影响北京地区降雪pH值的天气成因分析

利用北京市气象局3个酸雨观测站和2个大气成分站观测资料、NCEP再分析资料,对比分析了北京地区近年的3次典型降雪过程.结果表明,虽然出现降雪的天气形势不同,但仍然存在一些共同特点:上升运动发展的高度及维持时间是导致冬季酸性降雪出现的决定性因素.而降雪前期污染物的累积虽然对pH值有一定贡献,但最终pH值的大小及出现酸性降雪的范围都取决于上升运动的发展;若没有较强和长时间维持的上升运动,也不可能出现较强的酸性降雪过程.     

祁连山冬季降雪个例模拟分析(II)： 人工催化试验

利用部分改进了的中尺度模式MM5V3对2006年2月7~8日甘肃北部地区一次冷云降雪过程进行了人工催化的数值试验, 研究加入人工冰晶对祁连山北坡地区冷性层云降雪的影响。进行了不同剂量和不同高度的催化试验, 详细分析了催化后的微物理过程和动力热力过程的变化。结果表明： 累积降雪中心的上风方含有过冷云水的区域为催化潜力区, 催化后累积降雪中心雪量增加, 增雪区周围出现分散的减雪区。过冷云水最多并且最缺乏冰晶粒子的层次具有很好的催化条件。加入人工冰晶后消耗了水汽和过冷云水, 冰晶和雪的量值均有所增加, 雪碰并冰晶过程、 冰晶转化过程、 凝华过程是雪增长的主要过程, 相态变化引起的潜热增加导致升温和上升运动加强。这种变化同时使周围的垂直运动和水成物含量发生改变, 周围的上升运动减弱, 雪的含量减少, 产生了减雪区。     

祁连山冬季降雪个例模拟分析(Ⅱ):人工催化试验

利用部分改进了的中尺度模式MM5V3对2006年2月7～8日甘肃北部地区一次冷云降雪过程进行了人工催化的数值试验,研究加入人工冰晶对祁连山北坡地区冷性层云降雪的影响.进行了不同剂量和不同高度的催化试验,详细分析了催化后的微物理过程和动力热力过程的变化.结果表明:累积降雪中心的上风方含有过冷云水的区域为催化潜力区.催化后累积降雪中心雪量增加,增雪区周围出现分散的减雪区.过冷云水最多并且最缺乏冰晶粒子的层次具有很好的催化条件.加人人工冰晶后消耗了水汽和过冷云水,冰晶和雪的量值均有所增加,雪碰并冰晶过程、冰品转化过程、凝华过程是雪增长的主要过程,相态变化引起的潜热增加导致升温和上升运动加强.这种变化同时使周围的垂直运动和水成物含量发生改变,周围的上升运动减弱,雪的含量减少,产生了减雪区.     

山东一次连续性降雪过程云微物理参数数值模拟研究

利用PSU／NCARMM5V35非静力数值模式对2005年2月14—16日山东连续性降雪过程进行了数值预报，模拟的降雪开始时间、发展演变及持续时间与观测较一致。在成功模拟的基础上，用模式输出预报资料，特别是采用Reisner混合冰相过程计算的云水、雨水、冰晶、雪晶等比含水量数值，对降雪过程的水汽输送、不同发展阶段微物理参数的演变特征进行了分析。结果表明，来自南海的西南急流和低层的东南风水汽输送，850hPa中尺度切变线的维持和低涡的发生、发展，为暴雪的产生提供了宏观条件；模拟的运动场和微物理场的时空演变表明，垂直运动是水汽凝结、冻结和冰粒子碰并和“蒸-凝增长”的运动学条件。     

上海梅雨季节云水和雨水的化学组分分析

1986年6—7月梅雨季节在上海进行了云水和地面雨水的pH值测量和化学组分分析，结果表明:上海酸雨属于硫酸型酸雨；雨水酸度与其化学组分有关，pH≥6的云、雨水中含有大量的Ca2+离子浓度，而pH＜5的云、雨水中有大量的SO2-4离子浓度；As雨水的酸化以云下冲刷过程为主；Ns雨水的酸度可能主要决定于云内雨除过程，NS云内云水的酸化过程，不仅受向上输送局地污染物的影响，而且受平流输送外来污染物的影响。     

北京山区降雪微物理机制及催化影响的数值模拟研究北大核心CSCD

基于观测资料和中尺度数值模式WRF对2019年2月14日发生在北京地区的一次典型低涡低槽型降雪系统进行了观测资料分析和数值模拟,研究了降雪产生的云微物理机制,探讨了雪的形成过程并进行了人工催化降雪的数值模拟分析。结果表明:低涡前部暖湿平流带来的水汽和低涡切变线附近强烈的上升运动造成了此次区域性大雪;雪的凝华增长、雪降落过程中凇附云水继续长大、云冰自动转换为雪、冰晶和雪碰并聚合是此次降雪的主要微物理过程。催化模拟显示,人工播撒碘化银催化剂之后,云中产生大量冰晶,增多的冰晶通过凝华增长、碰并、聚合、凇附等转换成雪的过程增加,进而造成地面降雪的增加。     

北京地区一次降雪系统大气水凝物输送特征及降雪微物理机制的数值模拟研究

北京冬季降雪云系存在丰富的可开发利用的云水资源。出于人工增雪研究和充分开发云水资源的需要,文中对北京2019年11月29日发生的年度首场降雪进行了观测,对其资料做了分析和中尺度数值模拟,研究了降雪过程的宏观特征、水凝物输送及降雪的微物理机制。结果表明:影响本次北京降雪的是稳定性层状冷云云系,水凝物主要从北京区域的西边界和南边界输送到区域内,而从东边界和北边界流出,具有西向和南向分量的湿气流是降雪云系水物质的输送通道。降雪云中的水凝物基本全为冰晶和雪,有少量的云水,整层云系都含有非常丰富的水汽并且贯穿整个降雪时段。在冰面过饱和环境中,水汽凝华（Prds）是雪的主要增长过程;其次是云冰增长成雪（Prci）和云冰聚合成雪（Prai）的过程。     

祁连山冬季降雪个例模拟分析(I)： 降雪过程和地形影响

利用部分改进了的中尺度数值模式MM5V3对2006年2月7~8日祁连山一次降雪过程进行了三重双向影响嵌套模拟研究, 模式对雪带分布的模拟与实测基本吻合。重点分析了此次降雪过程中的热力动力特征和云的微物理结构, 并通过地形敏感性试验, 研究了祁连山地形对降雪的作用。结果表明： 降雪过程中有低层西北湿冷气流向祁连山区输送水汽在山前形成大值区, 气流除在祁连山周围绕流外同时沿祁连山北坡爬升, 降雪前期空气饱和层和上升气流区比较深厚, 为祁连山北坡降雪中心的形成提供了有利的动力热力条件, 降雪后期有高空干冷下沉气流侵入使降雪减弱。这次过程为冷性稳定层云降雪过程, 水成物含水量大值区也主要分布于祁连山北坡和山顶附近, 冰晶和雪分布在6 km以下, 在冷云顶存在0.06 g·kg-1的过冷云水。祁连山高大地形对大范围降雪落区无明显影响, 但对祁连山北坡降雪中心形成有直接影响。降低地形高度后, 山顶无法形成上升运动和云粒子, 迎风坡云体发展减弱。地形对降雪增幅中心主要位于祁连山北坡, 24 h最大增幅达3 mm。     

云水收集器及其观测结果的简要分析

本文介绍了我们自制的云水取样器,野外实验表明这是一种简便易行的取样装置。成都地区和重庆地区云中和地面雨水pH值比较说明两个地区的雨水酸化过程正好相反,雨滴从云中落到地面,前者是碱化过程,后者则为酸化过程。     

祁连山冬季降雪个例模拟分析(Ⅰ):降雪过程和地形影响

利用部分改进了的中尺度数值模式MM5V3对2006年2月7～8日祁连山一次降雪过程进行了三重双向影响嵌套模拟研究,模式对雪带分布的模拟与实测基本吻合.重点分析了此次降雪过程中的热力动力特征和云的微物理结构,并通过地形敏感性试验,研究了祁连山地形对降雪的作用.结果表明:降雪过程中有低层西北湿冷气流向祁连山区输送水汽在山前形成大值区,气流除在祁连山周围绕流外同时沿祁连山北坡爬升.降雪前期空气饱和层和上升气流区比较深厚,为祁连山北坡降雪中心的形成提供了有利的动力热力条件,降雪后期有高空干冷下沉气流侵入使降雪减弱.这次过程为冷性稳定层云降雪过程,水成物含水量大值区也主要分布于祁连山北坡和山顶附近,冰晶和雪分布在6 km以下,在冷云顶存在0.06 g·kg-1的过冷云水.祁连山高大地形对大范围降雪落区无明显影响,但对祁连山北坡降雪中心形成有直接影响.降低地形高度后,山顶无法形成上升运动和云粒子,迎风坡云体发展减弱.地形对降雪增幅中心主要位于祁连山北坡,24 h最大增幅达3 mm.     

一次冰雹天气过程的云系发展演变及云物理特征研究

利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting)的数值模拟,结合NECP/FNL再分析资料、地面、探空、多普勒雷达基数据和卫星产品等观测资料,综合分析了2014年3月30日发生在贵州省西南部的一次冰雹天气过程。研究了有利于冰雹发生的环流特征和环境条件,分析了冰雹云系的发展演变特征、云微物理结构特征,初步分析了冰雹形成的云物理机制。结果表明:此次冰雹天气是典型的低压辐合线型降雹类型,地面降雹位置位于700 hPa切变线和近地面辐合线附近及南侧;发生此次冰雹过程的对流云系经历了对流云系的初生阶段、合并加强阶段、成熟降雹阶段和东移阶段。贵州地区上空对流云系的微物理结构具有混合相云特征,高层为冰晶、雪,中层为云水、霰,低层为雨水、冰雹。霰和云水是形成雨水和冰雹的主要来源,霰撞冻过冷云水和霰的自动转化是冰雹形成的主要微物理机制。     

不同天气系统下我国云雨水化学特征的研究

根据1985－1993年我国10个省市飞机观测的云水化学资料，分析了不同天气系统对我国云、雨水化学特征的影响。平均而言，我国北方地区云水不酸，南方地区云水酸。降水天气系统对云化学组分有一定的影响。北方地区受蒙古低涡影响时，云水中Ca^2 明显增多，表现了沙尘污染的特征；南方地区静止锋降水时，云水酸，离子浓度也高。     

云凝结核对南京及周边地区夏季暴雨影响的数值模拟

利用WRF3.8.1模式,采用Thompson云微物理参数化方案,对南京2014年6月初的一次暴雨过程进行模拟;设置多组数值试验,从中选取清洁和严重污染两组试验,对比分析低、高云凝结核浓度对此次降水的影响。结果表明：1）Thompson方案对此次降水过程具有一定的再现能力,但对24 h累积降水量的模拟整体偏低,且随云凝结核浓度的上升,累积降水量增加。较高的云凝结核浓度有利于强降水中心强度增强、降水范围扩大,而对较弱降水中心则有相反的影响。2）云凝结核浓度的增加将抑制云滴向雨滴的转化,使更多云滴被输送到对流层中层,对流层低层的暖云过程被抑制。3）云凝结核浓度的增加使对流层中层的过冷云水增加,促进过冷云水向霰的转化,也促进雪的淞附过程,这有利于冷云过程的发展。4）云凝结核浓度的增加对暖云过程具有负反馈作用,对冷云过程具有正反馈作用。     

我国西南地区云水化学的某些基本特征

本文介绍了1989年9—10月份在成都、重庆和贵阳地区进行的一次酸雨综合观测中得到的以这些地区为代表的西南地区云水化学的一些基本特征.结果说明,该地区云水已酸化.从云水酸度和化学组分时空分布规律及其变化,云水和雨水化学组分对比分析表明,该地区云下过程对雨水酸化起重要作用.     

Speciation and role of iron in cloud droplets at the puy de Dôme station

Iron is the most abundant transition metal in the atmosphere and can play a significant role in cloudwater chemistry where its reactivity is closely related to the partitioning between Fe(II) and Fe(III). The objective of this work is to determine the total iron content and the iron speciation in a free tropospheric site, and to understand which factors influence these parameters. We collected 147 samples of cloudwater during 34 cloud events over a period of four years at the puy de Dôme summit. Besides iron we measured other chemical compounds, solar radiation, physico-chemical and meteorological parameters potentially connected with iron reactivity. The total iron concentrations ranged from 0.1 to 9.1 μM with the major frequency occurring at low levels. The pH and presence of organic complexants seem to be the most significant factors connected with total dissolved iron; while the iron oxidation state seems to be an independent factor. Light intensity, presence of complexants or oxidants (H₂O₂) do not influence the Fe(II)/Fe(Total) ratio, that was quite constant at about 0.75. This could be due to the potential redox that forces the Fe(II)-Fe(III) couple to the reduced form or, more probably to the complexation by Natural Organic Matter, that can stabilize iron in its reduced form and prevent further oxidation. Our field measurements did not show the diurnal cycle observed in surface water and predicted by models of atmospheric chemistry. This result prompts a more careful review of the role of iron and, by analogy, all the transition metals in atmospheric liquid phase, often over-estimated in the literature.     

OBSERVATION ON CHEMICAL COMPOSITION OF SUPERCOOLED CLOUD AND SNOW

The rime ice samples of seven cold-cloud events,including the snow samples of two events,were col-lected at Huangshan Mountain Summit (1840m in elevation) in the January of 1986 and 1987.The resultsof analyses of the chemical composition of the rime ice and the falling snow for the events showed that thecloud water under the prevailing wind of SW,W and NW had a less pH than 5.6 while the snow and the localclouds had a larger pH than 7.0.SO_4~(2-) was the dominant ion that influenced the cold-cloud events.The ma-ximum value of pH and the minimum value of [SO_4~(2-)] appeared at the middle part of the cold-clouds.Compar-ed with the cold-cloud water,the snow had a characteristic of larger pH and lower ion concentrations.Thevariation of the ion concentrations in precipitation may be partially due to higher percentage of the solid pre-cipitation.     

In-cloud scavenging of gases and aerosols at a mountain site in Central Switzerland

An in-cloud scavenging case study of the major ions (NH₄ ⁺, SO₄ ^2- and NO₃ ^-) determining the cloudwater composition at a mountain site (1620 m.a.s.l.) is presented. A comparison between in-cloud measurements of the cloudwater composition, liquid water content, gas concentrations and aerosol concentrations and pre-cloud gas and aerosol concentrations yields the following results. Cloudwater concentrations resulted from scavenging of about half of the available NH₃, aerosol NH₄ ⁺, aerosol NO₃ ^-, and aerosol SO₄ ^2-. Approximately a third of the SO₂ was scavenged by the cloudwater and oxidized to SO₄ ^2-. Cloud acidity during the first two hours of cloud interception (pH 3.24) was determined mostly by the scavenged gases (NH₃, SO₂, and HNO₃); aerosol contributions to the acidity were found to be small. Observations of gas and aerosol concentrations at three elevations prior to several winter precipitation events indicated that NH₃ concentrations are typically half (12–80 %) of the total (gas and aerosol) N (-III) concentrations. HNO₃ typically is present at much lower concentrations (1–55 %) than aerosol NO₃ ^-. Concentrations of SO₂ are a substantial component of total sulfur, with concentrations averaging 60 % (14–76 %) of the total S (IV and VI).     

青海省甘德两次降雪过程的微气象特征分析

利用青海省甘德两次降雪过程的微气象观测数据,探讨了两场降雪过程雪深、雪密度、雪中含冰量、雪中含水量和雪面温度的变化情况,分析了地表反照率与雪密度、雪中含冰量及雪中含水量的关系,结合降雪过程近地面温、湿、风廓线特征分析了积雪对近地面温、湿、风梯度的影响。结果表明:积雪覆盖会导致地表反照率显著增加,降雪过后正午时地表反照率可高达0.8～0.9。随着积雪的消融,地表反照率逐渐减小;积雪反照率与雪密度和雪中含冰量呈正相关,与雪中含水量呈负相关;地表积雪覆盖会导致近地面温度梯度绝对值减小,相对湿度梯度绝对值在凌晨减小、午后增大,地表积雪覆盖对近地面风速梯度变化并无特定的影响。     

The effect of snow on Antarctic sea ice simulations in a coupled atmosphere-sea ice model

 The effect of a snow cover on sea ice accretion and ablation is estimated based on the ‘zero-layer’ version sea ice model of Semtner, and is examined using a coupled atmosphere-sea ice model including feedbacks and ice dynamics effects. When snow is disregarded in the coupled model the averaged Antarctic sea ice becomes thicker. When only half of the snowfall predicted by the atmospheric model is allowed to land on the ice surface sea ice gets thicker in most of the Weddell and Ross Seas but thinner in East Antarctic in winter, with the average slightly thicker. When twice as much snowfall as predicted by the atmospheric model is assumed to land on the ice surface sea ice also gets much thicker due to the large increase of snow-ice formation. These results indicate the importance of the correct simulation of the snow cover over sea ice and snow-ice formation in the Antarctic. Our results also illustrate the complex feedback effects of the snow cover in global climate models. In this study we have also tested the use of a mean value of 0.16 Wm^-1 K^-1 instead of 0.31 for the thermal conductivity of snow in the coupled model, based on the most recent observations in the eastern Antarctic and Bellingshausen and Amundsen Seas, and have found that the sea ice distribution changes greatly, with the ice becoming much thinner by about 0.2 m in the Antarctic and about 0.4 m in the Arctic on average. This implies that the magnitude of the thermal conductivity of snow is of considerable importance for the simulation of the sea ice distribution. An appropriate value of the thermal conductivity of snow is as crucial as the depth of the snow layer and the snowfall rate in a sea ice model. The coupled climate models require accurate values of the effective thermal conductivity of snow from observations for validating the simulated sea ice distribution under the present climate conditions. Received: 20 November 1997/Accepted: 27 July 1998     

青藏高原冬季降雪对地面净辐射的影响

过去的研究结果指出，冬季青藏高原地面净辐射场是一个由地理因子决定的基本场叠加上一个降雪后地面积雪区造成的扰动场组成，为定量研究冬季青藏高原降对地面净辐射的扰动幅度，利用作者已经建立的冬季青藏高原后地面反射率与降雪降雪面无（有）积雪时计算地面净辐射的公式，计算了不同强度降雪后地面净辐射日总量及其变化。