广东云与降水的宏微观物理特征

该文综合分析了广东地区云与降水的气候概况，云和降水微物理结构，大气气溶胶与雨水的物理化学特征，其中较重要的结果有：广东地区全年各月平均雨日均超过１０天；１０月至次年３月夜间雨日多于日间雨日，与展状云夜间云顶辐射降温使冰核活化增强促使降水机会增加有关；４至９月日间雨日明显多于夜间，与日间对流发展旺盛有直接关系。云型间的微结构存在差别。雨型间微结构变异甚大。海盐粒子是重要的凝结核来源，台风活动造成“盐核暴”现象是向大陆输送盐核的有效机制。硫酸盐也是一种重要的凝结核。工业污染亦是大气中吸湿性粒子的来源之一。雨水化学成份与环境背景密切相关，广东大陆酸雨频率高与环境中缺少碱性气溶胶有关。     

“碧利斯”(0604)暴雨过程不同类型降水云微物理特征分析

本文利用"碧利斯"(0604)暴雨增幅过程高分辨率的数值模拟资料, 将降水分成对流降水和层云降水, 对比分析了不同类型降水云微物理特征和过程的差异, 探讨了不同类型降水对暴雨增幅的贡献, 结果指出:(1)暴雨增幅前, 降水基本为层云降水, 对流降水只存在于零星的几个小区域, 暴雨增幅发生时段, 对流降水所占比例较暴雨增幅前有显著增加, 平均降水强度达层云降水强度的3倍多。(2)暴雨增幅时段, 云系发展更加旺盛, 云中各种水凝物含量较增幅前明显增加, 其中, 对流和层云降水区云中水凝物含量均有一定程度增长, 但对流降水区增加更显著;而无论增幅前还是增幅时段, 对流降水区云中水凝物含量均要明显大于层云降水区, 并且两者的这种差异随着地面降水强度的增强而增大。(3)暴雨增幅前后, 对流降水区雨滴的两个主要来源最终均可以追踪到云水, 通过云水与大的液相粒子(雨滴)和大的固相粒子(雪)之间、以及大的固相粒子(雪和霰)之间的相互作用和转化, 造成雨滴增长, 并最终形成地面降水, 而层云降水区中与雨滴形成相关的上述主要云微物理过程明显变弱, 但层云降水区中暴雨增幅时段的上述过程又要强于增幅前, 说明层云降水对暴雨增幅也有一定贡献。     

冰雹云卫星早期识别与自动预警

利用陕西、山东、贵州和新疆等地近十年日间降雹记录和对应的极轨卫星数据,采用卫星云微物理反演技术,定量分析冰雹云微物理特征,比较不同地区间差异,并利用FY-4A静止卫星定量分析一次冰雹过程云微物理特征演变,探讨冰雹云卫星识别预警应用潜力。结果表明:（1）陕西、山东等地冰雹云微物理特征具有一致性,卫星早期识别指标为:晶化温度（T_g）较冷,均值为?33°C;全部冰晶化时T_g对应的云粒子有效半径r_e（表征为r_eg）未饱和（<40 μm）,均值36.9 μm,且r_eg 越小冰雹云越强;云顶呈现r_e随高度减小带。（2）各地冰雹云早期识别指标在数值上存在一定差异,实际应用时应针对各地进行相应调整。（3）在静止卫星上,冰雹云微物理特征与极轨卫星相一致,将早期识别指标应用于FY-4A静止卫星,跟踪云团发展演变,实现自动预警。（4）经过4次降雹过程中应用,FY-4A卫星自动预警与实况吻合22次,漏报2次,自动预警平均提前约2小时。FY-4A卫星自动预警对及时有效组织实施人工防雹作业具有重要现实意义。     

豫北“21·7”极端暴雨过程特征及成因分析

利用探空、地面自动站、多普勒雷达等观测资料及ERA5再分析产品,对2021年7月17—22日豫北地区的极端暴雨过程进行分析。结果表明,极端暴雨过程具有强降水持续时间长、降水强度极端及地形影响明显等特征。极端暴雨过程发生于稳定的大尺度天气形势下,在日本海高压西伸及台风烟花(2106号)、查帕卡(2107号)西北行背景下,黄淮低涡外围加强北上的东南急流/偏南急流为强降水的发生提供了异常充足的水汽、能量条件,对流层中低层暖湿平流强迫、叠加地形影响的强动力辐合抬升作用及低空弱冷空气扩散南下是形成强降水的重要条件,而大气“强-弱-强-弱”的对流不稳定层结特征转化说明强降水过程中存在着两种互补的物理机制。不同阶段极端短时强降水(小时降水量≥50 mm)对流系统的形态结构和发展演变特征不同,但从雷达回波的垂直分布来看,系统均具有“低质心”特征,质心强度≥55 dBz且≥50 dBz强回波垂直伸展至5～8 km、持续时间1 h以上。强降水对流系统在太行山前30 km左右范围内的后向发展特征明显,一方面与地面西行偏东风/东北风在太行山绕流作用下形成的地形辐合线不断南伸有关,另一方面也与强降水冷池效应促使...     

“23·7”华北特大暴雨过程雨强精细化特征及动力和热力条件初探

基于ERA5再分析资料、国家级和区域级地面气象观测、双偏振多普勒雷达、地面雨滴谱仪、闪电定位仪、风廓线雷达等多源观测资料,对“23·7”华北创纪录极端降水过程中雨强的精细化特征,导致极端降水的中尺度对流系统(MCS),极端降水的微物理特征及动力和热力条件进行了分析。结果表明:整个过程小时雨强表现出面弱点强的特点,局地小时、分钟级雨强具有极端性。雨强阶段性特征明显,2023年7月30日08:00至31日20:00(第二阶段)雨强最强,与多个β-MCS发展有关,并伴有后向传播及列车效应等中尺度过程,降水以中等直径、高浓度雨滴为主,具有一定量的低浓度大粒子雨滴样本,属于海洋性与大陆性混合型降水,暖云碰并与冰晶聚合融化过程共存。7月29日08:00至30日08:00(第一阶段)和7月31日20:00至8月2日08:00(第三阶段)雨强相对较小,对应于前者的MCS垂直伸展高度较低、强度不强,以暖云降水为主导,雨滴浓度高、直径中等,对应于后者的MCS发展强盛,但移动速度快,也具有海洋性与大陆性降水混合型降水特征。三个阶段的大气整层可降水量最大值均超过70 mm,第一阶段天气尺度强迫强,对流有效位能...     

FY-3A/VIRR反演云微物理特征及与TERRA/MODIS反演结果的比较

利用FY-3A/VIRR多光谱资料反演了云微物理参数,针对2009年4月18日和5月21日两个个例,选取深厚积云、高、中、低云作为分析对象,并与TERRA/MODIS反演结果进行了比较,分析了FY-3A的可靠性和稳定性.结果表明:(1)FY-3A反演的云微物理参数形成的可视化RGB合成图,色彩层次较为丰富,与TERRA...     

一次暴雨过程中云微物理特征的卫星反演分析

利用卫星反演技术和云微物理分析方法,以陕北2006年7月2日发生的暴雨过程为例,反演了云顶粒子有效半径(Re)、云顶温度(T)等云物理特征参数,通过卫星不同时次对暴雨云团的探测资料,分析了暴雨发展过程.暴雨云团表现为多单体特征,发展旺盛期对流单体的数量明显增加、云团尺度大幅增加.根据暴雨云系中的对流云、层云、过冷水云、低云(未被高云遮挡住)4种类型,分别选择了9个代表区,用于分析这次暴雨过程中不同类型云的物理特征和垂直结构.结果表明:此次暴雨云团由多种高度的云组成,低云高度较低,温度较高,云顶在0--10℃;层云高度略高,T为-10--20℃,Re为10-20 μm,并含有连片分布的过冷水云(Re为10 μm左右);高度最高的云为对流云,镶嵌在系统性层云中或在其上发展,T最低达到-80℃左右.从云底至0℃层存在一个较厚的凝结增长带,Re为5-10μm;0--10℃层存在一个碰并增长带,Re从13-15μm增长到20～25μm,但其厚度小于凝结增长带;T<-10℃层以上存在一个深厚的冰相增长带,表明在对流云团的发展成熟期,冰相增长过程为优势云物理过程.随着云的逐渐发展,混合相增长带由厚变薄,冰化增长带增厚,晶化温度升高、高度降低,表明在对流云团发展到成熟的过程中,冰化增长带在下传,云中冰化增长过程向下传递明显.     

对流层高层冷涡对“21·7”河南持续性极端暴雨影响分析

2021年7月17—22日河南出现历史罕见持续性特大暴雨,期间我国东部海区上空的对流层高层冷涡(upper tropospheric cold low,UTCL)与河南降水几乎同步增强,对降水天气形势发展存在影响。强降水过程期间河套高空短波槽、黄淮高压脊、UTCL以及日本海阻塞高压形成准静止波列,环流系统异常稳定,由于UTCL在我国东部海区上空停滞,导致西风急流在河南及其以东地区形成大尺度持续性辐散分流。河南暴雨高空辐散区的建立和增强与UTCL西侧的西北风急流增强直接相关;UTCL东侧急流增强了台风烟花的高层流出,有利于台风加强进而影响河南暴雨区水汽输送;UTCL引起的高空下沉运动增强了副热带高压的稳定性,间接增强了从东部海区向河南的偏东风水汽输送。UTCL数值预报不确定性较大,随着预报时效临近,UTCL环流中心不断向偏北方向调整、强度增强,对应河南暴雨落区有向东调整的趋势。集合预报成员中强、弱UTCL环流分组对比表明,较强的UTCL环流有利于增强河南上空的反气旋性辐散流出,对降水增强较为有利,基于集合预报敏感性的诊断进一步证实了上述结论。     

“21·7”河南特大暴雨降水特征及极端性分析

利用国家气象信息中心提供的2 373个国家气象观测站（以下简称国家站）和区域气象观测站（以下简称区域站）小时降水量资料,从累计降水量、降水强度和时间演变等角度,分析了“21·7”（2021年7月17—22日）河南特大暴雨的极端性特征。结果表明:此次暴雨过程具有持续时间长、累计降水量大、突发性强、暴雨落区集中等特点。6天累计降水量平均达到219.05 mm·站^-1,有155个站超过600 mm。全省5.43万km²累计过程降水量大于250 mm,超过“75·8”过程（1975年8月）的3.45万km²。强降水主要出现在3个时段（18日15时至19日04时、19日09时至21日08时、21日09时至22日14时）,最大降水时段发生在19—21日,落区集中在太行山东南侧、伏牛山东北侧的豫中北地区。有1514个站出现至少1个时次的短时强降水(≥20 mm·h^-1),大值中心分别位于郑州、新乡和鹤壁等地,部分区域短时强降水贡献率超过70%。强降水中心在20日中午至21日夜间由河南中部向河南北部移动,强度由强变...     

河南“7·19”豫北罕见特大暴雨降水特征及极端性分析

2016年7月18-20日受低涡气旋影响,河南省出现了一次全省大范围的强降水过程("7·19"),其中豫北部分地区出现特大暴雨,最大过程雨量达732 mm。本文基于自动气象站降水、地面风场观测资料、雷达组合反射率资料、常规气象探空资料和1°×1°ECMWF再分析资料,对"7·19"过程的降水特征、大尺度环流特征和中尺度系统进行了分析,同时也对比分析了"7·19"过程和1980-2016年以来发生在豫北太行山东麓的71个强降水过程(所选区域至少有一个站点的日降水量大于100 mm)的物理量场特征。结果表明:太行山地形和低涡气旋背景下有利的大尺度环流为"7·19"特大暴雨提供了充沛的水汽和辐合抬升条件;中尺度地形辐合线的生成、发展和维持、多个地面中尺度气旋移动造成的列车效应是导致局地特大暴雨的主要原因,对比不同强降水过程的物理量场显示"7·19"的动力因子具有明显的极端性特征。     

河南一次罕见飞机积冰过程云系宏微观特性的综合观测

2018年12月10日河南省人工影响天气中心探测到本省飞机增雨有史以来的最强积冰,积冰出现高度为3600 m(-7.9°C～-12.9°C),机头及机翼最厚积冰达到16.2 cm。利用机载DMT云物理探测资料,结合FY-4A卫星反演云参数和雷达等综合观测,对本次过程的云宏、微观结构特征进行了细致分析。结果表明,此次过程强积冰区域位于700 hPa切变线东侧附近,西南急流持续输送水汽,且大气有深厚逆温层存在,有利于水汽和液态水的堆积。产生积冰的云系云顶高度约4000～5000 m,云顶温度为-15°C～-20°C,云光学厚度大于30。FY-4A云顶相态与机载仪器观测结果较为一致,对过冷水和飞机积冰区域具有一定指示意义。强积冰区域液态水含量丰沛,最大液态含水量可达0.818 g m^-3,大量球型过冷液滴和半径超过50μm的过冷大滴存在是导致积冰的重要原因。由于强积冰区域缺少尺度超过毫米量级的冰晶粒子,其S波段天气雷达回波值较弱,甚至明显低于非积冰区域。因此在使用天气雷达监测时,单靠回波强度来判断积冰强度存在一定的局限性。     

河南春季一次云降水过程的宏微观物理特征分析

云降水的宏微观物理特征的观测和研究,有助于建立典型的云降水多尺度结构模型,为确定科学的人工增雨催化方案提供重要依据。借助于雷达、卫星等多种遥感探测手段,结合飞机的云中观测,对2004年3月31日河南云降水观测外场试验区（31.5-35°N,111-114°E）的一次云降水过程实施了综合探测,综合分析了此次云降水过程的宏微观物理特征。此次云降水系统属于比较典型的低槽、冷锋活动所造成的一次小至中雨过程。根据GOES卫星云图和天气图可以看出,沿锋面云系的后部,有一槽线,它对试验区的降水起主要作用,地面冷锋位于云带的前沿。雷达PPI回波显示为一条窄而长的回波带,宽度较窄,强度不大;RHI显示回波高度不高,回波云顶高度平均在5-6km左右,除存在一些20-30dBz的回波团外,回波强度比较均匀,回波中存在明显的0℃层亮带。这次降水为锋上高积云（Ac）和其下部液水较为丰沛的层积云（Sc）结合而成,在Ac云的4340m（-4.8℃）和3670m（0℃）液态水含量出现高值,分别为0.072g/m^3和0.086g/m^3,在Sc云中的0℃附近液态水含量出现高值。降水形成前,云中粒子谱型主要为单峰型,粒子直径大部分在5-10μm之间变化,大粒子浓度很低,不到0.1个/cm^3,且呈不连续分布,随着云中微物理过程的发展和降水的形成,粒子谱型逐渐转为双峰或多峰型,粒子浓度明显增高,粒子直径逐渐增大。     

河南春季降水性层状云微物理特征及催化潜力分析

通过对１６个降水个例的模拟计算，归类分析指出：不同类型层状云降水微物理过程各有特点，普通存在“播种￣供应￣机制；我省春季层状云含水量丰富，但自然冰晶不足，人工催化潜力较大。     

“7·20”河南极端暴雨精细观测及热动力成因

利用分钟降水资料、FY-4A气象卫星高分辨率资料、多普勒天气雷达资料和ERA5再分析资料对2021年“7·20”河南极端暴雨过程中尺度系统精细结构及热动力发展机制进行观测分析和诊断研究, 结果表明: 该过程发生在“两高对峙”的鞍型场弱背景下, 其主导系统为500 hPa弱低压系统和低层偏东风切变线; 极端暴雨主要由水平尺度约300 km呈近乎圆形结构中尺度对流复合体产生, 其长时间维持与内部多个中尺度对流系统的合并及外围东南侧暖湿区新生单体的持续并入有关; 郑州站小时强降水(201.9 mm· h-1)由几乎静止的低质心β中尺度弓状回波产生, 其分钟降水量持续在3~4.7 mm; 边界层风场的动力辐合触发强烈对流, 使得强降水区上空θse锋区长时间处于中性层结, 其高层辐散气流在西北太平洋副热带高压附近构成次级环流下沉支; 中层500 hPa低压区气旋式曲率附近正涡度平流和925 hPa偏东气流持续暖平流输送、低层变形场锋生作用, 以及来自华东近海边界层急流异常强盛的水汽输送是此次极端过程发展维持的热动力学成因。     

“0711”山西晋城极端强降水过程的宏微观特征分析

利用ERA5逐小时0.25°×0.25°再分析资料、地面自动监测站以及FY-4A卫星、多普勒雷达、激光雨滴谱仪等精细化监测资料,对2021年7月11日山西晋城极端强降水过程的宏微观特征进行分析。结果表明：（1）此次极端强降水是继1961年以来晋城7月降水出现的第二高极端降水;高空急流入口区右侧强辐散、低空急流出口区风速辐合、低涡暖式切变线附近强辐合是极端强降水的宏观动力条件;低空急流将水汽源源不断向极端强降水区输送,整层大气可降水量高达65 mm以上是极端强降水发生的宏观水汽条件;500 hPa高度槽超前700 hPa和850 hPa冷式切变线是此次极端强降水发生的宏观动力不稳定条件。（2）极端强降水落区位于500 hPa高度槽、 850 hPa和700 hPa暖切变线、地面干线所围成的不规则四边形区域,且与500 hPa T-Td≤4℃、 700 hPa T-Td≤3℃、 850 hPa T-Td≤2℃、 Ki指数≥38℃、 Si指数≤-1℃所控制的区域相重叠,在对流云团西南侧亮温梯度的大值区和云团西南部的低亮温区,即在地面干线和地面中尺度切变线0～30 km范围内极端降水量最大。（...     

珠江三角洲“9·7”极端暴雨精细观测特征及成因

2023年9月7—8日珠江三角洲出现极端特大暴雨(简称“9·7”极端暴雨)。应用多源资料分析该过程的精细化观测特征及成因,结果表明:“9·7”极端暴雨由高层辐散、中层弱引导气流、低层西南季风和台风海葵(2311)残涡共同造成,水平尺度约为100 km的带状中尺度对流复合体长时间维持,列车效应和暖云降水特征显著,雷达回波质心低,最强降水阶段不低于45 dBZ的强回波质心位于4 km高度以下,不低于30 dBZ的强回波在深圳持续时间长达21 h。该天气过程以中小雨滴为主且数浓度较大,当降水强度大于20 mm·h^-1时,雨滴粒径增大但数浓度明显降低。“9·7”极端暴雨持续时间、强度和落区与边界层低空急流脉动、急流核区位置对应很好,强降水出现在低空急流指数迅速加强后的1～2 h内,低空急流和低空急流指数变化对强降水具有重要指示意义。台风海葵(2311)残涡在珠江三角洲的长时间滞留是此次极端暴雨的天气尺度原因,深厚的边界层低空急流提供了良好的动力和水汽条件,对流风暴的持续生成和维持是此次极端暴雨的直接原因。     

2021年郑州“7·20”极端暴雨雨滴谱特征及其对雷达定量降水估测的影响

利用雨滴谱仪观测的雨滴谱数据,分析了2021年7月20日郑州极端暴雨的雨滴谱特征,并结合双偏振雷达观测,分析了不同定量降水估测（QPE）方法在此次极端暴雨过程中的性能。结果表明,在此次极端暴雨过程的最强降水时段,雨滴谱表现为很高的粒子数浓度和很大的粒子平均直径;而整个降水过程雨滴谱的截距参数与我国其它地区雨滴谱特征差异不明显,但质量加权平均直径大于其他地区的雨滴谱;在降水最强的2021年7月20日08:00～09:00（协调世界时,下同）前后,雨滴谱的特征发生了显著变化,首先是质量加权平均直径迅速增长,随后粒子数浓度也陡增,从而导致降水率的迅速增强。使用郑州双偏振雷达数据,基于各种QPE方法和参数计算得到了08:00～09:00的雷达反演降水量,并与雨量计观测结果比较。结果表明对于基于反射率的QPE关系（R(Z_H)）,如果不提高或者去除反射率上限进行QPE,会导致降水严重低估,且该方法对参数的准确性较为依赖;基于差传播相移率的QPE关系（R(K_dp)）对雨滴谱差异性敏感度相对较低,其性能主要依赖于差传播相移率的准确性;最优的R(K_dp)关系反演效果比R(Z_H)更好,能达到实际降水量的70%以上。     

太行山东麓层状云微物理特征的飞机观测研究

本文利用“太行山东麓人工增雨防雹作业技术试验”的飞机和地面雷达观测数据,重点研究分析了2018年5月21日一次典型西风槽天气系统影响下的层状云微物理特征。结果表明,?5°C层的过冷水含量低于0.05 g m?3,冰粒子数浓度量级101～102 L?1。冰粒子数浓度高值区主要以针状和柱状冰晶为主。这可能低层是Hallett-Mossop机制和其他冰晶繁生机制共同作用下所产生的冰晶碎片在冰面过饱和条件下凝华增长所形成的。冰粒子数浓度低值区的冰晶形状基本以片状或枝状为主。?5°C层的冰雪晶增长主要以凝华和聚并增长为主,凇附过程很弱。零度层附近云水含量峰值区的液态水占比达到70%以上。云水含量峰值区的粒子主要以直径10～50 μm的云滴为主,伴随着少量聚合状冰晶。零度层其他区域的过冷水含量维持在0.05 g m?3左右,冰晶形态主要以聚合状、凇附状及霰粒子为主。液水层则主要以球形液滴及半融化状态的冰粒子为主。垂直探测表明:零度层以上的冰雪晶数浓度呈现随高度递增的趋势。在发展稳定的层状云内,混合层的过冷水含量很低,冰粒子主要通过凝华和聚并过程增长,云体冰晶化程度较高。而在发展较为旺盛的层状云区里过冷水含量也较高,大量液滴的存在也表明混合层冰-液相之间的转化不充分。不同温度层的粒子谱显示,冷水含量高值区的冰粒子平均浓度比过冷水低值区高,但平均直径比过冷水低值区小。