对流尺度数值预报中的云物理初始化方法改进及个例试验

通过在云初始化方案中增加由地表感热和潜热通量确定的对流尺度速度作为对流判据,同时增加层云云冰、云水计算方案,改进云分析方法,并基于第2代华东快速更新循环同化模式预报系统,针对2015年4月28日华东强对流个例,进行对比试验,分析了改进的云初始化方案对云分析结果和模式预报效果的影响。试验表明:在云分析中增加对流判据,使得平均40%左右的云分析格点判定为非对流格点,对流格点分布与正的感热通量分布相似,在陆地上有显著日变化。在对流和层云格点判定之后,增加层云云冰、云水计算方案分析层云格点,显著地减小了模式初始场的云冰、云水混合比,有效地减弱了模式积分初始阶段云冰、云水含量的剧烈调整,尤其是在陆地区域。采用改进的云初始化方案进行预报,可以减少模式前1 h和前6 h的降水强度;尤其在个例的循环试验中,强降水中心强度和面积的预报比原方案显著减弱。      

“关于云和有云大气对太阳辐射的异常吸收”一文的几点更正与补充

“关于云和有云大气对太阳辐射的异常吸收”一文的几点更正与补充陈洪滨（中国科学院大气物理研究所中层大气与地球环境探测开放实验室,北京１０００２９）在“关于云和有云大气对太阳辐射的异常吸收”一文中［１］,有几个不恰当和错漏之处,特作如下更正和补充说明。（...     

使用MODIS数据对云顶高的反演研究

在地球大气能量收支平衡过程中,云具有特别显著的调节作用,是影响气候变化的一个非常重要因子,云的辐射特性和它的高度影响到辐射的收支可以导致地球的变暖或变冷。云顶气压是一个非常重要的云参数。目前有很多方法被用来估计云参数,而CO2薄片算法则是使用被动遥感资料反演云顶性质的重要方法之一。这项技术应用于HIRS资料上已经有20年的历史,而EOS系列地球环境卫星的升空,使EOS上搭载的MODIS探测器成为第一个拥有CO2薄片波段的高空间分辨率探测器。本文描述CO2薄片算法的理论模型和应用中的问题,结合实例进行分析,并讨论误差,以及对未来的展望。     

关于云降水物理和人工影响天气领域发展趋势及国际合作策略的思考

地球上的大部分天气现象是和成云致雨过程相联系的。云和降水过程是全球水分循环中不可缺少的环节。云降水物理主要研究云和降水过程中的宏观结构特征和微观物理机制,研究大气中云滴、雨滴、冰晶、雪晶、冰雹等的生消演变规律。     

“GPS/MET水汽实时解算系统的移植运行研究”项目

<正>一、立项背景水汽是一种重要的大气成分,在地球水循环中发挥着关键的作用。大气中的水汽变化率比气温高,它的水平与云和降雨的分布有密切关系,它的垂直分布在大气垂直稳定性和大气风暴系统的结构和孕育过程中常常起决定性作用。由于水汽的蒸发、凝结、平流和云的形成、消散过程十分复杂,目前依然利用站点稀疏、观测时次少(每日08和20时两次观     

南半球夏季风的爆发和撤退日

采用１５年经纬网格为１度的地球静止卫星５天平均高云量资料对印度尼西亚、澳大利亚和新几内亚地区的夏季风季节循环、爆发和撤退日期进行分析。对上述资料的分析表明，用平均高云量大于３０％的区域能定义热带对流区云的季节循环。     

降水性层状云系结构和降水过程的观测个例与模拟研究

2004年7月4～6日, 在我国东北地区有一次大范围的降雨过程。作者分析了此次层状云降雨的观测资料, 包括机载PMS资料、雷达资料以及地面雨强计资料等, 并用包含详细微物理过程的一维层状云模式进行了数值模拟, 用顾震潮的三层概念模型（把层状云垂直结构分为三层:第一层为冰晶层, 第二层为过冷水层, 第三层为暖水层）分析了云的结构及降水形成过程。结果表明, 这个模型基本反映了降水性层状云的结构和降水产生的物理过程。在第一层中, 冰晶的凝华增长很重要, 也存在冰晶的碰并过程。在第二层中, 冰晶和雪的增长主要是通过凝华过程, Bergeron过程作用很大, 但不同时刻Bergeron过程的作用程度不同。第三层中主要有云滴、雨滴和从第二层降落下来以后融化的雪和霰。云的第一层对第二层有播种作用, 冰晶层对降水的贡献为7%, 过冷水层对降水的贡献为54%, 暖水层对降水的贡献为39%, 降水的产生中冷云过程作用稍大, 但暖云过程也起重要作用。     

水循环

水循环是指地球上的水从地表蒸发,凝结成云,再以雨、雪等形式降落到陆地上,形成径流,积累到土中或水域,再次蒸发,周而复始的循环过程。这样的循环永无止境,包含蒸发、降水、径流3个大的步骤。     

地基云遥感反演进展及挑战

云在地球系统能量平衡和水循环中扮演着至关重要的作用,其特征的准确获取对于理解大气物理过程、改进天气和气候模拟具有重要意义。地基云遥感反演是了解云特征、评估卫星云观测能力的重要手段。自20世纪80年代以来,地基云遥感反演获得快速发展,各种地基云遥感反演方法涌现,在2010年前后达到一个相对瓶颈期,已有的地基云遥感反演方法有几十种之多。从遥感手段上来说,地基云遥感包括主动遥感和被动遥感。从遥感对象上来说,地基云遥感包括宏观特征遥感反演和微观特征遥感反演。就宏观特征来说,可以分为三个类别:云识别或云量的探测方法、云边界的确定方法以及云相态的反演方法。就微观特征来说,地基云遥感反演方法基本分为两大类型,最优化求解法和经验参数化方法。任何一种云遥感反演方法都有其相对优势和不足,对其进行b了总结归纳,论述地基云遥感反演的进展。不同地基云遥感反演产品直接存在着巨大差异,远大于单个遥感反演方法所给定的不确定性信息,表明现有地基云遥感反演仍然存在巨大挑战,归纳提出了云遥感反演中存在的若干挑战,以期为未来云遥感的发展提供了方向参考。     

云对气候的影响

1.引言全球云分布是形成地球气候的一个主要因素,它影响地-气系统的能量和水份交换。云覆盖全球近50％的天空,在平均地球反照率中所起的作用约占2/3。Arakawa(1975)曾总结过云及其有关的物理过程影响气候的基本方式。云影响水份和辐射的垂直交换,水份和能量的水平交换。     

第十四讲 大气环流动力学问题

大气环流一般是指大规模的大气运行现象,它的内容甚为广泛,关于它的定义和所讨论的问题也因人而异。 从全球尺度来看,环绕地球上的大气经常维持着沿纬圈的东西风带及与之相联系的平均经圈环流;在地球球面的固定地理区域,有一些永久的或半永久的系统中心形成;在几周的时间过程中,半球范围的大气变化经常出现准周期性的指数循环,发生阻塞形势的建立和崩溃;上述三个现象是大气环流中重要的基本问题。     

GRAPES全球模式次网格对流过程对云预报的影响研究

50 km分辨率下的GRAPES全球模式对赤道及低纬度地区云水、云冰、云量和格点降水的预报较实际观测偏少。为解决这一问题,在模式原有的格点尺度云方案基础上,将次网格对流过程的影响作为源汇项,加入到云水、云冰和总云量的预报方程中。结合云和地球辐射能量系统(CERES)与热带降雨测量(TRMM)等卫星云观测资料,进行了改进后的云方案与原云方案预报结果的对比分析。结果显示,考虑了对流对格点尺度云含水量和云量预报的影响后,GRAPES全球模式预报的云和格点降水在赤道及低纬度地区有明显改善,水凝物含水量和总云量的预报结果与实况较为接近,格点降水在总降水中的比例由原来的5%提高到25%。研究进一步表明,次网格对流过程对格点尺度云和降水的影响取决于上升气流质量通量的分布和强度,上升气流的质量通量在对流活动强烈的低纬度热带地区较强,其最大值出现在650—450 hPa高度,因此,次网格对流的卷出过程对中云的影响最为明显。对高云和低云也有一定程度的影响,使云顶变高,云底变低。     

GRAPES全球模式云方案的诊断研究

在对GRAPES全球预报系统（GRAPES_GFS）云预报性能进行诊断评估的基础上,对凝结（华）和蒸发等物理过程及对流卷出对云的影响过程进行改进和优化,旨在提高GRAPES_GFS云量及其特征量和降水的预报精度。通过研究GRAPES全球模式、欧洲中期天气预报中心（ECMWF）和美国环境预报中心（NCEP）全球模式中3种云方案原理上的区别和联系,并将GRAPES_GFS预报结果与ECMWF第5代全球再分析资料（ERA5）做对比,分析云方案改进前后云量、云含水量、柱含水量等云宏观、微观物理量,降水量、向外长波辐射等基本物理量以及物理过程对温度和湿度的反馈倾向的预报性能,在此基础上对GRAPES_GFS原云方案进行改进。结果显示,云方案改进后,GRAPES_GFS在热带地区液水预报增大,云系和水成物垂直分布更合理;云量预报与ERA5预报结果更接近,特别是高云量预报的改进,使得热带向外长波辐射预报略有改进;低纬度地区日平均总降水量略有增大,特别是热带地区格点尺度降水增多较为明显,缓解了热带区域格点尺度降水预报偏小的现象。      

喜读《水分循环的大气过程》发展水文气象科学

科学出版社于1997年出版了刘国纬教授的专著《水分循环的大气过程》,这不仅是刘国纬教授的一项重要成果,也是我国地球科学界的一件喜事。这本专著把我们的注意力引向了一个重要而又长期被忽视的领域。它在唤起我们应当发展水文气象学。1指出了一个重要问题刘国纬教授指出了“水分循环是地球上最重要的物质循环之一”,说“水分循环使我们的星球生气勃勃”。而“大气中的水汽成为全球水分循环中最活跃的分量”。他的这些看法唤起了气象学者和水文学者对“水分循环的大气过程”这个问题的汪意力。气象学者知道大气中的水分问题的重要性,很…     

云的辐射特性

1.引言云对地球的辐射收支起着支配的作用.即云可以使入射到地球的太阳辐射反射到宇宙空间,减少地球接收的太阳辐射量(反射率效应),还可以通过吸收和射出地球(红外)辐射,使地表及云层下的大气保温(温室效应).云的辐射效应由这两种效应的平衡来决定.     

气溶胶：并不是我们看到的那样简单

你无法用肉眼真正识别气溶胶颗粒,但你却时刻感到它的存在。气溶胶会对地球上的生命产生重要的影响,当你看见天上的一朵云,你知道是气溶胶在作怪。没有它,地球上大气层中的云不可能形成。同样的,气溶胶对植物授粉也起着重要的影响。微小的花粉颗粒会随着微风或被一些动物从一棵植物体上传播到另一个植物体上,形成气溶胶。     

西北地区一次层状云降水云物理结构和云微物理过程的数值模拟研究

利用MM5中增加的双参数显式云物理方案模拟了西北地区一次层状云降水过程,模拟结果显示对小雨的预报评分较高,对中雨以上评分低而且位置有一定偏差,即对层状云降水模拟效果较好。模式中增加了雷达反射率的计算,与延安站雷达RHI回波相比较,模拟的回波结构基本符合层状云回波特征,存在0℃层亮带。采用三层模型解释模拟的层状云降水形成机制和过程:第一层为冰晶区,无过冷水;第二层存在过冷水,为各种冰相粒子增长区,第一层和第二层的分界不固定;第三层和第二层的分界在0℃,为暖云。第一层对第二层播种冰晶,第二层为第一层播种下的冰晶供给过冷水,使冰晶快速增长;第二层对第三层播种雪和霰,使其在第三层融化成雨,第三层同时消耗云水。模拟给出了三层模型层状云场的空间结构,延安站不同时刻微物理量垂直分布和各种水凝物粒子的生成源项分析揭示了三层模型降水形成机制和主要微物理过程。三层模型可以完整和全面地解释层状云降水形成机制和过程。     

积云对流和云物理过程调整对气候模拟的影响

本文利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室 (LASG/IAP) 的大气环流谱模式SAMIL, 结合观测与政府间气候变化专门委员会第四次评估报告 (IPCC AR4) 大气模式集合平均结果, 以大气辐射通量为例, 诊断分析了物理过程调整前后模式对气候模拟的影响。旧版本SAMIL对大气辐射通量的模拟存在较大偏差, 经过大气辐射过程、 积云对流和诊断云等物理过程的调整后, 新版本SAMIL模拟的全球辐射通量的年平均结果与观测的偏差大幅减小, 其中大气顶能量收支的年变化及其平均值与观测更为接近。在积云对流方案调整基础上, 通过对诊断云物理方案的进一步调整, 新版本SAMIL对云物理量模拟更为合理, 在赤道辐合带等区域, 在很大程度上克服了单一积云对流物理过程调整引起的云宏观和微观属性不匹配问题, 能模拟出夏季气候平均辐射通量的全球分布特征, 尤其在东亚区域有较好的模拟能力。研究还表明, 在热带和副热带对流活跃区域, 当前SAMIL中积云对流过程偏差对辐射通量的模拟偏差有很大影响, 而模式中较为简单的诊断云方案也会将云宏观物理量模拟偏差带入云微观量模拟中, 也是主要偏差源之一。本文结果表明, 要继续提高SAMIL的模拟性能, 急需更新云物理参数化方案以改进云辐射过程的模拟, 同时也需要有针对性的研究积云对流和云物理过程之间相互作用, 并作进一步协同调整。     

天气气候中太阳活动信号的敏感区域

太阳活动是地球气候形成的重要驱动因子,与地球气候变化有密切的联系,但研究分析发现,地球气候对太阳活动变化的响应具有较大的空间差异,地球上某些区域的天气气候对太阳活动更加敏感。主要介绍了对太阳活动变化特别敏感的三个响应区域,即极地—北大西洋区域、热带地区和季风区的天气气候变化与太阳活动变化的联系。从不同的时间尺度上总结了太阳活动对极地—北大西洋区域的影响事实和可能机制,指出了太阳活动对云微物理过程/平流层—对流层耦合的调制在其中扮演重要角色,回顾了热带地区对流活动、海表温度以及ENSO循环中明显的太阳活动信号,归纳了亚洲季风系统活动的边缘地区变率对太阳活动的响应。最后提出了未来关于天气气候中太阳活动信号的敏感区域研究中需要关注的一些科学问题。     

云码编报的几个问题

云码的编报存在某些把握不一的问题。本文仅就其中的三个方面谈些看法,与从事测报工作的同志切磋,以求共识。 一、关于指示性云 《电码》指示:“对天气或云天演变有指示性的云存在时,不管其云量多少应优先选报该云状”。这一规定概述了指示性云的定义和编报原则。那么,哪些云是指示性