非静力模式中几种垂直网格计算特性的对比研究

从非静力滞弹性方程组出发，将惯性重力波的水平波长分几百公里、几十公里和几公里三种情况，从频率、群速和各速的垂直尺度范围等方面对现有的几种垂直网格进行比较讨论。结果表明：在非静力模式中，CP网格和LZ网格适合于各种不同水平尺度惯性重力波的模拟；L网格和LY网格适合于水平尺度为几十公里以上的惯性重力波的模拟；LTS网格和CPTS网格比较适合于水平尺度的几十公里以下的惯性重力波的模拟。     

非静力平衡模式的中尺度非均匀初始场试验和锋面模拟

用非静力平衡二维中β－γ尺度大气模式,选取１９８７年欧洲的一次冷锋过程为个例,以法国的静力平衡模式的模拟结果为初始场,选用５ｋｍ,２５ｋｍ,４５ｋｍ３种水平格距进行了水平范围为２０００ｋｍ的模拟,结果表明：（１）中尺度非静力平衡模式应用非均匀初始场,而不加人为的初始扰动是可行的;（２）扰动量的初始场中π′的精度要求很高,应严格符合静力平衡条件,否则就会产生严重误差,甚至在一个时步内改变垂直速度;（３）５ｋｍ,２５ｋｍ,４５ｋｍ３种格距的对比模拟表明,５ｋｍ格距的非静力平衡模式能模拟出锋面上的多个中β尺度对流,且垂直速度场分布与实际最接近,而后两种格距只能模拟出锋面上的大范围上升区,不能细致地描述锋面对流结构。     

非静力平衡数值模式

高分辨率的静力平衡模式在中尺度运动的研究中被广泛应用。但一些作者指出静力平衡近似的误差对于重力波的一些重要性质产生影响，因此发展非静力平衡模式是十分必要的。本文主要介绍了完全弹性模式和滞弹性模式，给出了模式的基本方程组，并讨论了与数值解法有关的问题，最后简单地说明了弹性近似模式。     

静力稳定度对大地形降水影响的数值模拟研究

利用ARPS模式,通过调节过大地形山脉的湿大气静力稳定度进行敏感性试验,研究了湿大气静力稳定度对大地形降水的影响。结果表明,湿大气静力稳定度的改变影响了地形重力波的形成、维持和传播机制。当静力稳定度偏小时,地形重力波容易破碎,得不到有效维持;当静力稳定度偏大时,地形重力波又不易形成;仅当静力稳定度达到适合的强度时,地形重力波才能得到有效维持和传播。此外,垂直上升速度分布、辐合辐散运动及水汽的凝结输送等是影响大地形降水强度及分布状况的重要因素。     

适用于非静力大气模式的完全平衡多矩约束有限体积方法

大气数值模式离散垂直动量方程时,一般而言气压梯度力和重力不易维持严格的静力平衡关系。为精确平衡数值离散的垂直气压梯度力和重力,基于高精度多矩约束有限体积方法引入完全平衡数值公式,即以满足静力平衡关系的热力学参考态对重力源项进行数值离散构造,发展了适用于非静力大气的完全平衡多矩约束有限体积方法。一维标准数值试验表明,完全平衡多矩约束有限体积方法能在较粗糙的计算网格点上保持静力平衡参考态的数值计算误差在计算机的单精度（10-6）和双精度（10-14）水平,在具有小量级扰动的初始条件下,完全平衡多矩约束有限体积方法能较好地模拟扰动的传播,二维非静力热泡试验进一步验证了完全平衡多矩约束有限体积方法对非静力大气运动的模拟能力。数值试验结果验证了所发展方法的完全平衡属性和适用性,这为非静力大气模式发展提供了良好参考价值。     

非静力滞弹性模式中水平分辨率与垂直分辨率的协调性初探

为了理论上研究非静力滞弹性模式中水平分辨率与垂直分辨率之间的搭配问题，以线性斜压滞弹性方程组为出发方程，导出解析的频散方程、水平群速方程和垂直群速方程，同时在最优三维网格C／CP下进行离散，也导出频散方程、水平群速方程和垂直群速方程，然后用图示的方法，比较了在不同的水平和垂直格距下模拟解析解所产生的误差。结果表明：当垂直格距和水平格距相当时，在C／CP网格上对惯性重力波的频率、水平群速和垂直群速都能较好地模拟，产生的相对误差均在5％以下。     

非均匀大气层结中大气惯性重力波的发展

本文用WKB近似方法导出了非静力平衡下惯性重力波的能量增长与大气层结在时间和空间上不均匀性的关系,并定义了一种新的重力惯性波的广义波作用量。     

斜压切变基流中横波型扰动的特征波动──Ⅰ:谱点分析

文中对谱点的分布作了定性分析和数值计算。结果发现：当基流存在切变时,无论是重力惯性波还是涡旋波都存在连续谱。在通常的环境下,对天气尺度的扰动,3支波动的连续谱不重叠,3支波动明显可分;当扰动尺度小于临界波长l0时,可出现涡旋波和一支重力惯性波的两波连续谱区的重叠,当扰动尺度小于l0／2时,可出现涡旋波和一对重力惯性波的三波连续谱区的重叠,此时两种波动不可分。当出现重叠谱时,若出现不稳定扰动,其频率的实部落在重叠谱区。     

MM5中尺度模式及其微物理过程

非静力平衡模式MM5，除掉了静力平衡假定，可以将模式格距减小到10km以下。由于在物理过程参数化、网格嵌套、资料四维同化等方面也有许多改进，大大改善了模式性能，扩展了其应用范围。应用MM5对我国中尺度天气系统的大量个例模拟研究及业务预报试验表明，MM5可以较好地模拟预报我国的中小尺度天气系统，适合制作乡镇短期天气要素预报。     

涡旋流自发辐射惯性重力波的初步解析研究

平衡流(或粗略地说涡旋流)调整目前被认为是惯性重力波产生的一种新的机制并被称为自发辐射问题。基于f平面上正压模式,该文对涡旋流自发辐射惯性重力波这一问题进行了初步解析研究。首先,通过该模式讨论了慢流形和平衡流的概念并强调了平衡流的涡旋运动特征。假定Froude数F《1且Rossby数ε=O(1)(即近似为平衡流的涡旋流包括了梯度风和其他非地转成分),于是基本方程可以写为有关惯性重力波的非齐次波动方程,其非齐次项与涡旋流的非平衡性质有关,而对于严格平衡的涡旋流,非齐次项消失,故涡旋流的非平衡性实际上提供了惯性重力波的强迫源,通过找出该方程的格林函数给出了反映自发辐射的非齐次解。在远离波源的区域,该非齐次解可以展开为远场形式,包括单极、偶极和四极辐射,另一方面,在波源区域以内及其附近,解的近场形式可以看作是慢流形的近似表达式。结果表明:与涡旋流相伴随的辐合/辐散运动主要由两部分组成,即由它自发辐射出的惯性重力波以及从属于平衡流的缓慢变化的辐合/辐散运动。与Ford的匹配渐近展开方法相比较,尽管不能给出更高阶近似,但格林函数法得到的非齐次解形式,在描写自发辐射方面更具物理直观性。     

非平衡态大气热力学的研究

要挟了建立非平衡态大气热力学的必要怀和迫切性。并在考虑到大气系统是以湍涡为基本单元,具有气压梯度力,重力和Ｃｏｒｉｏｌｉｓ力的地球大气宏观体系的基础上,直接引入大气动力主程组,建立了非平衡态大气热力学的熵平衡方程。     

凉爽条件下体感温度模型的建立及风速、水汽压、辐射的影响

本文通过对人体热量平衡方程的建立和分析结合不同年龄人群的新陈代谢特点 ,求得凉爽条件下 (日平均气温 Ta<2 1℃ )体感温度的理论计算公式和统计模型。在此基础上 ,分析了风、水汽压、辐射对体感温度的影响     

ON PROBLEMS OF HIGHLY TRUNCATED LOW-SPECTRAL MODEL IN STUDIES OF MULTIPLE EQUILIBRIA IN THE ATMOSPHERE

The multiple atmospheric equilibria are studied by using a barotropic vorticity equation with thermal forcing and dissipative effects. Different low-spectral models are used to discuss the variations of theequilibrium states, with the results that the multiple features of equilibrium states depend heavily on thetruncations of the spectra, and the low-spectral model has obvious shortcomings in solving non-linear equations,suggesting that one has to be very Careful to employ highly truncated low-spectral model in approximating partial differential equations.     

南半球环状模事件的准地转调整过程分析

本文利用NCEP/NCAR逐日再分析资料,分析了南半球环状模（SAM）事件生命过程中的准地转调整过程.由于SAM沿纬圈的水平尺度远远大于临界尺度罗斯贝变形半径,因此要求纬向风场在地转调整过程向气压场适应以达到地转平衡.研究结果表明,在纬向平均环流中,异常Ferrel环流强度的变化超前于SAM强度变化约2/16位相,异常Ferrel环流能够通过超前的整层大气质量的经向输运,改变中高纬度的质量分布装状况,导致中、高纬度地区间的位势高度梯度异常变化,而中、高纬度地区间的位势高度梯度异常发生变化就意味着SAM强度和位相发生变化;而当SAM强度和位相发生改变后,即中、高纬度地区南北方向上的位势高度梯度发生变化后,可破坏中纬度地区纬向风场与位势高度场之间的地转平衡,产生地转偏差;地转偏差产生后,又可驱动经向散度风场,造成Ferrel环流异常的变化,由此形成一个自我内部循环调整过程.     

A Coupled Hydrophobic-Hydrophilic Model for Predicting Secondary Organic Aerosol Formation

The formation of secondary organic aerosol (SOA) results from the absorption of gas-phase organic oxidation products by airborne aerosol. Historically, modeling the formation of SOA has relied on relatively crude estimates of the capability of given parent hydrocarbons to form SOA. In more recent work, surrogate organic oxidation products have been separated into two groups, hydrophobic and hydrophilic, depending on whether the product is more likely to dissolve into an organic or an aqueous phase, respectively. The surrogates are then allowed to partition only via the dominant mechanism, governed by molecular properties of the surrogate molecules. The distinction between hydrophobic and hydrophilic is based on structural and physical characteristics of the compound. In general, secondary oxidation products, because of low vapor pressures and high polarities, express affinity for both the organic and aqueous aerosol phases. A fully coupled hydrophobic-hydrophilic organic gas-particle partitioning model is presented here. The model concurrently achieves mass conservation, equilibrium between the gas phase and the organic aerosol phase, equilibrium between the gas phase and the aqueous aerosol phase, and equilibrium between molecular and ionic forms of the partitioning species in the aqueous phase. Simulations have been performed using both a zero-dimensional model and the California Institute of Technology three-dimensional atmospheric chemical transport model. Simultaneous partitioning of species by both mechanisms typically leads to a shift in the distribution of products to the organic aerosol phase and an increase in the total amount of SOA predicted as compared to previous work in which partitioning is assumed to occur independently to organic and aqueous phases.     

Equilibrium mechanism analysis on the physical processes of IAP3.0

Based on the detection of the dynamic and thermodynamic functions of the physical processes in IAP3.0, the equilibrium mechanisms of the temperature, moisture and wind are analyzed. The negative feedback between the longwave radiation and temperature is verified. The cooling regulation of net radiation on temperature is mostly balanced by the heating of precipitation, the leading actions on temperature of other processes such as vertical diffusion, shallow cumulus convection and friction are merely available for lower air. The moisture consumption of precipitation is compensated on the whole by the provision of shallow cumulus convection, which sustains the moisture conservation to a high degree. The wind field is directly regulated by the momentum redistribution of cumulus, the dry adiabatic convection and vertical diffusion. Yet, the prominent influences of these processes are generally confined to the lower level. The east wind at low latitudes and the west wind at high latitudes are both weakened by the regulations and furthermore, by virtue of the transportation of mean meridional circulation, such a variation exactly maintains the angular momentum conservation.     

无机盐热力学平衡模式的简化及其应用

利用查表法简化无机盐热力学平衡模式ISORROPIA,对温度、相对湿度、总氨(NH3+NH4+)、总氮(HNO3+NO3-)和总硫(H2SO4+SO42-)等5个影响因子进行分档,建立不同组合情况下硫酸盐、硝酸盐、铵盐等物种平衡浓度的查算表。在区域气候化学模式系统(RegCCMS)中,分别用查算表检索法和直接耦合热力学平衡模式的方法模拟我国2003年1月和7月硝酸盐气溶胶的浓度分布。结果表明:查表法既能显著提高计算效率,在无机盐模拟性能方面又与直接耦合法保持较好的一致性,在气溶胶气候效应研究方面具有良好的应用前景。     

Measuring household vulnerability to climate change—Why markets matter

Climate change and climate variability affect households in developing countries both directly through their impact on crop yields and indirectly through their impact on wages, food prices and the livelihoods of the poor. Therefore, vulnerable household groups cannot be identified without considering their position in and access to markets. I illustrate the effects – transmitted through markets – that are significant in household exposure, sensitivity and adaptive capacity to climate change by simulating productivity shocks to maize up to 2030 due to climate change in a computable general equilibrium model of Malawi. The results show that rural households with large land holdings may benefit from the adverse impact of climate change on maize yields as a result of increased maize prices. Urban poor and small-scale farmers are vulnerable to climate change due to the large portion of their incomes spent on food. Existing vulnerability measures that do not consider equilibrium effects and characterise all farmers as vulnerable may therefore be misleading.     

GRAPES全球模式静力平衡奇异向量改进及应用试验

采用线性化物理过程方案的GRAPES全球模式奇异向量在进行非线性模式积分时会有部分奇异向量出现崩溃问题,这说明奇异向量结构可能存在扰动变量之间不协调之处,需要对奇异向量扰动的计算方法优化,进而改进基于奇异向量的集合预报初值扰动,提高GRAPES全球集合预报效果。基于原有的GRAEPS全球奇异向量计算方法,在求解奇异向量时,对气压扰动的处理进行改进,将初始时刻的气压扰动分量通过位温扰动根据静力平衡关系导出获得,其他保持一致,发展了静力平衡奇异向量改进方法。基于有两个台风过程的个例（2019年8月8日12时（世界时））,分别采用原奇异向量方法和静力平衡奇异向量改进方法进行热带气旋目标区奇异向量的计算求解,并进行相应奇异向量的非线性模式积分,对比分析奇异向量非线性积分的稳定性。进而,对比分析奇异向量求解方法改进前、后热带气旋奇异向量的结构特征和初值扰动特征,开展了集合预报试验,评估改进后的奇异向量求解方法对GRAPES全球集合预报系统预报性能的影响。试验结果表明,静力平衡奇异向量改进方法通过产生协调的气压扰动和位温扰动场,解决了奇异向量非线性积分崩溃的问题,消除了原来不利于积分稳定性的气压扰动过于局地化的小尺度结构。静力平衡奇异向量改进方法对奇异向量中位温扰动分量和纬向风扰动分量结构影响较小,使得气压扰动分量的大值区位于台风附近,更好地描述热带气旋初值不确定性,与位温扰动分量的分布更加协调。采用静力平衡奇异向量改进方法,可以提高GRAPES全球集合预报在北半球和南半球等压面要素集合预报技巧和中国地区24 h累计降水概率预报技巧,增大台风路径集合离散度。      

用一维能量平衡模式研究华北干旱化的一些问题

近年来华北干旱化表现为降水减小和温度增加，本文用一维能量平衡模式在不计平流的条件下研究年温度增加和降水减少间的关系，所得结果大致符合我国北方的实际资料。还研究了在二氧化碳倍增情况下一维能量平衡模式得出的华北温度增加大小，其值在1℃左右，大致符合数值模式得出的结论，表明该模式在研究华北干旱化时有一定的用处。