春季黄海海雾WRF参数化方案敏感性研究

利用2005—2011年10次春季黄海海雾个例开展WRF模式参数化方案敏感性研究。结果表明:边界层方案对WRF模式雾区模拟结果起决定作用,而微物理方案影响较小,它主要影响海雾浓度和高度。边界层与微物理方案的最佳组合为YSU与Lin方案,最差为Mellor-Yamada与WSM5方案;Mellor-Yamada和QNSE方案模拟的近海面湍流过强,导致边界层过高,不利于海雾的发展与维持;而MYNN与YSU方案刻画的湍流强度与边界层高度合适,有利于海雾发展与维持。MYNN方案虽与YSU方案相当,但在大多数海雾个例中,后者明显优于前者,而在有些个例中却刚好相反。因此对于某一具体海雾个例而言,所用边界层方案仍需在它们之中选择最优者。这些信息可为黄海海雾WRF模式边界层与微物理方案的选择与改进提供参考。     

WRF模式中不同边界层及云微物理方案对两次黄海海雾个例数值模拟的影响

利用WRF模式及其循环三维变分同化系统,以发生在2006年3月6—8日和2012年3月27—28日的两次大范围黄海海雾事件为研究对象,针对不同的边界层方案和云微物理方案,设计了4组海雾数值模拟对比试验。模拟结果显示:对于2006年较为浓厚的海雾个例,边界层方案采用YSU、云微物理方案采用Lin得到的模拟雾区与观测事实最为相符;YSU和Thompson方案、MYNN和Lin方案的组合模拟结果次之。边界层方案采用MYJ时,无论采用何种云微物理方案,模拟结果均较差。而对于2012年较为淡薄的海雾个例,采用不同云微物理方案之间的差异较小,采用不同的边界层方案得到的模拟雾区差异显著。采用MYNN边界层方案得到的模拟雾区与观测事实最为相符,而YUS和MYJ方案均不能很好地模拟出此次海雾过程。     

边界层参数化对海南岛海风环流结构模拟的影响

利用WRF V3.7详细分析了应用8种边界层参数化方案（YSU、MYNN2.5、MYNN3、ACM2、BouLac、UW、SH、GBM）所模拟的2014年5月25日海南岛海风环流结构的差异,其中YSU、ACM2和SH为非局地闭合方案,MYNN2.5、MYNN3、BouLac、UW和GBM为局地闭合方案。结果表明:对于海风环流水平结构的模拟,15时,YSU、ACM2、BouLac、UW和SH模拟的北部海风较强,SH和GBM的内陆风速偏大。温度与海风发展强度相对应,MYNN2.5与MYNN3模拟的岛屿温度偏低,海陆温差小,海风相对较弱。对于海风环流垂直结构的模拟,09时海风开始,但强度较小,且存在残余陆风,向内陆传播距离较短,YSU、MYNN2.5和SH方案的海风相对较强。12时,海风已呈现出较为清晰的环流结构,YSU和ACM2的海风厚度及向内陆传播距离相对强于其它方案,MYNN3的环流结构则不太明显,且向内陆推进距离短,海风相对较弱。15时,海风发展强盛,MYNN2.5和MYNN3方案模拟的海风垂直强度较小,ACM2方案的海风垂直环流特征最为明显。18时,海风的强度和扰动均有所减弱,ACM2、BouLac和UW的整体海风相对强于其它方案。21时海风已基本转为陆风,BouLac与UW的陆风环流结构最为清晰。位温、水汽及海风垂直环流强度的发展变化与海风的演变过程基本一致。造成ACM2模拟海风偏强的原因是其边界层垂直混合偏强,形成了足够的湍流混合强度所致。对于边界层高度的模拟,ACM2的边界层顶最高,这与此方案所模拟的海风强度偏大相吻合,其它方案的边界层高度与海风强度并不完全一致。      

尺度自适应大气边界层参数化改进及其对一次海雾的数值模拟研究

大气边界层湍流运动是地球大气运动最重要的能量输送过程之一。当数值模式分辨率接近活跃含能湍涡长度尺度时，湍流运动被部分解析，被称为“灰色区域”，传统的边界层方案不适合此时模式湍流问题的描述。为了提高模式边界层方案在包括“灰色区域”的不同网格尺度上的描述能力，适应不同分辨率模式的需要，在雷诺平均湍流理论基础上，修正Mellor-Yamada-Nakanishi-Niino (MYNN)方案湍流长度尺度参数和非局地湍流的参数表达，改进湿度和温度在“灰色区域”的湍流输送参数化及对网格尺度的自适应能力。利用改进的MYNN尺度自适应方案，分别采用3 km和1 km、1.5 km和0.5 km分辨率单向嵌套网格WRF中尺度模式，对2014年2月26日的一次黄海海雾过程进行模拟试验，检验不同分辨率下改进后的MYNN大气边界层参数化方案的合理性和对海雾的模拟效果。尺度自适应MYNN大气边界层参数化方案在千米级网格尺度上获得稳定、合理的湍流垂直输送计算结果。参照雾区卫星云图，不同分辨率模式低层云水混合比模拟结果具有稳定表现，模拟的雾区分布和温度、湿度等物理量结构都较好地再现了再分析“观测事实”，初步表明该参数化方案有较高的网格尺度自适应能力。      

利用尺度自适应大气边界层湍流参数化方案对一次陆地浓雾的数值模拟

为提高大气数值模式的模拟能力,改进大气边界层水汽、热量湍流输送计算和大雾天气的模拟效果,选用WRF三维非静力模式,采用具有局地和非局地垂直湍流尺度自适应计算能力的MYNN_SA参数化方案,对2017年12月28—29日我国华北—江淮地区的大范围浓雾过程进行了数值模拟研究,探讨从中尺度到灰区尺度分辨率范围,模式的尺度自适应大气边界层湍流参数化方案对稳定大气边界层发展、湍流输送和大雾天气模拟的影响。利用中国地面气象站观测资料和ERA5再分析数据,在接近灰区尺度的网格分辨率上,利用尺度自适应大气边界层湍流MYNN_SA参数化方案较之中尺度参数化MYNN方案,可明显改善次网格湍流输送计算,以及陆地浓雾的强度、空间分布和时间演变特征,可更精确地模拟云水混合比、逆温层和雾区的垂直结构。     

边界层湍流参数化改进对雾的模拟影响

为了提高边界层参数化在我国复杂下垫面上的描述能力,改善边界层能量和物质输送计算和检验其数值模拟效果,本文选取WRF三维模式,采用基于我国不同下垫面上的边界层观测资料改进的新MYNN（Mellor-Yamada-Nakanishi-Niino）参数化方案对2009年3月17日黄海海雾以及2011年12月4日华北地区两次大雾过程进行模拟检验,探讨边界层参数化方案对雾和边界层结构模拟的影响。参照卫星云图和探空资料,边界层内云水混合比垂直积分的水平分布的模拟能力明显提高,反映了改进的MYNN方案能够更好地模拟出两次雾过程的发生、移动和雾区空间分布,更精确的云水混合比和温度的垂直分布能更好地给出雾区的垂直结构和稳定层结,同时可改善雾区低层位温以及比湿垂直分布的模拟。     

边界层参数化方案在“灰色区域”尺度下的适用性评估

随着数值预报模式分辨率的提高,当模式网格距与含能湍涡的长度尺度相当时,模式动力过程可解析一部分湍流运动,而剩余的湍流运动仍需参数化,此时便产生了湍流参数化的“灰色区域”问题。对传统的PBL（Planetary Boundary Layer）方案在“灰色区域”下的适用性评估,是改进PBL方案以使其能够适应分辨率变化的前提和基础。本研究基于干对流边界层的大涡模拟试验,比较了WRF（Weather Research and Forecast Model）模式中四种常用的边界层参数化方案[YSU（Yonsei University）、MYJ（Mellor-Yamada-Janjic）、MYNN2.5（Mellor-Yamada-Nakanishi-Niino Level 2.5）、MYNN3）]在“灰色区域”尺度下的表现。研究表明,混合层内总热通量对所使用的参数化方案和水平分辨率均不敏感。不同参数化方案中次网格与网格通量的比例表现出对水平网格距不同的依赖性。局地PBL方案（MYJ、MYNN2.5）在混合层内的平均位温随网格距减小而增大,次网格通量随网格距减小而减小,较参考湍流场对次网格通量有所低估。YSU方案的非局地项几乎不随水平格距改变而变化,对次网格通量的表征并未表现出较强的分辨率依赖性,且过强的非局地次网格输送使混合层内温度层结呈弱稳定,抑制了可分辨湍流输送,不易于激发次级环流。MYNN3方案的非局地次网格通量（负梯度输送项）随网格距减小而减小,使其对次网格通量的表征具有较好的分辨率依赖性。PBL方案在“灰色区域”尺度下的适用性与具体分辨率有关。以分辨率500 m为例,四种PBL方案中不存在一种最佳方案,能对边界层的热力结构和湍流统计特征均有准确的描述。     

一次辐射雾过程的数值模拟研究

利用中尺度模式MM5对2007年10月26日中国东部的一次大雾生消过程进行了数值模拟研究,并对影响辐射雾生消的辐射条件和模式的分辨率做了6组敏感性实验。结果表明,地面的长波辐射冷却是雾形成的决定性因子,太阳短波辐射是雾消散的主要因素;RRTM长波辐射方案模拟效果较云辐射方案更好,适当提高模式水平分辨率对水平尺度很大的雾模拟效果帮助不大,而适当提高模式垂直分辨率模拟则会更准确。     

华南沿海暖海雾过程中的湍流热量交换特征

湍流交换是海雾中的关键物理过程, 在海雾的热量和水汽平衡过程中起重要作用。本文根据2007年3月24～25日一次海雾的外场观测数据, 分析了海雾过程中近海面湍流热量交换特征; 并在区分风切变机械湍流与雾顶长波辐射冷却热力湍流的基础上, 着重分析了两种不同性质的湍流对海雾发展和维持的作用。结果表明: (1) 本次海雾是在西南低压和变性冷高压的控制下, 来自南海东部暖水区的空气平流在近岸冷海面上形成的暖海雾; 暖海雾中的湍流热量交换过程比冷海雾更为复杂; (2) 在暖海雾的形成和消散阶段, 风切变机械湍流的热量输送起主要作用; 而在发展和维持阶段, 既有风切变机械湍流的热量输送作用, 也有雾顶长波辐射冷却热力湍流的热量输送作用; (3) 风切变机械湍流向冷海面输送热量, 对近海面空气起到降温和增湿作用; 热力湍流同样向冷海面输送热量, 但对雾层起到增温和降湿作用; (4) 暖海雾中的湍流热量交换机制与雾层的非充分混合结构有密切关系。     

高黎贡山复杂地形下局地环流的数值模拟研究

本文利用中尺度模式WRF（weather research and forecasting）模拟了2016年干季和湿季高黎贡山南段（腾冲—保山地区）山谷风环流,分析YSU、MYJ、MYNN3、ACM2和BouLac五种边界层参数化方案在高黎贡山复杂下垫面的适用性。研究结果表明YSU方案对温度模拟的效果最好;ACM2模拟的风速平均绝对误差最小;MYNN3方案模拟的风向绝对误差最小,YSU方案和MYJ方案模拟的风向日变化趋势与观测更加一致。高黎贡山南段地区上午09时（北京时,下同）出现谷风环流,夜间19时转为山风环流。白天多为偏南风,夜间为偏北风和偏西风。白天山顶气流辐合而山谷气流辐散,夜间相反。白天风速大于夜间。干季西风风力较弱,有利于低层局地环流的发展;而湿季受较强的偏东背景风影响时,局地环流的发展受到抑制,边界层高度也就低于干季。干季西风遇到高黎贡山,在西坡下沉并形成涡旋,西侧湍流混合充分,边界层高度高;湿季偏东风使高黎贡山西侧谷风减弱,腾冲与保山的边界层高度相差不大。     

南沙海域大气湍流通量输送特征分析

利用１９９４年９月在南沙群岛的渚碧礁（１０°５２′Ｎ，１１４°０４′Ｅ）观测的湍流资料，采用涡旋相关法计算，给出了南沙海域的曳力系数，动量通量，感热通量和潜热通量，并与其它海气相互作用实验及ＨＥＩＦＥ的结果作了比较，结果表明，该海域的曳力系数ＣＤ＝（１．５４±０．２４）×１０＾－３。大气向海洋输送动量通量与水平风速挟方成正比，该海区无论白在还是晚上都是将其贮存的热量以潜热或感热的形式输送到大气中。     

Interactions between the 30－60 Day Oscillation，the Walker Circulation and the Convective Activities in the Tropical Western Pacific and Their Relations to the Interannual Oscillation

Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅ３０－６０ＤａｙＯｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅＷａｌｋｅｒＣｉｒｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅＣｏｎｖｅｃｔｉｖｅＡｃｔｉｖｉｔｉｅｓｉｎｔｈｅＴｒｏｐｉｃａｌＷｅｓｔｅｒｎＰａｃｉｆｉｃａｎｄＴｈｅｉｒＲｅ...     

Interactions between the 30–60 day oscillation,the walker circulation and the convective activities in the tropical western pacific and their relations to the interannual oscillation

In this paper, interactions between the 30-60 day oscillation, the Walker circulation and the convective activities in the tropical western Pacific during the Northern Hemisphere summer are analyzed by using the observed data of wind fields and high-cloud amounts for the period from 1980 to 1989.The analyzed results show that the 30-60 day oscillation (hereafter called LFO) may be largely affected by the convective activities in the tropical western Pacific. The LFO in the tropical western Pacific during the strong convective activities around the Philippines stronger than those during the weak convective activities around the Philippines. Moreover, in the case of strong convective activities around the Philippines, the LFO in the tropical west-ern Pacific and tropical eastern Indian Ocean generally propagates westward, and it is intensified by the LFO with a westward propagating center of maximum oscillation from the east to 140oE. However, in the case of weak convective activities around the Philippines, the LFO gradually becomes stronger with a eastward propagating center of maximum oscillation from the eastern Indian Ocean to the tropical western Pacific.Corresponding to the 30-60 day oscillation, the Walker circulation is also in oscillation over the tropical Pacific and its circulation cell seems to shift gradually westward from the tropical western Pacific to the tropical eastern In-dian Ocean with strong convective activities around the Philippines. This may maintain the intensification of convective activities there. However, during the weak convective activities around the Philippines, the Walker circula-tion gradually moves eastward and an ascending flow may appear in the equatorial central Pacific. This may cause convective activities to be intensified over the equatorial central Pacific.The analyzed results also show that the LFO in the tropical western Pacific and East Asia may be associated with the interannual oscillation of the SST anomaly in the tropical western Pacific.     

经向基流和地形对惯性重力波的影响

采用分层浅水波方程组和ＷＫＢ方法，分别讨论了经向基流的垂直切变和南北走向的地形对二维惯性重力波的移速，稳定性以及发展的影响。     

淇、卫河流域暴雨预报

利用1961－2000年6－9月淇，卫河流域降水资料，采用单元综合评判法确定流域暴雨日，并对暴雨日进行分型，确定暴雨预报天气学指标，建立暴雨预报方法。     

洪泽湖枯水年比较及与ENSO事件关系

本文利用1954－1999年洪泽湖水文资料，总结出1999年干旱年汛期湖水入不敷出属历史旱年罕见。同时对湖区的干旱年与ENSO事件关系作了初步研究，得出拉尼娜事件结束的当年和次年洪泽湖都不会出现干旱年。     

傅立叶相位分析导风技术中的频谱分析

本文介绍了应用于傅立叶相位分析导风技术中的DFT变换理论,并模拟分析DFT计算中的频谱分离和混叠两种现象及其对导风的影响。结论认为,傅立叶导风技术不需要计算所有谐波的相位,只要计算分离区或混叠区之前的低次谐波的相位,这些低次谐波的相位速度与真实速度一致,且与谐波振幅和初相位的取值无关,可用于风速计算。     

Russian ratification process Why is the rest of the world waiting?

Abstract

Russia has a crucial veto on the entry into force of the Kyoto Protocol. The preparation of the ratification and institutional reform have begun in April 2002. The ratification process is based on the activities by high-level policy makers who have other priorities, federal level institutional actors which may be unclear about their roles and the few overloaded expert civil servants. After the US withdrawal from Kyoto, arguments against ratification have appeared in the Russian debate, mostly based on the lack of clarity of the economic benefits available. Ratification would require Russia to establish an eligibility strategy under Kyoto and divide responsibilities and rights between the government, regional and private sector actors. The legal procedure of ratification is simple but internal political complexities may delay the process.     

亚洲热带夏季风的首发地区和机理研究

文中分析了多年逐候平均 85 0hPa风场和黑体辐射温度等物理量的时空演变 ,结果表明 ,90°E以东的孟加拉湾、中南半岛和南海是亚洲热带夏季风首先爆发的地区 ,爆发时间在 2 7～ 2 8候 ,具有突发性和同时性。 90°E以西的印度半岛和阿拉伯海是热带夏季风爆发较晚的地区 ,季风首先在该区 10°N以南爆发 ,时间约在 30～ 31候 ,然后向北推进 ,6月末在全区建立 ,爆发过程具有渐进性。机制分析表明 ,由于 110～ 12 0°E的中高纬东亚大陆在春季和初夏地面感热通量、温度和气压的迅速变化 ,使热带低压带首先在该处冲破高压带 ,生成大陆低压 ,并引导西南气流在 90°E以东地区首先建立。在 90°E以西的印度半岛地区 ,地面感热通量在 4～ 5月间几乎没有明显变化 ,因而印度季风比南海季风晚爆发约 1个月。由此得出 ,90°E是东亚夏季风和南亚夏季风的分界线。此外 ,还着重探讨了南亚高压的季节变化与亚洲热带夏季风爆发的时间联系。发现南亚高压中心位置与亚洲热带夏季风爆发时间有较好的对应关系。南亚高压中心跳过 2 0°N时 ,南海夏季风爆发 ,跳过 2 5°N时 ,印度夏季风在其南部爆发。将用上述方法确定的爆发时间与用其他方法确定的爆发时间相比较 ,发现它们在南海地区有较好的一致性 ,在印度地区略有差异。     

Lagrangian modeling of water circulation in the Lofoten Basin

Lagrangian particle tracking is implemented for the Lofoten Basin of the Norwegian Sea. The ocean dynamic fields are obtained from the GLORYS 12V1 reanalysis available by the Copernicus Marine Environment Monitoring Service. Spatial distributions of the Lagrangian particles during May-November 2014 are analyzed for two depth layers: the sea-surface (0.5 m) and 266 m. The results show a significant impact of the Norwegian Coastal Current (NCC) on the thermohaline structure of the upper Lofoten Basin, underestimated previously. The NCC penetrates deep into the central Lofoten basin as far as the longitude 0°. In the subsurface layer, the area over which the NCC influences water structure is comparable to the area of the Norwegian Atlantic Slope Current (NASC), as well as to that of the Norwegian Atlantic Frontal Current (NAFC). The NCC maximum influence on the surface water of the Basin is reached in August. The inflow of the NCC is associated with relatively fresh water intrusions (0.5–2‰ fresher than the surrounding waters) moving from the coast to the central part of the Basin. The NASC and NAFC form two main sources of the Atlantic Water in the Lofoten Basin. At 266 m level, the NASC and NAFC waters dominate water structure in the basin. Herewith the NASC influence prevails over that of the NAFC, the latter being limited to the western periphery of the Basin. At this level, the NCC is observed only along a narrow band following the eastern coast. During summer, the core of the Lofoten Vortex (LV) at 266 m is mainly composed of the NAFC water. This fact contradicts the previous point of view of the dominance of the NASC in the LV core at all depth levels. Using two types of Lagrangian maps, we highlighted the summer and the autumn periods in the LV annual lifecycle. The summer LV is characterized by high orbital velocities, which are several times higher than those of the currents along the basin boundaries. The monthly mean orbital velocities in the LV reach 35 сm s⁻¹. To the end of autumn, the LV weakens with the monthly mean orbital velocities below 10 cm s⁻¹.