短时风暴数值预报模式研究 I. 模式的理论框架

本文致力于发展一个旨在用于中-β尺度天气系统研究和预报对流风暴的数值预报模式（中-β模式）。模式的动力学框架为三维非静力可压缩的完全弹性模型，对声波的处理采用时间分离求解及阻尼和压缩方法，模式只选择了对风暴系统短时预报有重要意义的一些物理过程，从而简化了模式的参数化方法，节省了计算量。     

短时风暴数值预报模式研究──Ⅰ．模式的理论框架

本文致力于发展一个旨在用于中－β尺度天气系统研究和预报对流风暴的数值预报模式（中－β模式）。模式的动力学框架为三维非静力可压缩的完全弹性模型，对声波的处理采用时间分离求解及阻尼和压缩方法，模式只选择了对风暴系统短时预报有重要意义的一些物理过程，从而简化了模式的参数化方法，节省了计算量。     

大气中的次声波

物体振动引起空气介质压缩与稀疏的周期变化就形成了声波。振动频率在16—20,000赫的声波,就是人们能够听到的声音。高于20,000赫的声波,人耳听不到,叫做超声波;低于16赫的声波,人耳也听不到,叫做次声波。 声波在大气中传播时要发生衰减,造成声波衰减的主要因素有三种:一是大气粘滞性和热传导性,称     

建立η坐标系下的假不压模式及其数值试验

滤除声波的大气运动方程中不包含声波,基于滤除声波方程建立的数值模式可以用较大的时间步长进行数值积分。Durran在1989年提出了一种新的滤除声波的方法,命名为“假不可压”方程,该方程考虑了温度扰动引起的密度变化,忽略了气压扰动引起的密度变化。本文根据Durran提出的假不可压理论,推导出了一组地形追随坐标下的通量形式的假不可压方程。该方程在形式上与WRF（Weather Research and Forecasting）模式中ARW（Advanced Research WRF）动力框架的控制方程非常接近。我们进一步将推导出的假不可压控制方程改写到了WRF模式中,建立了基于WRF模式框架的假不可压模式。用构建的假不可压模式和WRF模式做了两组对比试验:湿热泡对流试验和重力流试验。比较两种模式的模拟结果,可以看出假不可压模式的模拟结果与WRF模式的模拟结果非常接近,说明在WRF模式框架下建立的假不可压模式是合理可信的。     

MM5模式水平扩散项的改进及其对陕西“8.28”暴雨模拟的影响

在数值预报发展的过程中,我们通常把水平扩散项当作滤波器用来光滑或是过滤掉模式积分过程中所产生的毫无天气意义的并会引起非线性计算不稳定的所谓计算噪音或“超短波”,从而达到阻尼虚假短波以及抑制非线性计算不稳定的目的,但这仅仅只是从计算数学或计算物理的角度来考虑,并不能真正反映扩散的物理本质。本文尝试运用热力学第二定律的思想对MM5模式中的水平扩散项进行改造,以便更好地消除原模式中的扩散项所导致的Gibbs振荡现象。通过对陕西2003年8月28日暴雨的数值模拟表明,改进后的MM5模式的输出量（如相对湿度、温度、速度）的相关系数以及均方根误差均有明显的改进。     

论小尺度过程动力学的一些基本问题

本文对层结大气中小尺度过程动力学的一些基本问题作了研究。 首先用频率法对线性化后的小尺度运动方程作了分析。分析指出,线性化后的运动方程中包含了两种不同类型的波动,即快速传播的声波和相对声波而言的慢波——重力内波。 对于有气象意义的运动而言,声波是一种“噪音”,必须从运动方程中把它滤掉。文中指出,由于静力偏差(非静力平衡)对小尺度运动的发展具有重要的意义,一般用静力平衡来消除声波的方法对小尺度运动并不适用。文中提出了三种不同的消除声波的方法,即1)不可压缩条件的应用;2)将解按参数ε’(=V~2/gL)的冪次展开; 3)平衡方程的应用。同时分析了这三种不同滤波方法所带来的误差程度。 作为初值问题,研究了当在某一时刻在大气有限区域内的扰动破坏了静力平衡后所激发出的声波的频散性质,指出,从静力平衡的破坏到其种平衡状态的建立,场的这一适应过程完成得极其迅速。 最后,利用所提出的滤波方法,建立了滤掉声波后的二维非线性运动方程组。     

双三次数值模式与理想Lamb波、龙卷扰动对比模拟分析

通过"双三次曲面拟合—时间步长积分—双三次曲面拟合……",实现成为一种双三次曲面拟合新算法数值模式。它对模式大气作非线性(空间二阶可导)描述,是用数值分析(三次样条/双三次曲面)与计算方法近似求解大气运动非线性偏微分方程组。用Z坐标系高分辨率双三次数值模式,采用原始大气运动方程组和采用欧拉时间积分方案,设置理想扰动,对大气声波Lamb波做数值模拟;采用大气不可压假定,除去声波,对大气重力波龙卷扰动做数值模拟。对比模拟发现:理想Lamb波以声速在水平方向传播,扰动能量频散快,仅能在原地持续数秒钟;理想龙卷扰动则在原地可持续约1 min,且波动内圈(外圈)自下至上始终处于风场辐合(辐散)状态,具冷心结构和气压驻波特征,可因水汽进入扰动与借助凝结潜热释放而得到发展。     

格点模式中水平扩散的隐式公式

格点模式中水平扩散的隐式公式Ｇ．Ｊａｋｉｍｏｗ；Ｅ．Ｙａｋｉｍｉｗ；Ａ．Ｒｏｂｒｔ１引言数值预报发展的早期，人们总是在模式中考虑水平扩散，这是把扩散项作为滤波器来阻尼虚假的短波。这种方法一直沿用至今，尽管最近改进的模式（不含有扩散）能产生合理的平滑预...     

非平直基流中尺度扰动的对称发展

用ｆ平面非静力平衡滤声波模式，在自然坐标系下，运用ＷＫＢＪ方法及能量方法研究了非平直基流对中尺度扰动波包发展问题。结果表明：中尺度波包对称发展主要取决于扰动波结构与背景结构之间的匹配。     

一种新的正定平流方案及其在水汽预报方程中的应用

本文在Smolarkiewicz(1983)方案的基础上,提出了一种新的正定平流方案。它是无条件计算稳定的,形式简单、物理意义清楚且阻尼小,能够很容易地应用到多维模式中。文中通过一简单的平流试验,与其它几种有名的正定平流方案进行了比较;最后将这种方案应用到国家气象中心细网格有限区域业务预报模式水汽预报方程中,避免了原水汽计算方案产生严重负水汽的问题,并对24h降水预报场进行分析。     

恶劣气候对超声换能器声场影响的仿真分析

压电式超声风速传感器相对于传统的机械测风仪器具有更高的精度和可靠性,但实际使用过程中,一些地区户外气候环境复杂,当遭遇恶劣天气时会对超声换能器发出的辐射声场造成影响.利用COMSOL有限元分析软件针对压电式换能器在已知半径的球型区域内声场分布进行模拟分析,通过改变换能器与空气耦合的边界条件,模拟了暴雨和沙暴两种恶劣天气...     

THE INFLUENCE OF PHOTOCHEMICAL PROCESS ON THE ATMOSPHERIC WAVE*

The time damping rate of gravity wave in the range of 30-70 km is calaclated in three circumstances:(1) adiabatic process,(2) diabatic process caused by atmospheric cooling,and(3) diabatic process resulting from atmospheric photochemical heating and cooling.The results indicate that the photochemical heating is as important as Newtonian cooling and its contribution to the time damping rate of gravity wave can not he negligible.     

THE INFLUENCE OF PHOTOCHEMICAL PROCESS ON THE ATMOSPHERIC WAVE

The time damping rate of gravity wave in the range of 30-70 km is calaclated in threecircumstances:(1)adiabatic process,(2)diabatic process caused by atmospheric cooling,and(3)diabatic process resulting from atmospheric photochemical heating and cooling.The resultsindicate that the photochemical heating is as important as Newtonian cooling and its contribution tothe time damping rate of gravity wave can not he negligible.     

一种改进的联合SRP-PHAT语音定位算法

提出了一种基于正交直线麦克风阵列的分级搜索SRP-PHAT(可控响应功率-相位加权)语音定位算法.利用正交直线麦克风阵列将二维搜索空间缩减为2个一维空间以减少计算量,并联合使用四叉树由粗到细的分级搜索(hierarchical search)策略分别在一维空间中搜索声源位置.通过Matlab对联合算法进行了仿真,实现了声源定位,并与传统的全搜索SRP-PHAT算法和改进前的基于正交直线麦克风阵列的加速SRP-PHAT算法进行比较分析.实验与仿真结果显示:该联合算法大大减少了计算量和定位时间,能准确定位声源位置.     

浅析爆炸效应在人工增雨作业中的作用

文章分析了冲击波、声波、扰动气流场和超声气流等爆炸产物对环境气流场和云、降水质粒的影响及效应,结果表明:在人工播云中,含有爆炸效应的催化作业要比单纯的静力催化有更广泛的应用前景。     

第三代浅水波浪数值预报模式及其在黄渤海域的应用

本文在简单介绍了第三代浅水波浪数值预报SWAN模式的概念、特点、原理等的基础上,着重介绍Mm5模式对风场的模拟,以及利用模拟结果作为SWAN模式中的风场资料,对大连沿海及黄渤海域(36~41°N,117.5~125.5°E)的浪高进行预报。     

地球系统10~(-1)年变化原因概述

我们曾论述了地球系统100～108年变化的原因[1], 唯对10-1年（月一年）的地球系统变化未指出其变化原因。经过近年的研究, 现在可以明确地指出, 地球内部有两类流体： 地外核和岩石圈裂隙中地下流体（地气）的活动是引发10-1年地球系统变化的原因。外核的上升运动会使其上部岩石圈产生上抬和压缩, 在地表层就出现3.2 m地温升高和降水减少的“干热异常”, 经过“孕震三步曲”最终引发构造地震。外核的下降运动会使其上部岩石圈产生下沉和拉张作用, 地表层表现为3.2 m地温降低, 同时降水增多的“湿冷异常”, 最终可导致发生陷落地震。外核的脉冲运动是引发岩石圈中形成地热（冷）涡的“源”。地气环流也是旋转地球上的一种流体运动, 其特征速度（地下风速）约为0.2 m/s, 据此可推得“自然气候周期”约为8个月。地气环流是使地气系统得以“流”的动力源。地热（冷）涡的“源”、 “流”相结合是使短期气候呈现纷繁复杂变化的原因。     

Intensity of the Trough over the Bay of Bengal and Its Impact on the Southern China Precipitation in Winter

In this study, the intensity of the trough over the Bay of Bengal (BBT) and its association with the southern China precipitation, the Madden-Julian Oscillation (MJO) and the Rossby wave propagation along the African-Asian subtropical Jet stream (AASJ) are investigated on the intraseasonal time scale. The results show that the intensity of the BBT affects the southern China precipitation more directly and to a greater degree than the MJO. The peak amplitude of the BBT tended to occur in phase-3 of the MJO. The strong BBT was substantially modulated by the Rossby wave propagation along the AASJ, which was triggered by the anomalous upstream circulation similar to the pattern of the North Atlantic Oscillation (NAO). Therefore, from the perspective of medium- and extended-range weather forecasts, the NAO- like pattern may be regarded as a precursory signal for the strong BBT and thus the southern China precipitation.     

中国南部沿海暴雨东风波特征及SST影响机制研究

分析1999—2013年影响我国南部沿海的东风波,可分为3类:偏南东风波、西行东风波以及近海东风波。太平洋副热带高压是影响3类东风波特征的关键系统,其西伸与北进直接引导东风波路径及活动位置。东风波的分类合成结构特征显示:强涡度中心指示东风波槽中心,强涡度中心通常位于850 h Pa及以下。东风波低层为强辐合场,槽后有整层的垂直上升区。偏南东风波波槽轴线随高度向西倾斜,西行东风波和近海东风波波槽轴线近乎垂直。合成诊断还显示,东风波的海上移动有向SST(Sea Surface Temperature,海表温度)大值趋暖的趋势。数值模拟证实,增强东风波槽前SST暖中心的强度,将引起槽区低层和槽后中层出现负变高中心,同时SST的增温将通过感热与潜热促使东风波槽强度加强,将进一步地增强东风波暴雨强度和雨带的北移。并增强中低层流场的气旋式气流成分,增强低层辐合场,维持深厚垂直上升运动层。典型西行东风波个例分析显示,螺旋度与东风波强度成正比,东风波纬向位温偏差显示东风波在热力场上具有"上暖下冷"的不稳定垂直结构。东风波涡度增强时,扰动动能向分层扰动位能转化。东风波强度减弱时,分层扰动位能向扰动动能转化。     

Seasonal and latitudinal distribution of trace gases in the stratosphere: Results from a 2D residual circulation model

Results for minor stratospheric constituents using a 2D model with self-consistent transport parameters are reported. The meridional circulation is obtained from the output of the MIT-GIT 3D stratospheric model (Cunnold et al., 1975). Consistent data from the same model are used to evaluate the diffusive tensors following the formalism of Holton (1981) and Tung (1982). Chemical damping is consequently taken into account, so that the entire model is built in a selfconsistent manner at the least with the 3D model and no ad hoc assumptions are made with respect of transport parameters. This version of the model represents a major improvement on previous work (Pitari and Visconti, 1984), which used to much too simple chemistry. Results are compared whenever possible with available experimental data, with particular emphasis on chemical reacting species. This comparison shows in general an agreement which is qualitatively similar to the one obtained from classical Eulerian models where transport parameters are often tuned to long-lived tracers without any sound physical basis.