一个适合青藏高原地区的修改了的郭型积云参数化方案

本文利用复杂地形条件下的有限区域模式和1979年6－7月的FGGEⅢb级资料，首先检验的原修改了的郭型积云参数化方案（下称原方案）在青藏高原地区的预报效果。然后根据其存在的问题，结合该地区积云活动的特点，应用修改了的Kirshnamurti多元回归方法，考虑中尺度水汽辐合，由该地区的散度、层结稳定度拟合了增湿系数b和中尺度水汽辐合参数η（下称新方案）。最后用新方案作了9例24小时预报和诊断分析。结果表明：原方案在高原地区的降水预报明显偏大；而新方案改进了高原和我国东部地区的降水及形势场的预报。同时，高原地区的增湿系数b和对流加热、增湿垂直廓线也更为合理。     

低纬高原上中尺度模式的积云参数化方案研究

在低纬高度上的中尺度数值模式研究中，积云参数化方案的设计是极其重要的，而垂直加热廓线和增湿系数的方案设计是Kuo型积云参数化方案中两个重要的问题。本文从垂直加热廓线和增湿系数的角度设计了多种改进的Kuo型积云参数化方案进行数值试验。试验结果表明，垂直加热廓线采用位湿法，增湿系数采用指数型定义法的Kuo型改进方案较适合云南低纬高原上的中尺度数值模式；低纬高原上的增湿系数比我国东部沿海及一些平原地区要大；在改进积云参数化方案的基础上考虑低纬高原地形的影响，能进一步提高中尺度数值模式在低纬高原上的模拟效果。     

热带大气季节内振荡数值模拟对积云对流参数化方案的敏感性

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)的大气环流模式(SAMIL-R42L9)研究了热带大气季节内振荡(MJO)的模拟对积云对流参数化方案的敏感性,结果表明两种对流参数化方案——湿对流调整方案(MCA)和Zhang-McFarlane(1995年)方案对MJO的模拟能力有明显的差异。MCA方案较好地模拟出了MJO的基本特征,包括季节内的时间尺度和向东的传播。Zhang-McFarlane(1995年)对流方案模拟的MJO振幅非常弱,而且缺乏连续的传播特征,在MJO的演变过程中弱的低层水汽辐合使MJO难以维持和传播。两种不同的对流参数化方案产生的非绝热加热垂直廓线明显不同,Zhang-McFarlane(1995年)方案产生的非绝热加热强度在对流层各层过于一致,没有明显的最大加热层,而且平均的加热强度太弱,这是该方案难以模拟出合理的MJO的主要原因之一。因此,模式对热带大气季节内振荡的模拟能力很大程度上依赖于所使用的积云对流参数化方案,当积云参数化方案改变时模式模拟的MJO也发生明显变化,而非绝热加热廓线是对流参数化方案影响MJO模拟的一个重要影响因子。3种不同的非绝热加热垂直分布的敏感性试验表明,当最大的加热层位于对流层中低层尤其是对流层中层时,更容易产生出与观测较为接近的季节内的扰动,而当最大加热位于对流层高层时,更易于激发出西传的扰动。     

华南中尺度暴雨数值预报的不确定性与集合预报试验

利用非静力MM5模式,分析了不同积云对流参数化方案对华南暖区暴雨数值预报的不确定性影响,进行了中尺度暴雨模式扰动集合预报试验。不同对流参数化方案的对流凝结加热引起不同的局地温度扰动,通过大气内部的热力动力过程,导致垂直速度的差异,进而影响网格尺度和次网格尺度降水时间、地点和强度。后续降水再通过凝结潜热释放形成新的扰动源。不同积云对流参数化方案还可引起扰动源能量传播方式不同,最终使模拟大气的动力和热力结构有差异。针对物理过程的不确定性,使用两种模式扰动方法构造集合预报扰动模式,第一种方法是随机组合不同积云对流参数化方案和边界层方案,第二种方法是扰动Grell积云对流参数化方案中主要参数振幅。集合预报结果表明,第一种方法的集合预报效果优于第二种方法,仅扰动参数振幅值似乎还不足以反映华南暴雨预报的不确定性。单一的确定性预报在暴雨落区和强度方面的可信度不稳定,集合产品能给华南暴雨过程提供更有用价值的指导预报,具有较高的应用价值。     

大气凝结水汽汇、凝结潜热作用与积云对流参数化

从引入包含质量(水汽)源、汇的连续方程出发,重新推导出大尺度凝结降水和积云对流凝结降水之水汽汇起作用的热力学方程,从而重新给出气压、气温预报方程及地面气压与高空位势高度预报方程。发现,在此基础上,才能实现凝结3个作用:气块水汽质量流失与气压降低;气块虚温降低;加热气块;和通过大气运动方程,实现大气凝结潜热“热机”作功。这时,对于预报气压、气温场,积云对流参数化方案中的参数在凝结3个作用中保持一致。否则,通过积云对流参数化方案,虽可以近似实现对于预报气压和气温场的凝结3个作用,但不可能调好参数的降水物理特性及其时空分布特征。且对于静力模式预报地面气压和高空位势高度场,不可能实现上述的第一凝结作用。最后表明,当模式分辨率提高到只用降水显式方案、不再用积云对流参数化方案后,则必须引入包含水汽源、汇的连续方程。因在热带海洋面上的水蒸发过程,水汽进入大气将改变地面气压场,且蒸发潜热可分为内潜热(水汽内能)和外潜热(水汽压力能),内潜热立即成为大气热能的一部分,而外潜热直接对大气层作功,使得大气位能增加。文中研究了大气中的大尺度凝结降水和积云对流凝结降水对气压场与位势高度场的影响。一般积云对流参数化方案都已考虑内潜热对大气的加热作用,但还须考虑因凝结与降水造成地面气压场及高空位势高度场的变化,后者应是外潜热作用的结果。在上述研究过程中,必须引入考虑凝结作用的连续方程,且最终可以改变有降水(包括大尺度凝结降水和积云对流凝结降水)发生时的数值预报模式动力框架。     

空间非均匀加热对副热带高压形成和变异的影响──Ⅲ:凝结潜热加热与南亚高压及西太平洋副高

通过理论分析和数值模拟,研究了降水所致凝结潜热影响副热带高压带断裂的物理机制。基于全型垂直涡度方程的尺度分析指出,强的对流凝结加热的垂直梯度的变化,导致副热带地区对流层高层和中低层的高低压分布呈现出反位相。数值试验证实凝结潜热是决定东半球夏季副热带高压位置和强度的关键因素：东亚季风降雨所致凝结潜热加热使高层南亚高压位于加热中心西侧,中层西太平洋副热带高压位于加热中心东侧。通过定常波的传播,副热带地区的凝结潜热加热对中高纬天气的形成和维持有一定影响。     

非绝热加热对冷锋锋生过程影响的比较研究

本文利用半地转模式研究了非绝热加热对冷锋锋生过程的影响。计算结果表明，非绝热加热包括大尺度凝结潜热、积云对流加热和感热都可以在加热区诱发出附加的锋生场。从而使加热区内的锋区强度得到明显加强；三种加热都能使上升速度增大，其中大尺度凝结潜热释放可在锋前出现一条宽约２００ｋｍ的强降水带．积云对流加热可使上升运动区范围缩小或在低层出现中尺度雨带，感热加热是产生中尺度雨带的一种可能机制。计算还表明，大尺度凝结潜热对锋生过程的影响最明显。它可以影响锋生过程中所有物理量。而积云对流加热和感热加热只对位温场和垂直速度场有明显影晌。但影响程度没有大尺度凝结潜热大。     

引入考虑凝结作用的连续性方程与积云对流参数化方案修正

文章研究了在热带海洋面上的水蒸发，发现水蒸发进入大气层将改变地面气压场，且蒸发潜热分为内潜热(水汽内能)和外潜热(水汽压力能)，蒸发内潜热立即成为大气热能的一部分，而蒸发外潜热直接对大气层作功，使得大气位能增加；研究了大气中的大尺度凝结降水和积云对流凝结降水对于环境气压场与位势高度场的直接影响。用郭晓岚积云对流参数化方案(已考虑凝结内潜热对大气的加热作用)，加入了考虑因大尺度凝结降水和积云对流参数化凝结降水造成地面气压场及高空位势高度场的变化，后者应是凝结外潜热过程作用的结果。在上述研究过程中，必须引入考虑凝结作用的连续性方程，且最终可以改变有积云对流凝结降水发生的数值预报模式动力框架。     

台风凤凰形成发展过程中对流凝结潜热和感热的作用

应用NCEP再分析资料,计算分析了台风凤凰发生和发展过程中的积云对流潜热加热和海面感热通量.表明:感热释放通过海气相关作用使海面风及对流层涡度增强,可能是台风初始低压的形成机制;积云对流潜热释放不但使台风中心增暖并使台风中间层上升运动增强,从而促使台风加强和发展,因此,对流凝结潜热是台风凤凰维持和发展的主要热力和动力因子.     

“98.7”特大暴雨中尺度系统发展的热量和水汽收支诊断

1998年7月20~23日 (“98.7”) 发生在鄂东和鄂西南地区的特大暴雨过程, 不仅与700 hPa上低涡切变线的生成和持续发展密切相关, 而且与沿低涡切变线相继生成和强烈发展的MαCS与MβCS直接关联。利用非静力模式MM5.V2.12成功模拟提供的高分辨输出资料对这次特大暴雨中尺度系统发展的热量和水汽收支进行了诊断。结果发现:当有强对流发生并伴有强降水时, 就会有强的视热源Q₁和视水汽汇Q₂出现, 而强的Q₁与Q₂和强降水区基本是对应的; Q₁随高度增高而增大, 最大加热位面基本上都在486.1 hPa (σ=0.54) 附近; 在对流层深厚的中空加热层是积云对流活跃和强暴雨持续发生、发展的一种重要热力机制; 在对流层上半部的相对冷层为暴雨区上空积云对流提供了极为有利的热力不稳定条件, 积云对流在中、低空的凝结潜热不仅加热对流层中层大气, 而且向高层输送, 加热高层的环境大气; 在暴雨初期, Q₂的双峰结构与低空层积云及中空积云对流凝结变干有关; Q₂的中空峰值大体与Q₁的峰值相应, Q₂的深厚变干层与Q₁的深厚加热层非常一致。 诊断结果表明, 用非静力中尺度模式成功模拟的高分辨输出资料对Q₁和Q₂进行数值诊断是可行的。通过对强暴雨过程Q₁和Q₂的诊断, 可为改进积云对流参数化中加热和增湿廓线提供可靠的物理依据。     

不同形式的加热对冷锋环流影响的数值研究

利用原始方程模式对３种加热形式影响冷锋环流的情形作了数值计算，结果显示，大尺度凝结潜热释放对冷锋非地转环流和锋区垂直运动的影响最大，使之明显增强，它有可能在短时间内使冷锋暧区中产生强的暴雨系统，积云对流加热也能使锋面环流增强，但影响较小；感热加热增强冷锋环流，而且可能是锋区多重雨带产生的一种驱动因子。     

节能温度、供热气象指数及供热参数研究

对北京市2001～2002年采暖季的室内外气象一热力试验数据进行科学分析,求出实际条件下不同环境温度、风速、辐射等气象条件下的节能温度,提出了供热气象指数及等级划分标准,推算出总供热量、供回水温度差及通过控制回水温度而知供水温度等供热参数,并已在北京市供热作业中投入应用,为实时供热调度提供了参考依据,是节能、增效、减污的基础。     

GLOBAL ATMOSPHERIC SEASONAL-MEAN HEATING: DIABATIC VERSUS TRANSIENT HEATING

With the ERA40 reanalysis daily data for 1958-2001, the global atmospheric seasonal-mean diabatic heating and transient heating are computed by using the residual diagnosis of the thermodynamic equation. The three-dimensional structures for the two types of heating are described and compared. It is demonstrated that the diabatic heating is basically characterized by strong and deep convective heating in the tropics, shallow heating in the midlatitudes and deep cooling in the subtropics and high-latitudes. The tropical diabatic heating always shifts towards the summer hemisphere, but the midlatitude heating and high-latitude cooling tend to be strong in the winter hemisphere. On the other hand, the transient heating due to transient eddy transfer is characterized by a meridional dipole pattern with cooling in the subtropics and heating in the mid- and high-latitudes, as well as by a vertical dipole pattern in the midlatitudes with cooling at lower levels and heating in the mid- and higher-levels, which gives rise to a sloped structure in the transient heating oriented from the lower levels in the high latitudes and higher levels in the midlatitudes. The transient heating is closely related to a storm track along which the transient eddy activity is much stronger in the winter hemisphere than in the summer hemisphere. In Northern Hemisphere, the transient heating locates in the western oceanic basin, while it is zonally-oriented in Southern Hemisphere, for which the transient heating and cooling are far separated over South Pacific during the cold season. The transient heating tends to cancel the diabatic heating over most of the globe. However, it dominates the mid-tropospheric heating in the midlatitudes. Therefore, the atmospheric transient processes act to help the atmosphere gain more heat in the high-latitudes and in the mid-troposphere of midlatitudes, reallocating the atmospheric heat obtained from the diabatic heating.     

Monsoon Circulation Related to ENSO Phase-Locking

ＭｏｎｓｏｏｎＣｉｒｃｕｌａｔｉｏｎＲｅｌａｔｅｄｔｏＥＮＳＯＰｈａｓｅ－Ｌｏｃｋｉｎｇ①①ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｐｏｎｓｏｒｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａｕｎｄｅｒＧｒａｎｔＡＴＭ４９７...     

空间非均匀加热对副热带高压带形成和变异的影响Ⅰ:尺度分析

利用全型垂直涡度倾向方程,讨论了空间非均匀非绝热加热（Ｑ）对副热带高压形态变异的影响。通过简单的空间尺度分析指出,Ｑ的垂直非均匀分布比其水平非均匀分布对副热带高压带断裂成闭合中心的影响更大。在时间尺度较长时,低空的β效应和高层的涡度平流对副热带高压形态的形成有重要作用。在它们影响下,低空副热带高压出现在表面感热加热西侧、深对流凝结加热东侧;而高空副热带高压出现在表面感热加热的东侧、深对流凝结加热的西侧     

作物气象灾害危害性的多目标灰色局势决策

计算了１９９１年７月４－９日的梅雨锋强度降水过程的热源Ｑ１和水汽汇Ｑ２，结果表明，存在着两类云系即对流云和层状云对Ｑ１和Ｑ２的结构产生影响。对流加热发生在强降水区上空，而层状云加热发生在对流区周围的弱降水区上空，在对流加热区，大量的潜热释放形成最的热源和水汽汇，热源峰值出现在上部对流层，水汽汇峰值出现在下部对流层，在层状云区，通常０℃层以上为热源和水汽汇，０℃层以下的热汇和水汽源，层状云引起的Ｑ１     

NUMERICAL SIMULATION STUDY OF THE OCCURRENCE AND DEVELOPMENT OF A MID-TROPOSPHERIC CYCLONE OVER THE SOUTH CHINA SEA

In this paper,the processes of the occurrence and development of a mid-tropospheric cyclone (MTC hereinafter)over the South China Sea are successfully simulated,adopting the convective heating profile calculated from the ana-lysed data.And a series of numerical experiments show that the convective heating rate, especially its vertical profile,plays a key role in the occurrence,development and maintenance of the MTC.When there is highly concentratedconvective heating in middle layer(400—450hPa),the MTC could occur and maintain for longer time.And the key tosuccessfully predict the MTC by numerical model is to correctly specify the convective heating profile in the model.     

Monsoon circulation related to enso phase-locking

The relation of interannual anomaly of East Asian monsoon to the ENSO cycle is investigated in terms of even and odd symmetry analysis over a tropical heating field based on the past 30-year data. Evidence suggests that odd and even symmetry components related to the monsoon and Walker heating, respectively, effectively describe the East Asian monsoon circulation and Pacific Walker analog, with the monsoon intensity index corresponding to its heating vigor and western Pacific Walker heating vigor to ENSO phase change, both types of heating marked by pro-nounced seasonal variation and phase-locking; the key region for linking monsoon-ENSO interaction is the western Pacific warm pool; the monsoon effect upon ENSO cycle is affected jointly by the seasonal evolution and interannual anomaly of the heating components; the superimposition of an anti-Walker circulation phase produced by interannual winter monsoon perturbation upon a weaker Walker phase on a seasonal basis leads to an El Nino hap-pening in March-April and plays a significant role in maintaining a warm ENSO phase.     

西太平洋副热带高压中期变化的数值试验 Ⅰ.青藏高原热源的作用

用一个全球谱模式作数值试验研究了１９７９年６月中旬一次西太平洋副热带高压西伸北进的中期天气过程中青藏高原热源的作用。结果表明：高原的热力作用主要表现在对副高北侧锋区的形成、锋区瓣强度以及与锋区对应的对流层中上层西风急流的强度有较大的影响,有高原热力作用时,锋眍和西风流的强度都强,反之则很弱;另外还发现青藏高原感热和潜热作用是相互依赖的,在一定的天气过程中,弧立起来讨论其各自的相对重要性不太合符实际     

郑州市冬季采暖期气候变化特征及节能潜力分析

利用郑州市1951—2007年日平均气温资料,按照国家采暖规范从气候角度上确定了符合郑州特点的采暖初终日,较规定的初、终日（11月15日至次年3月15日）有明显推迟和提前的趋势,并分析了采暖期长度及采暖期的气候变化特征,结果表明：进7．90年代特别是21世纪初采暖期明显缩短,平均较80年代缩短了14d左右。在此基础上研究了近57a来采暖期气候条件的变化,并通过构建采暖强度、采暖指数指标,讨论这种变化对能源消耗和环境保护的影响,从科学角度提出节能的可能性。