北京海坨山冬季降雪云系垂直结构的综合观测和个例数值模拟研究
发布时间：2021-11-20 02:43
冬季山区降雪云系是云和降水物理学的重要研究对象之一。2022年北京冬奥会滑雪比赛将在海坨山区进行,充分了解海坨山冬季降雪云系的垂直结构和降雪形成机理,可以为北京山区人工增雪催化作业提供决策理论依据,这对提高山区降雪量、增加内陆河蓄水量具有重要意义。随着近年来大气探测技术和数值模式的发展,国内外学者对冬季降雪云系的发生发展机制有更加深入的认识,对降雪云体的宏、微观物理特征有了更丰富的理解,这为我们开展冬季降雪云观测和模拟研究提供了很好的研究基础。目前对北京地区的冬季降雪云系研究工作开展较少,针对北京延庆海坨山地区冬季降雪云系垂直动力、微物理结构的综合观测和数值模拟研究基本没有。经过质量控制之后的风廓线雷达、云雷达和微波辐射计的数据垂直精度高,可实现对降雪云系的连续观测。本文利用自动气象站、风廓线雷达、云雷达、微波辐射计、机载云粒子测量系统和雨滴谱仪等设备的综合观测数据,从多个方面获取北京海坨山区冬季降雪云系的宏微观物理特征,然后在模式验证合理的基础上,用数值模式分析降雪水成物分布及其微物理过程,进而分析降雪微物理参数及其变化规律,本文为了解北京山区冬季地形云降雪机制和人工增雪催化作业提供...
【文章来源】：中国气象科学研究院北京市
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
海坨山观测站位置分布
图 2.2 北京空中国王机载探空的探测范围2.3 本章小结本章对北京海坨山 2015-2018 年近 4 年共 21 次降雪个例进行统计，归纳了海坨山降雪的主要特点，并对海坨山观测站现有的观测仪器和飞机设备进行了介绍，获得以下结论：（1）造成北京海坨山区降雪的天气形势主要有低槽、低涡和回流天气，大部分海坨山降雪发生在西南风加强后、地形云爬升至测站、能见度迅速下降的时刻，而当西北风控制整层高度后降雪停止，地形云退回山谷或消散，“冷垫”和“暖盖”稳定形势是降雪产生的重要动力、热力机制。（2）降雪维持的时间较长，75%的降雪个例降雪时长都超过 5 小时，降雪时间 5-1小时的占 40%，>10 小时的占 35%；大部分海坨山降雪过程发生在夜间，最大降雪强度一般出现在降雪开始阶段（降雪开始的 2-3 小时内），占了 65%。（3）海坨山观测站使用的地面观测仪器包括自动气象站、Parsivel2粒子谱仪；遥感
图 3.1 2017 年 3 月 23-24 日云雷达回波强度衰减订正对比图。（a）订正前；（b）订正后目前普遍认为天气雷达观测的回波强度能较客观的反映真实降水情况，取北京南郊观象台 S 波段（波长为 10cm）天气雷达回波与 Ka 波段云雷达订正后的降雪回波进行对比，验证订正的准确性。如图 3.2，分别为降雪前 21h、降雪最大时 02h 和降雪结束后05h 的南郊观象台的常规多普勒天气雷达观测的组合反射率因子的 PPI 图像，每幅图右侧小图为沿着降雪云的排列形势（粉线方向）做的回波垂直剖面图（VCS），图中红圈和红箭头指向位置为海坨山闫家坪观测站位置。如图 3.2 所示，PPI 图中红色圆圈处即海坨山上空的降雪回波主要位于大片层状边缘回波整体移动较慢。结合在海坨山观测站处做的回波垂直剖面可以看出，降雪组合反射率因子从降雪前 21h 的 10dBZ、高度 4km 发展为降雪最强时 02h 的 20dBZ、高度 5km，再到降雪结束后<10dBZ，高度 4km。
【参考文献】：
期刊论文
[1]北京冬季降水粒子谱及其下落速度的分布特征[J]. 贾星灿,马新成,毕凯,陈羿辰,田平,高扬,刘香娥,何晖. 气象学报. 2018(01)
[2]毫米波测云雷达在降雪观测中的应用初步分析[J]. 陈羿辰,金永利,丁德平,毕凯,马新成,李岩松. 大气科学. 2018(01)
[3]一次华北破纪录暴雪成因的分析研究[J]. 李津,赵思雄,孙建华. 气候与环境研究. 2017(06)
[4]云雷达回波强度谱密度定标及云内大气垂直运动速度反演试验[J]. 郑佳锋,刘黎平,刘艳霞,崔哲虎. 高原气象. 2016(06)
[5]河北大茂山碘化银地面发生器增雪作业影响分析[J]. 秦彦硕,段英,李二杰,刘世玺,刘妹妹,贾媛媛. 气象. 2015(02)
[6]毫米波云雷达功率谱密度数据的检验和在弱降水滴谱反演中的应用研究[J]. 刘黎平,谢蕾,崔哲虎. 大气科学. 2014(02)
[7]地基35 GHz测云雷达回波强度的衰减订正研究[J]. 黄兴友,樊雅文,李峰,肖辉,张曦. 红外与毫米波学报. 2013(04)
[8]2009年山东一次特殊雨雪天气的云物理特征分析[J]. 盛日锋,马占山,欧建军,王俊,龚佃利,姜鹏,周毓荃. 高原气象. 2012(06)
[9]山东半岛一次暴雪过程的海岸锋三维结构特征[J]. 孙建华,黄翠银. 大气科学. 2011(01)
[10]新疆北部冬季暖区大降雪过程中尺度云团特征分析[J]. 赵俊荣,杨雪,杨景辉. 高原气象. 2010(05)
本文编号：3506403
【文章来源】：中国气象科学研究院北京市
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
海坨山观测站位置分布
图 2.2 北京空中国王机载探空的探测范围2.3 本章小结本章对北京海坨山 2015-2018 年近 4 年共 21 次降雪个例进行统计，归纳了海坨山降雪的主要特点，并对海坨山观测站现有的观测仪器和飞机设备进行了介绍，获得以下结论：（1）造成北京海坨山区降雪的天气形势主要有低槽、低涡和回流天气，大部分海坨山降雪发生在西南风加强后、地形云爬升至测站、能见度迅速下降的时刻，而当西北风控制整层高度后降雪停止，地形云退回山谷或消散，“冷垫”和“暖盖”稳定形势是降雪产生的重要动力、热力机制。（2）降雪维持的时间较长，75%的降雪个例降雪时长都超过 5 小时，降雪时间 5-1小时的占 40%，>10 小时的占 35%；大部分海坨山降雪过程发生在夜间，最大降雪强度一般出现在降雪开始阶段（降雪开始的 2-3 小时内），占了 65%。（3）海坨山观测站使用的地面观测仪器包括自动气象站、Parsivel2粒子谱仪；遥感
图 3.1 2017 年 3 月 23-24 日云雷达回波强度衰减订正对比图。（a）订正前；（b）订正后目前普遍认为天气雷达观测的回波强度能较客观的反映真实降水情况，取北京南郊观象台 S 波段（波长为 10cm）天气雷达回波与 Ka 波段云雷达订正后的降雪回波进行对比，验证订正的准确性。如图 3.2，分别为降雪前 21h、降雪最大时 02h 和降雪结束后05h 的南郊观象台的常规多普勒天气雷达观测的组合反射率因子的 PPI 图像，每幅图右侧小图为沿着降雪云的排列形势（粉线方向）做的回波垂直剖面图（VCS），图中红圈和红箭头指向位置为海坨山闫家坪观测站位置。如图 3.2 所示，PPI 图中红色圆圈处即海坨山上空的降雪回波主要位于大片层状边缘回波整体移动较慢。结合在海坨山观测站处做的回波垂直剖面可以看出，降雪组合反射率因子从降雪前 21h 的 10dBZ、高度 4km 发展为降雪最强时 02h 的 20dBZ、高度 5km，再到降雪结束后<10dBZ，高度 4km。
【参考文献】：
期刊论文
[1]北京冬季降水粒子谱及其下落速度的分布特征[J]. 贾星灿,马新成,毕凯,陈羿辰,田平,高扬,刘香娥,何晖. 气象学报. 2018(01)
[2]毫米波测云雷达在降雪观测中的应用初步分析[J]. 陈羿辰,金永利,丁德平,毕凯,马新成,李岩松. 大气科学. 2018(01)
[3]一次华北破纪录暴雪成因的分析研究[J]. 李津,赵思雄,孙建华. 气候与环境研究. 2017(06)
[4]云雷达回波强度谱密度定标及云内大气垂直运动速度反演试验[J]. 郑佳锋,刘黎平,刘艳霞,崔哲虎. 高原气象. 2016(06)
[5]河北大茂山碘化银地面发生器增雪作业影响分析[J]. 秦彦硕,段英,李二杰,刘世玺,刘妹妹,贾媛媛. 气象. 2015(02)
[6]毫米波云雷达功率谱密度数据的检验和在弱降水滴谱反演中的应用研究[J]. 刘黎平,谢蕾,崔哲虎. 大气科学. 2014(02)
[7]地基35 GHz测云雷达回波强度的衰减订正研究[J]. 黄兴友,樊雅文,李峰,肖辉,张曦. 红外与毫米波学报. 2013(04)
[8]2009年山东一次特殊雨雪天气的云物理特征分析[J]. 盛日锋,马占山,欧建军,王俊,龚佃利,姜鹏,周毓荃. 高原气象. 2012(06)
[9]山东半岛一次暴雪过程的海岸锋三维结构特征[J]. 孙建华,黄翠银. 大气科学. 2011(01)
[10]新疆北部冬季暖区大降雪过程中尺度云团特征分析[J]. 赵俊荣,杨雪,杨景辉. 高原气象. 2010(05)
本文编号：3506403
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