[發明專利]基于氣溶膠特性和成云機制提高天氣預報準確性的方法

有效

• 申請號: 201710680909.X
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107505630B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 周筠珺;趙鵬國
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學
• 主分類號: G01S17/95
• 分類號: G01S17/95;G01N21/31
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 夏艷

本發明屬于天氣預報技術領域領域，公開了一種基于氣溶膠理化特性和成云機制提高天氣預報準確性的方法，包括：四川盆地氣溶膠理化特性分析、氣溶膠和云滴垂直特征分析、CCN和暖云微物理結構分析，給出不同污染背景下、不同季節以及不同的天氣背景下氣溶膠?CCN?云滴的參數化關系式，并建立不同垂直高度上的CCN與云滴之間參數化關系。本發明通過揭示四川盆地氣溶膠對暖云微物理過程影響機制，以提高四川盆地天氣預報的準確性；得到了四川盆地高濃度氣溶膠背景下“氣溶膠?CCN?云”參數化關系的垂直變化特征，將該參數化結果應用到中尺度天氣預報模式中，進而提高區域天氣預報的準確性。

技術領域

本發明屬于天氣預報技術領域，尤其涉及一種基于氣溶膠理化特性和成云機制提高天氣預報準確性的方法。

背景技術

天氣預報就是應用大氣變化的規律，根據當前及近期的天氣形勢，對某一地未來一定時期內的天氣狀況進行預測。它是根據對衛星云圖和天氣圖的分析，結合有關氣象資料、地形和季節特點、群眾經驗等綜合研究后作出的。如我國中央氣象臺的衛星云圖，就是我國制造的風云一號氣象衛星攝取的。利用衛星云圖照片進行分析，能提高天氣預報的準確率。天氣預報就時效的長短通常分為三種:短期天氣預報(2～3天)、中期天氣預報(4～9天)，長期天氣預報(10～15天以上)，中央電視臺每天播放的主要是短期天氣預報。現有技術(1)氣溶膠作為云凝結核(CCN)的觀測研究，現有技術主要為單一平臺的觀測技術，缺乏協同多平臺綜合觀測、缺乏對氣溶膠理化特性及相應CCN活化能力的研究；現有技術缺乏在復雜地形的綜合協同設計。(2)氣溶膠對云和降水的影響，現有技術主要是針對高濃度吸濕性強的氣溶膠對云和降水影響的研究，缺乏就各類氣溶膠在各類天氣系統中對云和降水影響的研究。(3)氣溶膠對云和降水影響的數值模擬研究，現有技術中數值模擬缺乏針對性，沒有在四川盆地的氣溶膠-CCN-云的參數化結果。四川盆地地形復雜，氣溶膠濃度高且不易擴散，水汽含量豐富。該技術直接研究了四川盆地氣候及天氣的核心問題——“成云機制”，特別是零度層以下的暖云成云過程，這將有效地提高復雜地形條件下對災害性天氣預警預報能力。此前由于條件限制，四川盆地氣溶膠理化特性和暖云成云機制的研究相互獨立，兩之間的關系從未有過系統深入的研究。使得該地區災害性天氣預報一直以來均是難點。

綜上所述，現有技術存在的問題是：單一平臺，缺乏協同多平臺綜合觀測、缺乏對氣溶膠理化特性及相應CCN活化能力的研究，缺乏在復雜地形的綜合協同設計；缺乏各類氣溶膠在各類天氣系統中對云和降水影響的研究；缺乏針對性，沒有在四川盆地的氣溶膠-CCN-云的參數化結果，這些使得對該地區極端災害性天氣的預報困難，準確性較差。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于氣溶膠理化特性和成云機制提高天氣預報準確性的方法。

本發明是這樣實現的，發明基于天氣發生最本質的物理形象(即：云)，研究影響云的核心物質氣溶膠的理化特性，以及氣溶膠在云微物理過程的基本作用，進而建立“氣溶膠－CCN－云”的關系，并將該關系用于數值預報中，以提高天氣預報準確性，所述基于氣溶膠理化特性和成云機制提高天氣預報準確性的方法包括：

第一步，對地面氣溶膠理化特性連續觀測，綜合利用地面觀測設備：臭氧分析儀、氮氧化物分析儀、顆粒物在線監測系統、離子色譜儀、氣相色譜儀、8級撞擊式顆粒物采樣儀、PM_2.5自動采樣器和質量流量計等設備；飛機觀測設備：PCASP-100X氣溶膠觀測30通道探頭、CCNC-200云凝結核計數器、CDP云粒子探頭、云粒子和降水粒子二維圖像、AMMIS-30溫度濕度探頭；在四川盆地不同污染背景、不同季節和不同天氣條件下，對氣溶膠的濃度、譜分布以及化學組分進行連續采樣分析，分析四川盆地氣溶膠的理化特性。利用飛機搭載的CCN計數儀、PCASP、云滴譜儀觀測不同粒徑段的CCN數濃度、0.1-3μm的氣溶膠粒子數濃度、3-50μm以及25-1500μm的小云滴和大云滴粒子數濃度，以及50-6200μm降水粒子。分析不同高度上氣溶膠數濃度和譜分布、CCN譜分布和大小云滴譜粒子譜、液體水含量和降水粒子等云微物理特征的時間尺度及空間尺度上的分布特征；