高原气象
目录
- 目录
- 2018 Vol. 37 (4): 0-0.
- 摘要 ( ) PDF (337KB) ( )
论文
- 青藏高原土壤湿度触发午后对流降水模拟试验研究
- 栾澜;孟宪红;吕世华;韩博;李照国;赵林;李瑞青
- 2018 Vol. 37 (4): 873-885. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00008
- 摘要 ( ) HTML PDF (30254KB) ( )
- 利用WRF模式设计敏感性试验并结合CTP-HIlow框架(对流触发潜能-低层大气湿度指数)研究了青藏高原土壤湿度变化对午后对流触发和抑制的影响。结果表明,WRF模式对青藏高原降水空间分布体现出了较好的模拟效果,且当土壤湿度减少时,对青藏高原西部降水的模拟有一定的改进。从整体上看,青藏高原地区夏季降水主要受大尺度环流控制,其比例占60%~90%,在高原中部、西南部地区以及东北部区域土壤湿度对降水的影响相对较大。模拟结果显示,当土壤湿度变干时,正反馈作用发生的情况多于负反馈,也就是说更多的情况下是变干的土壤抑制午后对流降水的发生,但也有一部分区域表现为变干的土壤触发午后对流降水的发生,即负反馈。高原西北部较干旱地区由于负反馈所引发的对流降水占总降水的比例较高原其他地区大,最大的影响可达总降水量的80%以上,其机理主要是由于变干的土壤影响地表通量的分配,增加了地表加热大气的感热通量,进一步使大气边界层快速发展,到达自由对流高度后,发生降水。通过对比控制试验和敏感性试验的CTP和HIlow的值可以发现不同年份对应的CTP和HIlow的阈值存在一定的差异,表明土壤湿度是通过同时对地表能量和大气湿度状况协同影响,从而对午后对流触发产生作用。
- 青藏高原土壤湿度对一例高原涡影响的数值模拟
- 章焕;范广洲;张永莉;赖欣
- 2018 Vol. 37 (4): 886-898. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00004
- 摘要 ( ) HTML PDF (26654KB) ( )
- 采用NCEP-FNL再分析资料、FY-2E气象卫星的黑体亮温TBB(Temperature of Black Body)数据以及中国自动站与CMORPH(Climate Prediction Center Morphing)卫星的融合降水产品,通过中尺度天气模式WRFV3.8.1对2014年8月16-17日一次高原涡过程进行了控制试验和4组针对高原土壤湿度的敏感性试验,研究了土壤湿度通过地面加热对高原涡影响的物理机制。结果表明,控制试验能较好地模拟出此次高原涡的位置、强度及降水。土壤湿度对高原涡的强度和降水有重要的作用,而对高原涡的性质和移动路径影响不显著。同时,主要考虑土壤湿度通过地表潜、感热通量的变化来影响高原涡。当土壤湿度增大时,地表潜热通量增大,中低层大气不稳定性增强,对流系统活动所需能量得到积累,使得对流降水增加,最终通过增加凝结潜热的释放来加强高原涡强度;反之高原涡强度和降水都减弱。而本文中地表感热通量的变化对高原涡的生成并没有多大影响,因此只考虑其对对流性降水的影响。当土壤湿度增大时,地面温度减小,地表感热通量减小,行星边界层高度PBLH(Planetary Boundary Layer Height)降低,边界层气团的湿静力能增大,使得对流降水增加;反之对流降水减小。
- 青藏高原积雪时空变化特征及年际异常成因
- 保云涛;游庆龙;谢欣汝
- 2018 Vol. 37 (4): 899-910. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00099
- 摘要 ( ) HTML PDF (19784KB) ( )
- 利用国家气象信息中心提供的日积雪深度的台站观测资料以及JRA55提供的大气环流再分析资料,分析了1961-2013年前冬(11月至次年1月)和后冬(2-4月)青藏高原中东部地区积雪深度(以下简称积雪)的时空变化特征,探究了影响高原中东部整体积雪异常和年际变化的环流形态及水汽条件。结果表明,高原积雪以显著的年际变化和年代际变化为主,在空间分布上具有明显的不均匀性,海拔越高,积雪的年际变率越大。不论前冬还是后冬,高原中东部积雪最主要的变化形势均为全区一致型。1961-2013年前冬和后冬积雪无明显的长期变化趋势,前冬的积雪在1996年以前显著增加,1996年以后转为减少趋势。从高原积雪年际变化的成因来看,前冬积雪很可能同时受北极涛动和高原附近位势高度年际变化的主导,后冬积雪受高原附近位势高度变化的主导,并受北极涛动年际变化的调节。当高原积雪偏多时,阿拉伯海到青藏高原以东地区的位势高度偏低,导致南支槽活跃,高原南侧西风急流加强,槽前携带的水汽增加,副热带高压偏北偏强同时其外围携带的水汽增加;贝加尔湖脊加强有利于引导冷空气南下,冷空气和暖湿空气在高原东部交汇使得高原中东部降雪和积雪增加。
- 青藏高原雷暴电荷结构特征及成因的数值模拟研究
- 郭凤霞;王曼霏;黄兆楚;李扬;穆奕君;廉纯皓;曾凡辉
- 2018 Vol. 37 (4): 911-922. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00002
- 摘要 ( ) HTML PDF (15021KB) ( )
- 利用三维雷暴云动力-电耦合数值模式,通过对青藏高原地区2003年8月13日一次雷暴过程进行模拟,分析了高原雷暴的电荷结构特征并从微物理角度讨论了其主要形成原因。结果表明,高原雷暴以三极性结构为主,在消散阶段电荷结构转变为偶极性,结构整体电荷密度较小,主正电荷区与主负电荷区深厚,下部次正电荷区范围较大,持续时间较长。其中三极性结构主要是由于云内冰相粒子通过非感应起电机制作用形成;后期偶极性构是由霰粒子下落固态降水的增强导致。云内暖云区厚度较小,混合相区域内有效液态水含量较高,对流层顶较低,导致冰晶、雪所在的高度更低,与霰、雹这样的大粒子重合的区域更大,形成了下部范围较大持续时间较长的正电荷区。
- 藏东南地区草地下垫面湍流通量和辐射平衡各分量的变化特征
- 李宏毅;肖子牛;朱玉祥
- 2018 Vol. 37 (4): 923-935. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00097
- 摘要 ( ) HTML PDF (3769KB) ( )
- 利用2013年5月20日至7月9日藏东南林芝地区草地下垫面的野外试验站点观测资料,分析了晴雨转换过程中林芝地区草地下垫面的近地层基本气象要素、湍流通量和辐射平衡各分量的变化特征,并着重分析了各个变量之间的相互关系,对比分析它们在典型晴天和阴天条件下的差异。结果表明:(1)草地观测站的各气象要素的变化趋势相互吻合,即相对湿度与降水有着一致的变化趋势,而气温、地面温度和风速均与降水的变化相反;观测期间草地站的潜热交换大于感热交换,在无降水时期,感热明显偏高,潜热偏低,降水时期则相反;感热与向下短波辐射的变化趋势一致,同时,向上短波辐射、向上长波辐射、净辐射、地表反照率和土壤热通量均与向下短波辐射保持同步的变化关系,而向下长波辐射则呈现出相反的变化。(2)典型晴天和阴天的分析结果表明,晴天条件下各变量的日变化均比阴天条件下剧烈,在白天,感热和潜热在典型晴天的值均大于典型阴天天气下的值,除向下长波辐射外,其他地表辐射分量在晴天条件下的值远大于阴天的值;在夜间,晴天的向上长波辐射、净辐射和土壤热通量小于阴天的值。(3)相对湿度最大值出现在早晨,最低值出现在午后;风速的最小值出现在早晨,最大值出现在中午,且基本上都是晴天天气下大于阴天天气下。因此,藏东南林芝地区草地下垫面的感热、潜热、土壤热通量、辐射平衡各分量、基本气象要素均与晴、雨的转化有着非常密切的协同变化关系,这些变量之间相关系数高,吻合度好,表明了该边界层观测数据的可靠性,该观测试验数据可为数值模式在藏东南林芝地区地气交换过程的模拟提供重要的数据基础。
- 三江源腹地玉树地区动态融雪过程及其与气温关系分析
- 张娟;徐维新;王力;周华坤
- 2018 Vol. 37 (4): 936-945. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00001
- 摘要 ( ) HTML PDF (1857KB) ( )
- 利用位于三江源腹地的玉树州隆宝自然保护区野外雪深自动观测站2013/2014年冬季每30 min积雪深度与同步气温数据,对发生在2014年2月的较大降雪过程的动态融雪过程及其同步气温进行了研究分析。结果表明,玉树隆宝地区融雪过程总体表现为"先慢后快"的变化特征,积雪在10 cm以上时融雪过程相对缓慢,在10 cm以下时,积雪加速消融,积雪越薄,融雪越快;在融雪期内,雪深快速下降分别发生在10:00(北京时,下同)-11:00与14:00-15:30;气温与雪深变化关系紧密,09:00以前,雪深的下降与气温的关系不明显,09:00以后气温开始对雪深的变化产生比较明显地影响,这种相关性在10:00后明显增强,热量条件对积雪消融的影响自10:30一直持续到18:00;相对而言,13:00-14:00气温对日积雪消融的贡献最大。超前滞后关系分析表明,融雪期之前240 min之内的气温都将显著影响到积雪雪深的变化;玉树隆宝地区积雪在气温-12℃时仍有积雪深度下降的现象发生,正变温对积雪消融更有利。
- 一次副热带高压边缘突发性暴雨的锋生及水汽特征分析
- 邱贵强;赵桂香;董春卿;王晓丽
- 2018 Vol. 37 (4): 946-957. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00059
- 摘要 ( ) HTML PDF (14843KB) ( )
- 针对2010年7月31日夜间山西西南部一次业务模式出现较大预报偏差的西太平洋副热带高压(下称副高)边缘突发性暴雨天气过程,利用常规和降水加密观测资料、FY-2E卫星TBB数据以及中尺度模式WRF高分辨率数值模拟结果,诊断分析了暴雨的发生发展、锋生及锋生过程中的水汽演变特征。结果表明:此次突发性暴雨是由高空槽后干冷空气推动副高边缘暖湿气流所导致的一次锋生型强降水,β中尺度对流系统(meso-β circular convective system,MβCCS)是造成暴雨的直接影响系统,低层β中尺度涡旋的形成和发展为MβCCS的维持提供了有利的水汽辐合条件,地面冷锋及其附近中尺度辐合线是对流触发因子。锋生诊断表明,低层辐合、中层辐散的垂直结构导致对流层低层水平锋生、中层水平锋消,而低层强烈的上升运动使得强不稳定层结高度升高,从而引起对流层中层强垂直锋生发展,垂直锋生与水平锋生同时产生,且垂直锋生较水平锋生大一个量级,中低层强锋生和次级环流圈的出现与强降水的发生时间和位置对应较好,比较而言,倾斜项对总锋生贡献最大,辐合项贡献最小。中低层锋生的加强有利于低层水汽的辐合抬升,锋生过程中深厚的水汽饱和层的出现以及水汽含量向高空的凸起,对局地强降水的预报有明显的指示意义。另外,高空冷空气的强度、移动路径以及MβCCS的发展对判断此类强降水的发生和暴雨落区具有重要作用。
- 云南南支槽飑线雹暴中尺度特征及环境条件
- 张腾飞;张杰;张思豆;朱莉
- 2018 Vol. 37 (4): 958-969. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00093
- 摘要 ( ) HTML PDF (21771KB) ( )
- 利用自动站、FY-2E卫星、地闪及1°×1° NCEP再分析气象资料对春季两次南支槽影响下云南飑线雹暴中尺度特征及环境条件进行分析。结果表明:南支槽前的高低空偏西急流不仅为强对流雹暴提供水汽条件,而且相互耦合加强上升运动为强对流雹暴提供动量条件,雹暴发生在500 hPa和700 hPa南支槽前的偏西急流耦合区内;高空深厚强急流带和强垂直风切变导致中高层强斜压性加大而加强上升运动促使雹暴发展,且中低层强垂直风切变影响雹暴的组织和发展,雹暴发生在中低层垂直风切变大于等于3×10-3 s-1的区域;青藏高原500 hPa低槽东南移引导北方冷空气南下,形成中层冷空气入侵和低层暖脊控制的上冷下暖大气强烈不稳定,为强对流雹暴发生发展提供重要的对流不稳定条件,雹暴发生在850 hPa与500 hPa温差T(850-500) ≥ 27 K的强烈不稳定区域内;上冷下暖的强烈不稳定和强烈垂直风切变导致南支槽对流积状云形成,后侧中层冷平流侵入和高空急流动量下传作用进一步发展形成逗点状对流云系和弓形飑线,而偏西急流强弱和强垂直风切变大小是导致两次飑线雹暴发展差异的直接原因。
- 一次“大气河”背景下东北冷涡暴雨的诊断分析
- 孙颖姝;王咏青;沈新勇;周玉淑;邓国
- 2018 Vol. 37 (4): 970-980. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00005
- 摘要 ( ) HTML PDF (10605KB) ( )
- 利用FNL再分析资料、NCEP GDAS资料和观测降水资料,应用HYSPLIT轨迹追踪模式,对2016年7月25日一次东北冷涡暴雨过程的天气形势背景、大气河在暴雨过程中的作用及其在暴雨前后的演变特征以及暴雨水汽来源进行了诊断分析。结果表明,此次暴雨发生在有利的天气形势背景下,东北冷涡、鄂海阻高、日本以东的低压、高低空急流是这次过程的主要影响系统。暴雨过程中有两条源于西太平洋的大气河,一条经我国南海区域向北继而向东北延伸,核心水汽通量极强,另一条经东海、黄海向北输送,两条大气河的湿层均十分深厚。通过大气河的输送作用,热带地区的暖湿水汽直接输送到中纬度地区,为此次暴雨的产生和维持提供了良好的水汽条件。南来的暖湿气流与东北冷涡环流的偏北干冷气流汇合,在暴雨区附近产生了强烈上升运动,是此次暴雨的主要动力抬升机制。水汽轨迹追踪表明此次暴雨的水汽源地主要有西太平洋、南海、孟加拉湾和欧亚大陆,低层水汽主要由偏南大气河输送,中层水汽主要来自于西南大气河。
- 陕西一类“东高西低型”暴雨的基本特征
- 李博;王楠;姜明;华灯鑫
- 2018 Vol. 37 (4): 981-993. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00100
- 摘要 ( ) HTML PDF (9500KB) ( )
- 以NCEP再分析资料作为WRF模式初始场,加入常规观测资料、西安理工大学小型地面气象站观测资料和激光雷达雨前探测资料,对2015年4月初发生在陕西南部的一次暴雨过程(记为1504强降雨)开展高分辨中尺度模拟。在确保模拟资料质量可靠基础上,对模拟资料与观测资料开展综合诊断分析,研究了1504强降雨的基本特征。结果表明,这是一类"东高西低"型降雨过程,青藏高原东侧的暖低压与华北地区的冷高压共同导致暖湿气流与干冷空气在陕西南部交汇。饱和的大气是强降雨发生的有利条件(水汽含量达10.3 g·kg-1),而风速切变导致了强降雨的爆发,在此过程中诸要素与强降雨之间呈现出谷、峰相配的密切关联。"东高西低"形势的形成过程,体现的是降雨中心四周气压同时降低的特征,而非东部气压升高、西部气压降低的特征。在整个降压的过程中,西部气压降得更低、东部气压相对较高,由此构成"东高西低"的有利形势。最终,归纳了陕西这类"东高西低"型强降雨发生的概念模型。
- 北疆暴雪发生条件的卫星遥感监测
- 刘崧;黄富祥;杨莲梅;韩爽爽
- 2018 Vol. 37 (4): 994-1001. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00055
- 摘要 ( ) HTML PDF (28150KB) ( )
- 利用大气红外探测器(AIRS)大气温度和水汽两种遥感产品,结合拉格朗日混合单粒子轨道模型(HYSPLIT)后向轨迹分析方法,对乌鲁木齐地区2015年12月10-12日和2016年3月2-3日两次暴雪天气冷、暖气团及水汽的来源地、输送路径进行监测分析,并对冬季和春季暴雪发生条件、降雪强度差异进行了对比研究。结果表明:(1)北疆地区暴雪天气是冷、暖气团与水汽条件配合的产物。(2)在这两次暴雪过程中,水汽主要来自西部黑海、里海、咸海、巴尔喀什湖,以及南部阿拉伯海等地;冷气团主要来自北欧、挪威海-巴伦支海、西西伯利亚以及伊朗高原等地;暖气团的来源和输送路径一般与水汽相同或紧密相关。(3)2015年12月10-12日降雪过程是北疆创纪录的一次超强暴雪,此次降雪天气中冷气团来自挪威海-巴伦支海、北欧和伊朗高原等地,暖气团和水汽来自黑海-里海一带。在降雪过程中,来自阿拉伯海的充沛水汽源源不断进入,是导致此次降雪天气强度空前的重要原因。(4)2016年3月2-3日是一次较弱的春季降雪过程,冷气团来自北欧-西西伯利亚地区,暖气团和水汽则分别来自北疆当地和巴尔喀什湖附近,降雪过程中由于缺乏后续水汽补充,导致降雪持续时间较短、强度较弱。(5)对比两次降雪过程可见,降雪过程中有无持续充足水汽补充,是决定降雪持续时间和降雪强度的主要因素。
- 干旱气候条件下多种潜在蒸发量估算方法对比研究
- 焦丹丹;吉喜斌;金博文;赵丽雯;张靖琳
- 2018 Vol. 37 (4): 1002-1016. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00048
- 摘要 ( ) HTML PDF (5937KB) ( )
- 潜在蒸发量表征局地大气蒸发能力,是研究陆面过程和水文循环的关键参量。基于中国科学院临泽内陆河流域研究站2015-2016年实测气象数据,对比分析了综合法、辐射法和温度法共10种潜在蒸发量计算公式在河西走廊中段干旱气候条件下的差异,并将计算结果与台站内E601型和Φ20型蒸发皿记录的蒸发量数据进行了统计分析。结果表明:(1)影响E601型和Φ20型蒸发量的气象因素主要为饱和水气压差、净辐射和温度;(2)两种蒸发皿折算系数(ETp-E601/ETp-Φ20)的算术平均法和一元线性回归法计算值分别为0.65和0.62;(3)总体上综合法最适用,其次是辐射法,基于温度的各方法适用性最差;(4)综合法中FAO-56法最优,与E601型蒸发皿值拟合值为1.02(R2=0.70);其次是基于辐射的Doorenbos-Pruitt法,与Φ20型蒸发皿值拟合值为0.78(R2=0.85)。以上研究结果为估算我国西北干旱区及类似环境下潜在蒸发量提供了方法上的借鉴。
- 夏季风影响过渡区与非夏季风影响过渡区蒸发皿蒸发趋势的对比分析
- 杨司琪;张强;奚小霞;乔梁
- 2018 Vol. 37 (4): 1017-1024. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00006
- 摘要 ( ) HTML PDF (907KB) ( )
- 以南昌、定西、乌鲁木齐作为季风区、夏季风影响过渡区以及非季风区的代表站,利用南昌、定西、乌鲁木齐3个常规气象站1961-2010年的常规观测资料,对比了不同地区蒸发皿蒸发趋势的变化情况,初步分析了造成差异的原因。结果表明:不同地区蒸发皿蒸发趋势差异较大。定西、南昌和乌鲁木齐蒸发皿蒸发的倾向率分别为50.3 mm·(10a)-1,-150.7 mm·(10a)-1和-206.1 mm·(10a)-1。此外,通过蒸发皿蒸发量对气象因子的敏感性分析,发现不同地区对不同气象因子的敏感程度不同。最后,结合对气象因子的趋势分析和敏感性分析,发现造成夏季风影响过渡区与非夏季风影响过渡区蒸发皿蒸发趋势差异的主要因子为年降水量、平均低云量和平均风速。近年来季风北边缘位置南退,使夏季风影响过渡区与非夏季风影响过渡区年降水量、平均低云量以及平均风速的变化相反,从而使夏季风影响过渡区与非夏季风影响过渡区蒸发皿蒸发趋势截然相反。
- 青海湖高寒湿地生态系统生长季大气水汽氢氧稳定同位素特征
- 吴方涛;曹生奎;曹广超;陈克龙;林阳阳
- 2018 Vol. 37 (4): 1025-1032. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00092
- 摘要 ( ) HTML PDF (827KB) ( )
- 基于对植物生长季大气水汽氢氧稳定同位素组成(δ18O、δD)的原位连续观测数据,研究了青海湖高寒湿地生态系统大气水汽氢氧稳定同位素特征以及大气水汽δ18O与主要环境因子的相关关系。结果显示:大气水汽中δ18O和δD在0.5 m和1.5 m以及0.9 m和1.9 m之间差异性都很小,且季节变化趋势都表现为生长季中期低,前期和后期高。降水量、温度、相对湿度、蒸散和净辐射都是影响大气水汽δ18O变化的重要环境因子,且各环境因子之间存在相互联系协同作用的关系。受研究区环境因子、大气水汽来源以及青海湖蒸发水汽的影响,表征当地大气水汽δ18O和δD相关关系的大气水汽线方程MVL偏离全球大气降水线方程GMWL。
- 机载微波辐射计亮温数据中RFI识别方法研究
- 王婉;雷恒池;王兆宇;郭晓军;聂皓浩
- 2018 Vol. 37 (4): 1033-1041. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00084
- 摘要 ( ) HTML PDF (5995KB) ( )
- 机载微波辐射计(G-band water Vapor Radiometer,GVR)在使用过程中发现存在无线电频率干扰信号(Radio-Frequency Interference,RFI),为准确使用数据,需对干扰信号进行识别和订正。在分析多种RFI识别方法在GVR数据中的适用性基础上,根据GVR探测及定标原理提出适用于GVR的RFI识别和订正方案。采用该方案对天津市2016年11月20日一次GVR亮温数据进行识别和订正,结果表明,该方法能较好的识别出各通道亮温数据中的RFI信号;RFI存在于多个通道中,时空分布无规律,具有随机性,为干扰源确定带来较大困难;RFI在亮温数据中除少数以孤立点形式存在,多数为连续干扰点,连续干扰点越多,订正效果越差,当连续干扰点较多时建议剔除该部分数据。RFI订正前后的反演结果对比分析表明,多数情况下,RFI的存在使得垂直累积水汽和垂直累积液态水含量值被高估,少数值被低估,单个通道做订正对反演结果的影响不同。
- 基于DERF2.0模式1~52天最低温度逐日预报的检验评估
- 徐岩岩;常军
- 2018 Vol. 37 (4): 1042-1050. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00090
- 摘要 ( ) HTML PDF (937KB) ( )
- 利用国家气候中心第二代月动力延伸预报模式系统(DERF2.0)1983-2013年历史回算数据中20个全样本集合平均的最低温度数据,对3月中国中纬度地区模式最低温度1~52天逐日预报能力进行了评估。结果表明,通过计算绝对误差的绝对值AE、均方根误差RMSE和相关系数R发现前10天预报可信度较高,预报时效越短,可信度越高,超过10天之后预报可信度越来越低。为了分析模式误差的深层次原因,利用集合经验模态分解方法(EEMD)对数据进行分解,DERF2.0模式和观测数据的高频分量IMF1和趋势项R为主要分量,低频分量IMF2占的比重较少。分析发现,DERF2.0模式在10天之后预报能力下降的主要原因是高频分量IMF1的预报能力下降。通过分析历年的结果,发现各项方差贡献率年际变化不大,比较稳定,高频分量IMF1和低频分量IMF2方差贡献率和观测数据相比普遍偏低,趋势项R方差贡献率和观测数据相比每年都偏高。DERF2.0模式应该针对高频扰动继续加强研究,提高DERF2.0预报升温降温过程的能力。
- 基于卫星资料的中国西北地区冰云特征分析
- 林彤;郑有飞;李特;王立稳
- 2018 Vol. 37 (4): 1051-1060. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00088
- 摘要 ( ) HTML PDF (15216KB) ( )
- 利用2012年12月至2016年11月A-Train卫星编队中CloudSat卫星与CALIPSO卫星融合产品DARDAR数据对我国西北地区冰云发生概率的水平和季节分布特征,冰水含量和冰云有效半径的垂直分布进行了分析。结果表明,近4年西北地区平均冰云发生率为55.1%,春季冰云出现较多,除河西-内蒙古中西部部分地区外,春季冰云发生概率均在70%以上,季节性变化明显。2015年和2016年四季变化浮动比前两年大,四季冰云发生率在西北地区的沙漠区域相对较小,由于特殊地形的影响冰云发生率的高值区出现在青藏高原东北部;青藏高原东北部冰云发生率在春、秋冬季都较大,夏季最小。冰水含量在13 km以上几乎没有冷冰水分布,夏季最大且垂直方向5 km高度下几乎没有分布,秋冬季节冰水含量相对较小,西北各地区之间冰水含量的差异较大,在西北东部季风区分布最少;西北各地区冰云有效半径分布与其冰水含量分布趋势相似,春夏季大,秋冬季小,其中夏季冰云有效半径在5 km高度以下几乎没有分布,由于夏季温度较高,在37°N-39°N冰水含量较大的区域冰云有效粒子半径相对较小。
- 集成CFD与Kalman滤波的微尺度风电场风功率预报方法
- 刘丽珺;梁友嘉
- 2018 Vol. 37 (4): 1061-1073. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00098
- 摘要 ( ) HTML PDF (5161KB) ( )
- 基于Kalman滤波的风功率预测方法难以捕获风电场的风力空间分布特征,集成计算流体力学CFD模型和Kalman滤波能将风资源分布纳入风力发电预报框架,对提高微尺度风能利用率有重要意义。以黄土高原沟壑区的中国华电集团公司甘肃省环县南湫风电场为研究区,首先利用CFD模拟风电场风速分布特征和划分风区,再利用Kalman滤波订正BJ-RUC模式预报的各风区长时间序列风速变化,并对比不同风区的订正效果,最终基于发电能力评估风电场的风功率预报效果与效益。结果表明:(1)风电场内部的风机均不同程度地受到复杂地形的影响,围绕"马蹄形"山梁和山谷形成明显的"阶梯式"风区,风速差最高达2.78 m·s-1;(2)CFD与Kalman滤波的集成订正方法使风速预报准确率由BJ-RUC的20%~30%提高到90%以上,并使风功率预报准确率达到80%以上,显著提高了微尺度沟壑区风速-风功率预报精度;(3)风电场容量因子CP平均在12.4%~16.8%之间,弃风率η为5.5%~17.5%,表明该电场的风功率预报精度明显受其发电效益制约;(4)还讨论了风电机组监控数据采集控制系统SCADA的数据质量、CFD计算效率和能源部门决策等不确定性因素对风速分区及风功率预报的影响。
- 舟山跨海大桥一次强冷空气过程的精细化风场模拟
- 顾婷婷;李晓丽;刘丹妮;潘娅英
- 2018 Vol. 37 (4): 1074-1082. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00086
- 摘要 ( ) HTML PDF (7272KB) ( )
- 以NCEP FNL再分析资料作为初始场和边界场,利用TAPM模式对2015年11月24-27日发生在舟山跨海大桥的一次强冷空气大风过程进行水平分辨率300 m×300 m的数值模拟试验,并采用大桥上的道路气象站观测资料进行误差检验,分析此次大风过程中舟山跨海大桥各路段的横风分布特征。结果表明TAPM模式对于此次大风过程的舟山跨海大桥桥面风速、风向以及横风风速都具有较好的模拟能力,且模式对于过程最大风速的模拟一致性较好,但陆地站点风速模拟值存在偏大的现象。此次冷空气大风影响过程中,金塘大桥中段、西堠门大桥东段以及甬舟高速册子岛段东段为强横风的主要影响路段,横风风速大于11 m·s-1,6级以上的强横风影响时间达33 h以上。而桃夭门大桥到舟山路段虽然过程平均风速较高,但横风影响较弱,横风风速仅为2~7 m·s-1。值得注意的是,甬舟高速金塘岛段自东向西的弯道路段以及桃夭门大桥转向册子岛的弯道路段口,会存在横风突然增大的风险,极易对安全行车造成不利影响。
- 加密FY-2G云导风质量评估及其在GRAPES_RAFS系统中的应用分析
- 万晓敏;韩威;田伟红;何晓欢
- 2018 Vol. 37 (4): 1083-1093. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00089
- 摘要 ( ) HTML PDF (12453KB) ( )
- 采用2016年7月国家卫星气象中心提供的加密FY-2G资料,选用美国国家环境预报中心的FNL全球分析资料(Final Operational Global Analysis)为参考场,根据不同质量标识码QI(Quality Indicator)对其进行质量评估,并基于GRAPES(Global and Regional Assimilation and Prediction System)模式的GRAPES_RAFS(Rapid Analysis and Forecast System)系统分别进行了个例试验和连续试验。结果表明,QI ≥ 80的加密FY-2G资料质量最好,相较于其他QI阈值,其偏差和均方根误差最小;对比业务使用的FY-2G红外通道云导风资料,加密FY-2G红外通道云导风的U分量偏差更接近正态分布。对2016年7月2-3日强降水个例进行了三组对比试验,结果表明:同化加密FY-2G红外通道云导风资料对850 hPa高度场和风场分析有一定的调整作用,对24 h降水强度和落区预报有一定改善。连续试验结果表明同化加密FY-2G红外通道云导风资料对高层风场改善明显,24 h降水预报检验反映出全国区域中雨到暴雨级别的降水ETS评分提高。
- 基于FDTD传输线雷电感应过电压模拟研究
- 高金阁;马京津;马海鹏;朴文
- 2018 Vol. 37 (4): 1094-1101. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00087
- 摘要 ( ) HTML PDF (1209KB) ( )
- 以Agrawal模型电报方程为理论基础推导其时域形式,利用时域有限差分方法(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)实现架空传输线雷电感应过电压计算。通过比对分析证明方法的有效性,进而研究传输线位置、架设高度以及土壤电导率对雷电感应电压的影响。结果表明,当观测点从线路中点向端点移动时,感应电压逐渐减小,电压波形的双极性特征越来越明显。线路中点电压和端点正向电压峰值随传输线高度升高而增大,而随着土壤导电性的减小,线路中点电压增大,端点电压变小。此外,散射电压分量受土壤电导率影响较为显著,而入射电压分量则不受其影响。
- 远距离地闪回击ELF/VLF电磁场传播特性的模拟分析
- 冯建伟;侯文豪;范雪;王磊;周磊;肖冬
- 2018 Vol. 37 (4): 1102-1109. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00047
- 摘要 ( ) HTML PDF (2201KB) ( )
- 闪电放电产生的频谱范围从几赫兹到几十兆赫兹,但是多数电磁场能量集中在低频和甚低频区。建立了一种新的更简便的近似解析算法来计算中远距离闪电回击电磁场。该近似算法将电磁波沿不同性质复杂地表传播的衰减函数在频域上分化为电导率衰减和地表曲率衰减两个函数的卷积,这样衰减函数物理意义更为明确,避开了和原来复杂的高震荡艾里函数有关的微分方程求解过程,计算过程大幅简化。通过繁琐繁杂但高精度的牛顿迭代求解法验证,证明了本文近似算法能很好的计算中距离闪电回击辐射场的幅值、波头时间等参量,在地面电导率为4 S·m-1,0.01 S·m-1和0.001 S·m-1时近似算法的最大误差分别为0.2%,3.3%和8.7%。简化后使得计算效率大大提高,同时通过精度对比,发现提出的近似算法精度是比较理想的。因此,该研究结果更加方便有效地解决了远距离雷电电磁波传播和放电参量的反演。此外计算发现地球曲面对中距离电磁场的传播具有明显的影响。比如,在地球曲面的影响下1 500 km处闪电回击ELF/VLF辐射电磁场的幅值仅仅为平坦地表情况的30%~40%,500 km处闪电回击ELF/VLF辐射电磁场的幅值仅仅为平坦地表情况的75%~80%。
- 激光雷达和微波辐射计对邢台市一次沙尘天气的探测分析
- 郝巨飞;袁雷武;李芷霞;齐佳慧;施海瑞
- 2018 Vol. 37 (4): 1110-1119. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00009
- 摘要 ( ) HTML PDF (8584KB) ( )
- 利用气溶胶激光雷达、地基多通道微波辐射计资料,反演得到邢台市2017年5月3-5日沙尘天气过程前后的消光系数、退偏比和高空的温度、湿度变化,结合后向轨迹模式等资料,分析了沙尘天气过程前后的天气形势、颗粒物污染特征及来源、消光系数、退偏比等的变化。结果表明:来源于新疆北部的沙尘气溶胶受地面冷锋东移南下影响,以西北路径远距离输送沉降是导致邢台市颗粒污染物浓度骤升的主要原因,而本地大风的出现会导致由地面向高空扩散形成的沙尘污染次高峰,其中细颗粒物PM10的浓度升幅远大于PM2.5浓度升幅;在高空2 000 m附近集聚的沙尘气溶胶可以形成消光系数大于1 km-1的强值区,沙尘聚集区域的退偏比平均值为0.252,与下层退偏比平均值为0.041的区域形成一个明显的沙尘分界线,消光系数的强值中心和退偏比的高低值分界线可以很好地表征出高空沙尘粒子的沉降变化;在高空沙尘沉降和地面大风引起的沙尘天气时,地面温度都出现了升高态势,在地面颗粒污染物浓度出现剧烈增加前,整层大气湿度呈现陡降趋势,而在颗粒污染物浓度处于高值波动阶段,整层大气湿度均维持在一个较低的水平。
- 塔克拉玛干沙漠南缘近4年沙尘天气下的气象要素相关性分析
- 毛东雷;蔡富艳;赵枫;雷加强;来风兵;薛杰
- 2018 Vol. 37 (4): 1120-1128. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00010
- 摘要 ( ) HTML PDF (1254KB) ( )
- 利用2010年9月1日至2014年7月31日塔克拉玛干沙漠南缘策勒流沙地的风沙气象站观测的风速、大气相对湿度、气温和太阳辐射能同步观测数据,运用回归分析、统计法、相关分析等研究方法分析了起沙风出现的时间段、起沙风持续时间以及与平均风、温、湿、太阳辐射能之间的相关性,探讨沙尘天气下气象要素相互影响机制,为沙尘天气的预测提供理论依据。结果表明,一天中超过0.5 h的起沙风在12:00(北京时,下同)-13:00时间段出现的频率最高,占总频率的8.78%,10:00-18:00的频率占总频率的57.94%,从早上到晚上呈现先上升后下降的趋势,与气温的日变化趋势基本一致。起沙风持续时间在2~2.5 h时间段的频率最高,占13.62%。流沙前缘的月平均风速与月平均气温呈显著线性同向变化关系,月平均湿度和月平均气温呈反向变化。平均垂直风速差、垂向温度差、垂向湿度差在0.01水平上呈显著相关性,平均风速与起沙风持续时间在0.01水平上呈显著正相关性,平均风速、平均湿度与平均垂向湿差均呈显著负相关性,平均气温与平均相对湿度在0.01水平上呈极显著负相关性。平均垂直温度差与垂直风速差之间呈极显著负相关,平均垂直温度差与垂直湿度差之间呈极显著正相关性。除了0.5 m高度平均风速外,太阳辐射能均与其余气象要素之间呈极显著相关性。策勒流沙前缘的沙尘天气主要发生在春夏季,起沙风主风向以WNW、W风向为主,应加强绿洲外围WNW、W方位的防沙措施。
- 基于AWOS数据的南京禄口机场低能见度特征统计研究
- 慕熙昱;徐琪;周林义;陶星;黄安宁
- 2018 Vol. 37 (4): 1129-1142. DOI:10.7522/j.issn.1000-0534.2017.00095
- 摘要 ( ) HTML PDF (4775KB) ( )
- 利用南京禄口机场2011-2016年分钟级地面观测数据对禄口机场低能见度现象进行分析,统计低能见度天气发生的时间分布特征;分析其他气象要素与能见度的关系,归纳低能见度天气下各气象要素的阈值,建立低能见度天气的预警指标。结果发现,禄口机场发生低于2 000 m能见度现象时,逐月平均相对湿度均超过90%,表明禄口机场低能见度主要是由雾造成的。禄口机场能见度表现出明显的季节、次季节变化特征,呈现双峰双谷结构,4月及7、8月为两个峰值,6月及12月和次年1月为两个谷值。这种特征的形成与近地层大气的温度、湿度、层结有密切关系。能见度分布具有较为明显的日变化特征,凌晨至早晨能见度最低,午后能见度达到最高,秋季能见度的日变化幅度较大,冬季低能见度可能出现的时间分布范围广。通过分析发现能见度与气象要素之间的关系复杂,并不呈现某种线性关系。分析不同等级低能见度天气对应的气温、温度露点差、水平风速范围,发现气温在不同月份有较大差异,温度露点差及水平风速的范围较稳定。