陇中黄土高原夏季陆面辐射和热量特征研究

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)的观测资料,分析了陇中黄土高原夏季陆面辐射和热量收支的特征.通过研究不同典型天气条件对陆面过程微气象特征的影响,发现地表反射率在晴天会出现早晨偏大的不对称结构;晴天与多云天气相比不平衡量较大,而阴天时的阵性降水会使局地能量收支出现不平衡.利用最小二乘法(OLS)线性回归得到的夏季平均不闭合度是19.6%.在半干旱区云和降水对辐射和能量收支的影响不容忽视,达到约25%的削弱程度,比极端干旱的敦煌荒漠区要大,又进一步证明了半干旱区夏季的平均气候特征与云量较多的多云天气(5≤Mean total cloud amount<8)接近.另外,7月日平均波恩比最大是4.1,平均是1.95,比极端干旱区的敦煌波恩比小1个数量级,说明榆中所处的黄土高原半干旱区比敦煌所处的极端干旱区在气候上要湿润很多.     

人工影响天气后下游地面湿度响应分析探讨

2008年8月8日下午到夜间,针对北京地区西北部、西部和西南部强对流天气进行了人工影响天气作业。为了解大规模进行人工影响天气作业后下游地区地面湿度的变化情况,文章结合空中天气形势,利用北京城区和郊区215个自动站及非自动站资料进行降水分布研究,重点利用其有湿度记录的108个站资料,对大规模人工影响后的地面湿度变化结合同期降水资料进行分析,以期为今后大规模的人工影响天气提供实验依据。结果表明,2008年8月8日夜间北京地区引导气流为西南东北向,天气系统基本沿西南—东北向移动,18：00—00：00的6小时累计降水量,呈东北西南向带状分布,北京城区处在降水量比较少的＂豁口＂处,＂鸟巢＂无降水。人工影响天气部门在北京地区西南部进行大规人工模影响强对流天气作业。作业后,在大规模人工影响作业区下风方带状范围内,地面水汽压随时间具有明显的突变（地面水汽压突然减小,持续时间大致在25分钟左右）,且这种突变从由西南向东北减弱,突变开始的时间逐渐推后。在带状中心轴线附近这种突变比较明显,远离中心轴线这种突变减弱,开始突变的时间也推后;而在带状范围外,则没有这种现象。究其原因,主要由于大规模发射火箭弹进行作业,一是火箭弹尾喷的播撒作用,二是尾喷激起的强大扰动作用,有利于大的雨滴降落,或迅速长大后降落,形成下沉气流,下沉气流将高层的干冷空气带到低层引起地面水汽压减小;此下沉气流沿着引导气流向下游传播,在传播过程中逐渐衰减。进一步分析2008年8月8日20时500 hPa风,根据此高度风速大小估算大规模作业区距离分析地面水汽压发生较大变化测站的时间,发现测站地面水汽压的发生较大变化时间与由上游空气柱移来的时间比较一致。     

陇中黄土高原地表能量不平衡特征及其影响机制研究

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)2008年夏季的观测资料,分析了陇中黄土高原地表能量不平衡特征及其影响机制,计算了地表和5 cm深处土壤热通量板之间的热储存,并对地表能量不平衡特征重新进行了计算和评价。当把土壤热储存作为地表能量收支的一部分考虑后,不平衡差额绝对值平均降低了23 W.m-2,能量不闭合度平均减小了0.104,利用最小二乘法(OLS)进行线性回归得到的平均不闭合度减小了0.085。从白天和晚上的能量不闭合度频率分布也能够看出,土壤热储存对地表能量收支平衡有很大改善。但即使考虑了土壤热储存项,地表能量不闭合仍然很明显。除了土壤热储存,边界层大气不同形式的输送能力作为对地气能量通量交换过程中的重要因素,对能量不平衡也会产生深远影响。结果显示,地表能量不闭合度分别与垂直速度w、水平风速u和对流速度尺度w*有较密切的关系。涡动相关法通量计算中常通过坐标旋转强迫垂直速度变为零,然而非零的垂直速度和垂直平流是真实存在的,忽略垂直平流热量输送是产生地表能量不平衡的重要原因。     

2008北京残奧会闭幕日飞机消云作业分析

利用新一代多普勒天气雷达资料,对北京2008年9月17日残奥会闭幕日北京上游地区较弱对流云团作业进行了初步分析。结果表明,用飞机播撒吸湿性高浓度粒子群催化剂可消弱雷达回波强度和范围,有效抑制对流云团的发展。飞机消云拦截作业对保陣残奥会闭幕式的顺利进行起到了 一定作用。     

震动诱发煤矿瓦斯灾害预警初步研究

矿区震动能诱发多种灾害,以瓦斯突出尤为严重。以鹤岗矿区为研究对象,统计了历年来鹤岗地区地震及矿震活动规模,分析了以往典型的矿震引起的瓦斯灾害事例,总结了矿震作用下瓦斯灾害的机理,基于统计数据,提出了矿震瓦斯灾害预警需要解决的关键问题。初步研究表明:震动事件与煤矿灾害之间具有很强的关联性,呈现震动在前、灾害在后、时间间隔数分钟至数日不等的“先震后灾”的特点,基于此,通过建立矿震监测台网,给出了震动诱发煤矿瓦斯灾害预警可行性,并提出了震动引起瓦斯灾害预警思路。     

基于多源陆面通量数据相融合的新资料及其在中国夏季风影响过渡区的应用

夏季风影响过渡区是陆面能量交换与区域气候相互作用显著的热点区域。然而,目前缺乏适用于该区域的高精度长期通量数据集,这限制了陆面水热交换与气候相互作用的研究。如何融合目前已有的多源通量资料进行重构建以及应用显得十分必要。本研究综合包括中国北方协同观测试验和中国通量网的多种下垫面通量观测以及多种格点资料,试图重构中国夏季风影响过渡区的陆面能量通量数据集。在筛选具有优良下垫面代表性站点并考察模拟和观测散点分布规律的基础上,利用多元回归模型构建了一套适用于夏季风影响过渡区并且受观测资料约束的月平均感热、潜热和净辐射数据集。交叉验证结果表明构建的数据集相对于几种原始格点数据集精度有一定提高,最大程度上消除了原始格点资料的系统偏差。进一步分析表明在地表能量平衡分量中,陆面湍流通量对夏季风的响应更为显著,并且夏季风影响过渡区陆面湍流热通量对夏季风持续时间呈现对数分布的年际变化规律;当夏季风处于低持续影响状态时陆面湍流热通量年际变化更为显著,偏弱的夏季风系统可能导致陆面过程对气候变化更强的影响。本文基于多源通量数据融合构建的新数据集可以为气候变化研究提供数据支撑,同时增加了对陆面过程与季风系统相互作用的认识。     

北京层状云人工增雨数值模拟试验和机理研究

在中尺度WRF 模式的Morrison 双参数方案中引入了AgI 粒子与云相互作用的过程,在WRF 模式中实现了催化功能。利用加入了催化方案的中尺度模式对2008 年3 月20～21 日环北京地区一次层状云系降水过程进行模拟和催化试验。模拟自然降水与实测结果一致,分析微物理特征并在所得分析基础上进行催化试验。研究在不同催化剂量、高度和时刻进行试验对降水的影响。结果表明:以20 g 的碘化银进行催化作业,在催化后的前30min 之内,地面雨量轻微减小,最大累积减雨量为2010 t,30 min 后,净增雨量迅速增加,最大累积增雨量达到了3.4×105 t。催化开始阶段的减雨主要是由于播撒AgI 后,云水减少而雪晶增多,导致雨滴碰并云滴,云滴向雨滴自动转化过程的减少以及雪晶碰并雨滴过程的增多,然而空中增多的雪晶尚未下落到暖区融化成雨滴。而第二阶段的增雨则是空中增多的雪晶逐渐下落到暖区,雪晶融化成雨滴过程增多。AgI 的播撒率对降水量有明显影响,过量催化会使雪晶平均质量减少,下落速度锐减,从而雪融化成雨水减少,导致雨量减弱,不同催化高度和催化时间的催化结果表明在过冷水含量比较丰富而冰雪晶含量偏少的区域进行催化,增雨效果显著。     

对流云人工增雨效果检验技术方法及应用

对流云降水时空变差较大,利用WoodleyRosenfeld提出的建立在雷达资料基础上的移动目标单元法对对流云增雨作业进行效果评估。利用塘沽、北京及秦皇岛3部雷达资料,对其进行插值处理,确定移动目标单元识别和跟踪方法,然后在移动目标单元中确定催化单元和对比单元,记录每个单元的物理参量,利用Z-R关系反演降水量,对物理参量和反演降水量做统计分析,定量计算增雨效果的同时提供人工增雨的物理证据。应用该方法对2011年7月24日对流云人工增雨作业效果进行评估,结果表明:催化剂进入云中后使得最大回波强度增强,回波顶高增加,从物理角度证明了催化对增加降水起到了一定作用。利用降雨率对增雨作业进行定量效果分析,结果表明该次作业相对增雨7.69%,显著度检验值0.043,增雨效果较为显著。     

黄土高原陆面过程观测试验的仪器精度和观测误差分析

利用"黄土高原陆面过程观测试验"2009年定西站的平行对比观测资料,分析了微气象观测仪器的精度和观测误差.结果显示:在大多数情况下,A301P型风杯风速计和HMP45D型温湿传感器对风温湿的观测偏差分别不超过±0.10m.s-1、±0.16℃和±1.00%;107型和109型温度传感器对土壤温度的观测偏差分别不超过±0.1℃和±0.03℃;HFP01型热通量板对土壤热通量的观测偏差不超过±11W.m-2;涡动协方差系统(CAST3+Li7500)观测计算得到的感热、潜热和动量通量的偏差分别不超过±8W.m-2、±8W.m-2、±0.02kg.m-1.s-2.此试验对于大气风速、温度、相对湿度、土壤湿度和温度、地表辐射以及地表通量这些要素的观测,相同型号仪器之间的数据都很一致.并且不同型号仪器进行对比观测风速、土壤温度、净辐射、向下长短波辐射和土壤热通量得到的结果也较一致.结果表明,该试验大多数仪器有比较高的精度,仪器之间也比较一致,观测误差较小,基本能够满足陆面过程观测的要求.     

黄土高原自然植被下垫面陆面过程参数研究

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站的观测资料,分析了黄土高原自然植被下垫面陆面过程相关物理参数.研究了总体输送系数的不同季节平均日变化和频率分布特征,考察了地表粗糙度的变化趋势以及降水的影响.降水正常年份的总体粗糙度为0.009 m,偏干年份总体粗糙度为0.006 m,月平均粗糙度变化与正常年份相比较为平缓,降水通过增加植被覆盖和生长高度,使地表粗糙度增大.对总体输送系数与粗糙度以及总体理查森数的关系分别进行了讨论,在中性层结下黄土高原地区动力输送作用占主导地位,发现动量总体输送系数和奈曼流动沙丘下垫面很接近,而感热输送系数与戈壁下垫面接近.分析了反照率和太阳高度角以及土壤湿度的关系,并拟合得到以这两个物理量为因子的参数化公式.总体上,黄土高原自然植被下垫面的反照率比敦煌荒漠小,而大于长白山松林下垫面,这与3个地区植被覆盖和土壤质地的不同有关.通过对参数化公式模拟效果的检验,发现低太阳高度角下的反照率对土壤湿度和太阳高度角以外的其他因素敏感,而对应高太阳高度角的反照率受土壤湿度和太阳高度角的控制较强.最后,计算了土壤热传导率和热扩散率等土壤热力参数,相同湿度的热传导率比敦煌荒漠要大,并拟合得到热传导率以土壤湿度为自变量的参数化公式.