夏季强沙尘暴内部热力动力特征的个例研究

根据对流体在热低压条件下激发强沙尘暴的机理,并应用Rennó和Ingersoll于1996年提出的热机自然对流理论,对2004年7月12日甘肃省酒泉基准站发生的强沙尘暴内部动力热力结构进行了探讨。结果表明:①在沙尘暴发生前的一小时大气底层处于干热状态,垂直方向巨大的温度梯度有利于干对流发展。②激发强沙尘暴的对流体的切向旋转速度和垂直运动速度的大小,很大程度上决定了沙尘暴的强弱。③利用酒泉站探空资料计算出的沙尘暴对流体的最大切向旋转速度为11.4 m·s-1,垂直运动速度为14.0 m·s-1;地面沙尘暴观测系统记录的平均环境风速仅为5.5 m·s-1,瞬间最大风速只9.3 m·s-1。     

沙漠地区春季近地层气象要素分布规律的观测研究

利用2005年1月至2006年4月朱日和地区20 m气象塔的风向、风速、气温、相对湿度的观测资料,分析沙漠地区春季近地层气象要素的分布规律。结果表明: 春季温度回升,风速最大,相对湿度最小,利于起沙,故沙尘天气频繁。风速满足幂指数率分布规律,并且幂指数m能够很好的反映出风速梯度的变化情况;在沙尘暴、扬沙、背景、浮尘的天气条件下,春季近地面层风速梯度依次增大,湍流动量、热量交换系数依次减小;风向以西南为主。浮尘、扬沙天气各气层平均增温率分别大于或小于同时段的背景大气;沙尘暴期间温度下降,平均降温率为0.61 ℃\5h-1。春季相对湿度的平均递减率(递增率)与平均增温率(降温率)的大小正相关。浮尘天气相对湿度的平均递减率大于同时段的背景大气;扬沙天气相对湿度的平均递减率小于同时段的背景大气;沙尘暴天气相对湿度增大,平均增大率为2.80%\5h-1。     

一次沙尘暴过程TSP质量浓度的连续观测和分析

采用大流量大气采集器对2001年4月6~7日特强沙尘暴期间内蒙古阿拉善左旗、包头、呼和浩特、四子王旗、集宁、化德、二连浩特、苏尼特右旗等地大气中TSP浓度进行了连续观测并结合天气资料进行了分析。结果表明,此次沙尘暴过程中,TSP浓度的绝对值大,变化幅度也大,最小值为1.896 mg·m-3,最大值为52.153 mg·m-3,平均值为13.399 mg·m-3。各地TSP浓度变化的时序反映了沙尘暴的影响范围和移动状况的变化,TSP浓度绝对值的变化反映了沙尘暴强度的变化,从开始的较小值逐渐增至最大值,最后再回落到较低水平。内蒙古西部沙尘暴主要源于蒙古国的远距离输送,局地起沙对中部沙尘暴形成具有重要贡献。本次过程TSP浓度最大值达到空气污染程度最为严重的城市冬季TSP浓度极值的10~50倍,表明沙尘天气导致的空气污染远大于一切人为排放源造成的污染。     

电线积冰及路面温度研究的新进展

2009年起,研究组开展了电线积冰野外观测试验及道路结冰规律的观测研究,将电线积冰观测研究从传统的积冰气象条件和积冰厚度观测提升到了积冰气象条件、积冰厚度加积冰天气云降水微物理综合观测研究的新高度,揭示了积冰发生的微物理机制,研究积冰增长率及其影响因子,建立的积冰增长模型较好地模拟了积冰增长过程。对沥青、水泥、土壤三种下垫面温度进行了观测研究,观测高速公路和桥梁不同路基深度的温度变化,并对桥面比路面更易结冰的现象从能量平衡方面做了理论解释。本文以作者团队取得的成果为主线,不求大而全,学习梳理相关的代表性研究成果,主要包括积冰发生频次的时空分布、积冰天气微物理特征、积冰增长率及其影响因子、积冰气象条件、积冰增长模型构建、道路结冰及积冰数值预报等几个方面,并对电线积冰未来的研究提出了建议。     

钟形地形动力抬升和重力波传播与地形云和降水形成关系研究

地形云和降水过程在区域水循环、水资源、生态环境及气候变化中具有十分重要的作用。本文利用中尺度数值模式WRF 数值模拟试验,以及通过引入表示大气层流速度、层结稳定度和地形特征的关系参数——湿Froude 数(F_w),研究了北京2009 年5 月1 日湿条件不稳定大气层结下,地形云和降水形成过程与地形动力抬升和地形重力波传播之间的关系及形成机理。研究表明,在地形最大高度2 km、半宽10 km 的条件下,层流速度从2.5 m/s 逐步增加到25 m/s 时,对应的湿F_w 数从0.19 增加到1.81。当F_w≤1 时,地形的阻挡起主要作用,由地形抬升形成的地形云主要产生在迎风坡一侧。地形重力波主要产生在迎风坡,并向上游传播,先形成层状云,最后演变为准稳定浅对流波状云。最大降水主要发生在紧靠山顶的迎风坡一侧,但当F_w 很小时,地形云不产生降水。当F_w>1 时,地形抬升形成的云主要发生在山顶附近,而地形重力波主要形成在背风坡,并向下游方向传播,形成准稳定波状云。最大降水主要产生在紧靠山顶的背风坡一侧。另外,在弱湿条件不稳定大气层流下,地形降水主要由地形动力抬升造成的暖云微物理过程产生,地形重力波形成的波状云几乎不产生降水。     

不同天气系统层状云微物理特征个例分析

利用PMS粒子测量系统和机载温湿仪观测获取的吉林省2007年5月15日高空槽和5月28日冷涡天气下降水云垂直探测资料,对比分析了两次不同天气系统下形成降水过程中云系的宏微观结构特征。结果发现,高空槽影响下的As云中云滴数浓度最大值比冷涡影响的As-Sc云系高一倍;液态水含量方面,高空槽系统下As云中在0℃附近取得最大值,冷涡系统下As-Sc云系中,最大值出现在上层As云中-4.8℃左右处。高空槽系统影响下的As云中,FSSP-100、2D-C和2D-P探测到的粒子数浓度、含水量和平均直径随高度呈不均匀性分布;而冷涡影响的As-Sc云中,FSSP-100测得As云中粒子平均直径远大于Sc,2D-C和2D-P探测到的上层As云中粒子浓度和液态含水量分布相对均匀,而下层Sc中粒子浓度、液态含水量值和平均直径都很小,这是由于云层之间存在干层,使As云中的部分大云滴和雨滴在下降过程中迅速蒸发,不利于降水形成。不同高度层FSSP-100测得的粒子平均谱分布均差异较大。对云中可播性进行研究,结果发现高空槽影响的As云中可播区均为强可播区,冷涡系统影响的As-Sc云中可播区的1/2为强可播区。     

Observational evidence for the Monin-Obukhov similarity under all stability conditions

Data collected in the surface layer in a northern suburban area of Nanjing from 15 November to 29 December 2007 were analyzed to examine the Monin-Obukhov similarity for describing the turbulent fluctu- ations of 3D winds under all stability conditions and to obtain the turbulence characteristics under different weather conditions. The results show that the dimensionless standard deviations of turbulent velocity com- ponents (σ u /u* , σ v /u* , σ w /u * ) and dimensionless turbulent kinetic energy (TKE) can be well described by "1/3" power law relationships under stable, neutral, and unstable conditions, with σ u /u * > σ v /u * > σ w /u* . Land use and land cover changes mainly impact dimensionless standard deviations of horizontal component fluctuations, but they have very little on those of the vertical component. The dimensionless standard devi- ations of wind components and dimensionless TKE are remarkably affected by different weather conditions; the deviations of horizontal wind component and dimensionless TKE present fog day > clear sky > overcast > cloudy; the trend of the vertical wind component is the reverse. The surface drag coefficient at a Nan- jing suburban measurement site during the observation period was obviously higher than at other reported plains and plateau areas, and was approximately one order larger in magnitude than the reported plains areas. Dimensionless standard deviation of temperature declined with increasing |z /L| with an approximate "-1/3" slope in unstable stratification and "-2/3" slope in stable stratification.     

基于太湖地区MFRSR遥感大气气溶胶光学特性和大气污染状况

利用2008年5月16日至2009年4月17日太湖地区多光谱旋转遮光辐射仪（multi—filter ro—tating shadow—band radiometer,简称MFRSR）的观测资料进行反演,得出415、500、615、675和870nm5个波段大气气溶胶光学厚度（aerosol optical depth,简称AOD）及各季节浑浊度系数和波长指数的统计结果。结果表明,5个波段AOD的最大值分别为1．9、1．6、1．3、1．2和1．0;它们谱分布的半宽度分别为0．90、0．70、0．55、0．45和0．25;AOD频率分布极大值处所对应的AOD值分别为0．750、0．550、0．475、0．425和0．425。5个波段AOD的平均值在春季最大,夏季次之,除870nm外,均为冬季最小。浑浊度系数变化范围为0～1．25,其中大于0．2的占97％以上,大于0．4的占66％以上。春季、夏季、秋季和冬季的波长指数变化范围分别为0～3．0、0～2．8、0．2～2．0和0．2～2．0,表明太湖地区大气污染较为严重,且受人为源的影响显著。相对于秋冬季,春夏季有较大粒径的气溶胶粒子存在。     

雷州半岛雷暴频数变化特征研究

对雷州半岛近50 a来的年雷暴日数变化时间序列进行小波分析,揭示了其雷暴频数多时间尺度的复杂结构,结果表明:雷州半岛平均年雷暴频数线性拟和呈现缓慢下降趋势;平均年雷暴日91 d,1983年及以前基本高于年平均值,1984年之后均低于年平均值;平均年雷暴频数总体趋势为1983年前正距平,1984年后为负距平;在20世纪60年代中期存在准2 a的周期变化,70年代存在显著的2-4 a的周期变化,80年代末至90年代末存在显著的3-4 a的周期变化,在90年代中后期存在显著的准2 a的周期变化。     

洛川地区孤立对流云雷达回波特征分析

全面认识洛川地区孤立对流云的回波特征,对提高该地区防雹工作有积极的意义。利用洛川711数字化雷达2000—2006年5—9月的探测资料,把洛川地区117例孤立对流云分为3类,即少动单体、移动单体、合并单体。分析3类孤立对流云的发生频次、天气形势、初生位置、日变化、生命史、灾情等特征后发现:洛川地区孤立对流云最常见的形式为少动单体和移动单体;少动单体多产生于稳定的天气形势下,合并单体多产生在低值天气系统中;洛川北、东北、东、东南20～50 km是孤立对流初生的高发区,12—18时是孤立对流初生的高发时段;合并单体的生命史、水平尺度、回波顶高最大,少动单体最小;合并单体的降雹概率最大,产生的灾情较重,移动单体降雹概率次之,产生区域性降雹的概率最大,少动单体降雹概率最小。