了地形对其的影响,为后期台风灾害过程中降水的地形影响分析提供参考。     

台风降水对江西水资源与水稻生产的影响

为了掌握江西省台风降水的分布情况及其降水资源的贡献程度,定量评估其对水资源的影响及时空分布规律,采用1951-2005年影响江西的台风的资料,利用空间插值、趋势分析、个例分析等方法,揭示了江西台风降水的时空分布特点。结果表明:(1)江西台风降水量基本上遵循从南到北递减分布,但赣北的庐山附近有一高值区;(2)台风降水量占年总降水量比例仅为1.9%~9.0%,但对局部地区的降水资源的贡献较大,弥补了部分地区降水量的不足;(3)台风强降水对局地河段、水库有很大影响,局地河段水位一般都有一个快速、大幅度的涨落过程,但水库经调控,水位涨落幅度可调;(4)7-8月份台风降水最为丰富,此时全省易受副高控制,高温少雨,晚稻、中稻需水量仍较大,台风降水适时补充了水资源的不足。     

一次低纬高原暖区暴雨对流系统演变及边界层触发

利用高空和地面区域站、FY2G卫星TBB、昆明C波段多普勒雷达、闪电观测资料和NCEP/NCAR1°×1°再分析资料,分析了2017年7月12-13日云南副高外围暖区暴雨对流系统演变特征及边界层触发成因。结果表明,滇东中部和滇中中部暴雨,12日08:00以锋面降水为主,14:00后以暖区降水为主;环境场具有弱垂直风切变,湿层深厚,暖云厚度大,抬升凝结高度低等特征,利于降水持续及强降水触发,但昆明对流有效位能111.6~217.3 J/kg,暴雨对流性较弱;降水具有低质心对流结构,属于暖云性质,降水粒子以液态为主,伴有稀疏负闪;暴雨中心降水有3次波动,其中白邑初始对流的产生,是由于其西北侧山脉附近对流降水形成冷池,山脚地形性辐合线加强南移,此后在深厚偏南气流引导下,不断有25~30 dbz回波以1~5.1 m/s的速度经过白邑,形成列车效应,加之冷池作用下,地面辐合线再次加强影响白邑,形成午后降水峰值,夜间降水峰值的形成仅与偏南气流脉动有关,而格里三次降水波动,均是偏南气流脉动下形成列车效应,加之地面伴有中尺度气旋活动。     

辽宁省春播期降水的时空特征及其对土壤水分的影响

利用辽宁省53个气象站1961-2015年日降水量资料和19个农业气象观测站1981-2015月0~20 cm土壤含水量资料,应用EOF(经验正交函数)、小波分析、相关分析等统计方法对春播期降水时空分布特征及其对土壤水分的影响进行了分析。研究结果显示:(1)辽宁省春播期降水场主要有三种模态,即全局型、东西差异型和东北和西南差异型,降水场是由三种模态决定的6种表现类型,其中全省一致多、少雨年份共占58.1%。(2)辽宁春播降水呈现增多趋势,4月和5月空间变化趋势变化略有不同,且区域性变化明显;近20年极端降水事件显著增多,并存在2~3年、4年、4~5年振荡周期。(3)浅层土壤湿度与降水量相关系数通过95%显著性检验,辽东地区土壤湿度对降水的敏感性大于辽西地区。     

一次飑线过程的全闪活动特征分析

结合VLF/LF全闪定位系统、多普勒天气雷达、探空资料,对2013年7月5日江苏地区一次典型飑线过程的全闪活动特征进行了详细分析。结果表明:云地闪比的下降、上升预示着飑线过程中雷暴的加强、减弱;云闪主要分布在4~8 km高度,云闪频数最大值出现在5 km处;结合云闪变化情况和探空资料推测雷暴云内电荷为三极性电荷结构;对流区的闪电密度远大于层状云区。相比于正地闪,负地闪集中在雷达回波的强对流区。云闪发生位置更具随机性,易发生在弱回波区和层状云区;闪电的发生与云顶高度有很高的相关性,云闪发生位置与剖面反射率因子中强回波区的发展有很好的一致性。     

登陆闽东北台风暴雨落区差异的成因对比分析

路径相似的登陆闽东北台风所造成的暴雨落区有显著差异。对比分析了台风暴雨位于路径左侧和右侧的两类个例组的影响条件差异性。结果表明,二者在200 hpa、500 hpa和850 hpa的环流特征上均存在显著差异;散度中心随高度南倾是流场垂直运动南强北弱不对称结构的重要动力条件;闽东北地形抬升对流场垂直运动北强南弱起到一定的增幅作用;高低空环境风垂直切变对降水结构的非对称分布有着很好的动力指示意义;对流层冷暖交汇的高度和强烈程度对层结不稳定强弱起到关键的作用。     

东北地区降水年内分配的不均匀性

利用东北地区93个台站1961-2005年的逐日降水资料,通过降水集中度和降水集中期,讨论了该地区降水的年内分配不均匀分布特征.结果表明,东北地区的降水集中度自东南向西北逐渐递减;集中期具有南北高中问低的变化特点.从长期趋势上看,降水集中度的减小趋势显著,在该地区的东北部和西北部各有一个趋势明显的区域(通过0.05的显著性检验),但集中期的减小趋势不显著,只有2个台站通过显著性检验.年降水量与降水集中度和降水集中期的相关系数表明:东北地区年降水量与降水集中度呈显著的正相关,即年降水量越多(少)的地区,年内降水越集中(均匀);年降水量与降水集中期的关系并不显著.     

中国西南地区时雨量分布特征与时月变化

利用2005-2017年夏半年国家大监站的逐小时降水量资料,14个要素被设计来进行多角度分析。多数要素与地形高度有良好的负相关关系。时段雨量最大值主要集中地是四川盆地西部,其次是贵州南部,云南南部边缘地带有少许站点,云贵高原主体及其与青藏高原交接带内没有最大值出现。多个要素在9到12时出现日变化最高峰。月际变化一般在7月出现最大值。随月份推进,强降水区会在贵州西南部、云南南部边缘出现后,跳跃到川渝地区出现。时段累积雨量最大值随时间增加而增加,多个要素的时间增加一倍时雨量增大10%到20%。以小时而言,西南地区降水几率平均为1/10,最多的可以达到1/4,最少的不到1/14。6月份降水时数最多,10月的雨时数仅次于6月,4月最少。连续时段与标准日界时段雨量的显著差异出现在川渝地区;白天12 h降水与夜间12 h降水的显著差异也出现在川渝地区。总体而言,连续时段的累积雨量大于标准日界的相同时间长度的累积雨量,白天降水量大于夜间降水量。     

TRMM卫星资料对陕西及周边地区夏季降水的探测

采用2002～2006年夏季6～8月热带降水测量（TRMM）卫星3841RT类数据资料，以发生在陕西及周边地区的连阴雨、暴雨和日降水量序列事件为例，通过比较TRMM卫星降水资料与地面气象站观测资料的差异，分析了TRMM卫星对陕西及其周边地区夏季降水过程的探测能力。结果说明TRMM卫星反映的陕西及周边地区夏季降水量值偏小，但探测结果能够大致表现陕西关中和陕南及同纬度周边地区夏季降水量的基本特征，对陕西北部地区夏季降水量的探测能力较差。     

Archimedean Copulas在降水变异概率分布特征研究中的应用——以新疆福海县为例

探究二维情况下变异不同步,也就是一个变量发生变异,而另一个变量不发生变异的情况,对Copula联合分布的影响.在气温变化的环境下,降水过程发生了显著变异,而年降水量和年总降水天数的联合分布对长期旱涝情况有重要意义.以Copula函数为基础,计算新疆福海站年降水量和年总降水天数联合分布,用传统变异分析方法进行变异分析.针...     

北京APEC会议期间GPS水汽与PM2.5/PM10的相关性比较

北京APEC期间的空气质量优良,GPS水汽变化与PM2.5/PM10变化是否存在正相关特性?针对此问题,通过2014年11月4-16日北京GPS水汽数据与PM2.5/PM10观测资料的对比分析研究发现,PM2.5/PM10与GPS可降水量呈明显的正相关性,相关系数大于0.5,个别时段的相关系数达到了0.91。研究结果表明,在空气质量优良状况下,水汽变化与PM2.5/PM10变化存在明显的正相关性。     

内蒙古沙尘气溶胶浓度及其输送特性——朱日和春季情形的个例研究

利用WPS宽范围粒径谱仪对朱日和春季0.01～10μm的沙尘气溶胶观测资料,以及20m梯度塔气象要素资料,对沙尘天气日和非沙尘天气日的气溶胶浓度、谱分布以及输送特性进行了个例研究.结果表明:沙尘气溶胶浓度有明显的日变化特征,不同粒径段粒子的变化特征有所不同;沙尘气溶胶浓度在沙尘天气和非沙尘天气存在较大差别,粒径越大,这种差别越明显;气象要素对沙尘气溶胶浓度的分布有较大的影响,风速、气温、相对湿度与不同粒径段粒子的相关性不同;沙尘暴过程对不同粒径段粒子的输送特性不同,不同粒径段对应的输送距离和输送量有较大差别.     

台湾集集地震近断层强震地面运动加速度时程的随机特性

将强震地面运动加速度时程看作随机过程,选取台湾集集地震的30组近断层加速度时程为样本,研究其相关特性。3方向集系上的自相关矩阵和互相关矩阵表明3方向的加速度时程均为非平稳随机过程,并且相关系数的分布是随机的,这种随机相关性是无法用确定性的数学模型来模拟的。为此,又研究了样本函数的相关特性,即随机过程样本函数的相关函数,结果发现在随机过程的相关函数中包含有明显的随机函数分量,即相关函数仍为一随机过程,我们称这样的随机过程为超随机过程,本文建立了超随机过程相关函数的数学模型。本文的研究表明近断层强地面运动为一复杂的随机过程,对其相关特性的研究应当包括相关系数(性)的大小和相关系数(性)的随机分布两个方面。     

基于交叉谱分析的气象干旱与农业干旱滞后响应研究

为解决干旱问题、实现区域的早期干旱预测,该文对山东省区域应用交叉谱方法分析气象干旱与农业干旱之间的联系。首先,选取1982-2014年的NDVI和降水量日数据进行5 d平均,采用Savitzky-Golay滤波对NDVI时间序列重建;其次,根据山东省降水量的时空特征,将1 a划分湿润期和干旱期两个阶段;最后,采用NDVI和降水量的交叉谱分析,分别计算干旱期和湿润期的NDVI-降水量滞后响应时间及植被滞后时间空间分布,并探讨影响NDVI-降水量滞后时间的主要因素。结果表明:山东省降水量时空分布不均,由西北至东南方向逐渐增高,且降水量主要分布在5-9月份,占全年总降水量的78%;湿润期的NDVI与降水量多年平均相关系数(平均值为0.58)大于干旱期(平均值为0.40);干旱期的多年平均滞后时间处于11~15.5 d,湿润期的多年平均滞后时间处于15~21.5 d,湿润期的滞后时间高于干旱期的滞后时间,且山地丘陵的滞后时间长度低于平原区;干旱年,鲁西北平原的NDVI-降水量滞后时间较短,湿润年,鲁南和鲁中山地的NDVI-降水量滞后时间较短,且发现植被响应滞后时间与降水量在年时间序列上存在滞后0.16 a的显著相关性。气象干旱与农业干旱传播时间的研究,在实现对农业干旱短期预报的基础上,反映了不同区域植被的干旱脆弱性,有助于管理者对水资源做出及时、合理的调度。     

中国的降水量符合正态分布吗?

利用适合性检验方法 ,对中国境内 16 0个测站自 195 1～ 2 0 0 0年 5 0年的逐月降水资料是否符合正态分布进行了检验 ,并在此基础上对该 16 0个测站降水量的统计分布做了区划。研究结果表明 ,对夏季 ,通过显著性检验的测站数最少 ,而对冬季 ,通过显著性检验的测站数最多 ,即中国夏季降水多符合正态分布 ,而冬季降水多符合非正态分布。一方面 ,我国降水量的统计分布具有一定的区域性、其中黄河流域以南和江淮流域 ,东北地区的东部和西北部以及云南的部分地区为基本符合正态分布区 ,其原因是该区域的气候基本属于季风性气候 ;西北、华北和东北西部为严重偏离正态分布区 ,其原因是西北地区的气候基本是大陆性气候 ;其他地区为偏离正态分布区。另一方面 ,我国降水量的统计分布又具有较强的局地性 ,因此 ,在做有关降水量的分析预报时 ,有必要考虑其统计分布特征。     

热带气旋降水重现期估算研究

强降水是热带气旋灾害的重要致灾因子,热带气旋的降水重现期估算对灾害管理具有重要的意义。首先,基于《热带气旋年鉴》(1951-2009年)中存档的纸质总降水等值线图,在GIS系统中进行了数字化,并利用距离平方反比法插值得到了784场1 km×1 km网格的热带气旋的降水栅格分布图。其次,基于极值理论,估算了全中国和各1 km×1 km网格热带气旋各重现期下的年总降水量(ATP)和年最大降水量(AMP)。结果表明,ATP和AMP呈自东南沿海向西北内陆递减。然后,定量探讨了可能影响重现期估算结果的因素。结果表明,Gumbel分布函数能较好地估算重现期;样本量越大,重现期估计可靠性越高;相同重现期样本下,样本的采样时段差异会引起结果估计的差异;1km-ATP重现期估计值在沿海地区及晋-冀-辽-蒙地区对样本选取较为敏感,而1 km-AMP在晋-冀-辽-蒙一带、浙北-苏南、辽东以及长江以南等斑块区域对样本较为敏感。     

基于多源数据的夏威夷大气低层火山灾害影响分析

自2018年5月3日起,位于美国夏威夷大岛上的Kilauea火山(19.41°N,155.28°W)开始了为期数月的剧烈喷发活动。为了探讨此次火山灾害活动对局地大气所造成的影响,综合利用地面环境监测站数据、MODIS Level 1B数据、GDAS再分析资料以及CALIPSO数据对此次火山活动期间的主要污染物浓度特征、火山灰气溶胶的水平分布特征及光学特性展开分析。结果表明,由于赤道东风带的存在,近地面火山口以西地区受喷发活动影响较大。在火山活动期间,西部沿海细粒子和SO_2浓度较3～4月明显上升,逐三小时SO_2浓度的中位数环比上升一个量级,PM_(2.5)浓度中位数则均达到前两个月数值水平3倍以上;利用MODIS和CALIPSO遥感数据分析得到,平均气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth, AOD)的高值区总体上自夏威夷大岛往西呈现东北-西南向带状分布,西部沿海的部分区域平均AOD甚至超过1.6;此次火山活动过程中陆地部分的低层气溶胶类型以烟尘型为主,平均色比(Color Ratio, CR)达到1.2～1.5;平均粒子退偏振比(Particulate Depolarization Ratio, PDR)在2 km高度以上多分布在0～0.06范围内,以球形颗粒物居多,而在2 km以下区域则由非球形颗粒物占主导。研究显示,此次火山灾害事件中,夏威夷大岛以西地区在东风带输送下近地面污染物浓度剧烈上升,生成的颗粒物多为粒径较大且不规则的烟尘气溶胶。