2003年下半年的天灾预测和结果检验

制约我国天灾（旱、涝、震）活动的地热涡列共有4条,本文首先介绍了2003年上半年4条地热涡列的活动特征,然后根据其演变趋势预测了下半年我国将可能发生的天灾。从预测结果看,降水和洪灾预测较好,地震预测仍然不行。文中对地震预测应走的路提出了看法。     

1980～1994年台湾海峡两岸的地热涡与降水季度预报初探

利用１９８０～１９９４年大陆３．２ｍ深度和台湾３．０ｍ深度的地温资料,分析了１５ａ来的逐季地气图,统计了台湾海峡两岸的地热涡活动,发现平均每季有１个地热涡活动,其水平尺度比大陆内部的地热涡要小,生命史也要短,进入台湾地区的地热涡绝大多数是从西方和北方进入,其移动速度比大陆内部的要快得多。９０％以上的地热涡在同期有多雨区与其对应,热涡中心与多雨中心相距在１００ｋｍ以内者占６８％。最后给出了一个季度降水的定性预测方案,其步骤为：预报地热涡的中心位置、强度和水平尺度;推算降水正距平区的水平尺度、中心位置和强度;根据本区发生的地震等情况进行预报订正。     

地气图预测全国月降水的实践总结

根据地热涡的移动规律和地热释放的持续性,我们设计了两种月降水的预测方法:(1)外推法,依据过去2~3个月地热涡和多雨区的移向、移速,外推下个月多雨区的位置;(2)"正多负少"规则,利用地热释放的持续性,对3.2 m地温月际变温为正的地区,预测下月多雨,月际变温为负的地区预测下月少雨("正多负少"规则)。此规则的历史拟合率约为65%。指出了5种不符合"正多负少"规则的情形及其可能原因。利用上述2种方法,从2005年9月开始进行全国降水预测试验,按全国统一评分方法,2年多来平均得分为67.5分,2007年12个月的平均得到70.5分。     

用冬季地气图预测河套地区春夏旱涝的初步方法

分析了河套地区9个测站1954-2005年春季(3~5月)和夏季(6~8月)降水距平百分率及对应的冬季地气形势,经对比分析地气形势可分为5种类型:(1)大涡型,(2)小涡型,(3)河套处于地热涡或地冷涡的东(西)边缘(东西相反型),(4)河套处于地热(冷)涡的南(北)边缘(南北相反型),(5)地气系统尺度很小(系统零乱型)。分析发现:“大涡型”最为稳定,河套春、夏季降水也是稳定的多或少(对大地热或冷涡);“小涡型”的稳定性不如大涡,但做夏季预测时可参考大涡型;“东西相反型”意味着河套地区在地热涡和地冷涡之间,可预测河套地区春夏季降水将是正常;当出现“南北相反”或“系统零乱”型时,预报准确率较低。     

利用地热异常定性预测年度降水之方法

将“地气图”方法引入年度降水的定性预测中,在分析了1955－1996年共42a的气修资料及地球自转速度的变化与同期地热涡族轴线走向之间的关系后,发现地热族轴线与我国东部雨带的走向基本一致,且多（少）雨带轴线与地热（冷）涡族轴线基本相合,即轴线呈南北向时,雨带亦呈南北向,反之亦然。在地球自转的减慢年,雨带往往呈南北向。     

龙羊峡水库流量变化的地下原因和预测方法探讨

利用3．2m地温资料,从地热涡和地冷涡的演变来分析黄河上游唐乃亥入库流量变化的地下原因,并初步总结了其预测方法。     

应用“地气图”预测西北旱涝的初步研究

利用我国141个测站1980～2000年逐月3．2m地温资料和160个测站1961～2000年逐月降水资料，用“地气图”方法对西北区内“地热涡”的分布特征进行详细分析。结果表明，西北区“地热涡”平均水平尺度为560km，每个“地热涡”平均持续时间约4．3个月，而且多雨区与“地热涡”，少雨区与“地冷涡”有很好的对应关系。此结果支持文献[1]、[2]提出的地气耦合的概念模式。     

1996～1998年逐月地震地温场与降水场演变分析

利用最近３ａ逐月的地温、地球自转和地震资料,分析了地热涡的演变与我国降水场的关系。发现在地转加快月有利于地热涡族的加强,降水增多;地转减慢月则反之。还发现地震是地热涡发展增强的一个强信号。     

河北省廊坊地区暴雨预报的地气学方法

利用1981 2011年发生在中国及周边地区4级以上地震资料和廊坊地区降水资料,首先分析了落在廊坊地区境内的地震"拍涡"和河北省境内4级以上地震引发的"震源涡"对廊坊地区降水的影响,然后进一步统计分析了由于地热涡产生和活动引起的地温场分布、变化与暴雨天气产生和落区分布关系,最后对2011年廊坊地区降水与暴雨个例进行了检验分析。结果表明,由4级以上地震引发的落在廊坊地区境内的地震"拍涡"及河北省境内4级以上地震相伴的"震源涡"可导致廊坊地区降水异常和偏多;一年中由于地震频发落在廊坊地区境内形成的多个地震"拍涡",其存在可以导致廊坊地区数月降水的异常和偏多。从地气学的角度分析,影响廊坊地区多雨和暴雨的主要地气系统是地震"拍涡"和"震源涡"。通过对2011年廊坊地区降水及暴雨个例的分析表明,掌握地下中强震活动信息,充分利用地热涡形成引起的地温场变化以及地热涡最强点("超能值")的分布,结合天气影响系统的诱发,对暴雨及其落区预报具有非常重要的预报参考价值。     

青海省雪灾气候预测的地气图方法

通过对青海省1960年以来全省各气象站的雪灾资料统计分析,结合青海省南部(下称青南)地区8月份的地气形势,发现二者之间有很好的相关：夏季地热涡和正鞍形场多对应冬季为重雪灾;地冷涡和负鞍形场多对应冬季为轻灾或无灾。春夏季上游的中强地震可加强冬季的雪灾。由此表明,利用地气图方法可以较好地预测青海省的雪灾。     

ENSO事件对冬季北半球太平洋风暴轴维持的影响

利用欧洲中期天气预报中心（ＥＣＭＷＦ）每日客观分析资料及美国大气研究中心（ＮＣＡＲ）再分析资料研究ＥＮＳＯ事件对简报北半球太平洋风暴轴维持的影响,结果表明,Ｅｌ、Ｎｉｎｏ（Ｌａ Ｎｉｎａ）年,风暴轴区域斜压性强（弱）,风暴轴位置向东（西）扩展（收缩）且强度强（弱）,与风暴轴发展有关的涡动热量通量和运量通量也同时增强（减弱）,由此揭示出ＥＮＳＯ事件对太平洋风暴轴的维持和发展有重要影响．     

Wintertime extratropical cyclone frequency around Japan

Data analysis and regional atmospheric model (RAM) experiments revealed key factors in the control of wintertime cyclone passage routes from Northeast Asia to the western North Pacific. The cyclone routes were independent of the global flow pattern in the interannual variability, while cyclone growth closely agreed with linear baroclinic theory. The RAM experiments with a different lateral boundary condition composed of a combination of monthly mean and transient components also showed that the upstream eddies are important for the track route, but the background states are not. Additionally, the RAM experiments showed that the mean flow controlled the growth rate of cyclones.     

Some Thoughts On Local Isotropy And The 4/3 Lateral To Longitudinal Velocity Spectrum Ratio

Applications of Kolmogorov's universal equilibrium hypothesis and the Taylor transform to velocity spectra derived from measurements within the low frequency portion of the atmospheric surface layer (ASL) inertial subrange are examined. The measured ratios of lateral to longitudinal velocity component spectra exhibit considerable scatter, but suggest convergence towards 1.0 rather than towards the 4/3 expected from theory. Shear and buoyancy introduce anisotropy to the inertial subrange, thereby contributing to the observed scatter. The apparent discrepancy between the 4/3 velocity component spectrum ratio expected from theory and the measurements could arise as a consequence of the processing used to produce spectra. These processing effects must be considered from the perspective of the propagating eddy. Spectral averaging used with sonic anemometer data is done over time periods that are large with respect to inertial subrange eddy correlation decay times. This averaging causes energy from larger scale eddies to appear as `local convection' that dominates the Taylor transform. Spectrum ratio convergence and cospectra approaching zero are necessary, but not sufficient, conditions for onset of local isotropy. Measurements of spectrum ratios and cospectra over the entire inertial subrange are needed to determine whether or not local isotropy might occur within the ASL.     

Turbulence Structure Within and Above a Canopy of Bluff Elements

Measurements of turbulence structure in a wind-tunnel model canopy of bluff elements show many of the features associated with vegetation canopies and roughness sublayers but also display features more characteristic of the inertial sublayer (ISL). Points of similarity include the existence of an inflexion point in the space-time averaged streamwise velocity at the canopy top, the variation with height of turbulent second moments and the departure of the turbulent kinetic energy budget from local equilibrium in and just above the canopy. Quadrant analysis shows characteristic dominance of sweep over ejection events within the canopy although sweeps are more frequent than usually seen in vegetation canopies. Points of difference are a u′, w′ correlation coefficient that is closer to the ISL value than to most canopy data, and a turbulent Prandtl number midway between canopy and ISL values. Within the canopy there is distinct spatial partitioning into two flow regimes, the wake and non-wake regions. Both time-mean and conditional statistics take different values in these different regions of the canopy flow. We explain many of these features by appealing to a modified version of the mixing-layer hypothesis that links the dominant turbulent eddies to the instability of the inflexion point at canopy top. However, it is evident that these eddies are perturbed by the quasi-coherent wakes of the bluff canopy elements. Based upon an equation for the instantaneous velocity perturbation, we propose a criterion for deciding when the eddies linked to the inflexion point will dominate flow structure and when that structure will be replaced by an array of superimposed element wakes. In particular, we show that the resemblance of some features of the flow to the ISL does not mean that ISL dynamics operate within bluff-body canopies in any sense.     

总云量产品在中国区域的分析检验

对ISCCP、常规观测以及MODIS总云量3种目前使用较多的总云量资料进行对比分析, 重点考察时间序列较长的ISCCP和常规观测总云量, 给出定量对比结果, 为使用这3种总云量资料的用户提供参考。研究表明:ISCCP与常规观测总云量相比, 7月二者的空间分布具有很好的一致性, 但白天ISCCP总云量比常规观测总云量多, 夜间却往往比常规观测总云量少, 二者误差分布表现为东部和东南部小于西北部的特征; 而1月二者空间分布比较一致, 但是在天山和东北地区高、低值中心经常不匹配, 这两个区域总云量资料需慎用; 7月ISCCP总云量精度明显高于1月。ISCCP、常规观测以及MODIS总云量对比结果表明:1月MODIS总云量比其他两种资料大, 而7月为最小。相对常规观测, 1月ISCCP总云量精度优于MODIS, 而7月MODIS总云量略优于ISCCP。     

1961—2016年我国区域性暴雨过程的客观识别及其气候特征

利用全国2287个气象观测站1961—2016年逐日降水资料,基于对暴雨区进行连续追踪的思路,采用暴雨相邻站点数和暴雨区中心距离确定了中国区域性暴雨过程的客观识别方法;根据区域性暴雨过程的平均强度、持续时间和平均范围构建了区域性暴雨过程的综合强度评估模型。利用该客观方法对1961—2016年中国的区域性暴雨过程进行识别,并分析其气候和气候变化特征。结果显示：我国区域性暴雨过程年均38.5次;区域性暴雨过程一年各月均可出现,但主要出现在4—9月,其中7、8月发生最为频繁,6月区域性暴雨过程持续时间长、范围广、综合强度强,这与长江中下游地区梅雨现象有关。一年中,区域性暴雨过程首次出现日期平均为3月6日,末次出现日期平均为11月14日;1961—2016年,我国年区域性暴雨过程首次出现日期呈明显提前、末次日期呈显著推后、暴雨期呈显著延长的变化趋势;年发生总频次呈微弱增多,较强区域性暴雨过程次数呈明显增加趋势;区域性暴雨过程的覆盖范围和综合强度均呈显著增大趋势。南方型区域暴雨过程变化趋势与全国的基本一致;北方型首次日期呈提前、末次日期呈推后趋势,发生频次有微弱减少趋势,覆盖范围、持续时间、综合强度均无明显变化趋势。     

北京高速公路大气能见度演变特征及其物理分析

根据首都国际机场高速公路专业气象自动监测站网所提供的高时间分辨率资料, 对大气能见度演变特征以及相应的物理因子进行分析。结论如下: (1) 大气能见度具有明显的日变化和逐月变化特征。就日变化而言, 能见度以14时最大, 但最低值出现时段却不一定。对于季节变化, 全年以夏季大气能见度状况最好。 (2) 无论是季节变化还是日变化, 高速公路上的大气能见度与气象要素之间都是复杂的非线性关系, 而不是简单的线性关系。通过对21个月中能见度最低月资料的分析表明, 大气能见度与湿度间呈明显的乘幂分布关系, 其与气温呈U型相关。但在月平均能见度最大月, 能见度则与湿度呈指数关系。 (3) 从物理上来看, 大气能见度与湿度的关系, 主要是通过水汽分子的Rayleigh散射和雾的Mie散射两个方面来表现; 风速则是由于压力阻力卷起大气气溶胶来影响大气能见度的; 而0℃附近温度影响大气能见度则主要是通过Bergeron三相过程。 (4) 200 m以下的低能见度基本上是湿度在100%的情况下发生的, 即都是大雾天气影响的直接结果, 但对200 m以上的低能见度则不同, 200～1000 m其间有一半是雾, 而1～4 km的能见度中不到三分之一是雾, 主要是由灰霾、 沙尘暴等天气现象造成。     

对偶Kriging插值方法在气象资料分析中的应用

非对偶Kriging方法是一种局部插值, 因此对每个插值点都要重新求解Kriging线性系统从而非常耗时。该文介绍了通过等价变换将泛Kriging方法转换成对偶Kriging方法, 对偶Kriging方法是一种全局插值, 其Kriging线性系统不依赖插值点, 因此仅需一次求解Kriging线性系统即可计算所有插值点的值, 从而极大提高了计算效率。数值试验的实际计算表明, 对偶Kriging方法不仅计算精度完全与泛Kriging方法一致, 整体效果相当于或优于GrADS绘图软件的Cressman方法; 而且对偶Kriging方法的计算效率远高于泛Kriging方法。最后, 该文通过统计与拟合得到了降水的4类半变异函数模型的表达式, 并通过敏感试验研究4类半变异函数模型对降水分析精度的影响。     

江淮梅雨对东亚副热带夏季风进程及海温异常的响应

利用1960—2020年江淮地区75个气象站逐日降水量、气温、相对湿度资料以及NCEP/NCAR再分析资料和Hadley中心海表温度资料，研究了东亚副热带夏季风进程变异对江淮梅雨的影响，揭示了不同类型梅雨期太平洋海温及大气环流异常特征。结果表明：8种江淮梅雨类型中，多雨型占45.9%，少雨型占54.1%，其中多雨型在前30 a占36.7%，后31 a占63.3%。江淮典型梅雨年（高温高湿多雨）的主要特征为安徽南部、江苏中部及湖北东部地区降水偏多，安徽南部、江西东北部及浙江西北部气温偏高，淮河流域湿度大；而在非典型梅雨年（低温低湿少雨）大部分地区雨量偏少，气温呈"东高西低"分布，低温中心区位于淮河中游，湿度呈"西大东小"分布。欧亚大陆中高纬度阻塞高压增强，脊前向南输送的西北气流加强且路径偏东，中国东北冷涡强度较强且位置偏西南，东亚大槽加深，槽后冷空气向南输送，有利于典型梅雨形成。当前期冬春季赤道东太平洋海温异常偏高，西太平洋海温异常偏低时，西太平洋副热带高压强度偏强、面积偏大、脊线位置偏南、西伸脊点偏西，东亚副热带夏季风推进到江淮地区的时间偏早，出梅偏晚，梅雨期降水量偏多。     

两层正压准平衡海洋模型的中纬度自由涡旋波动解

建立了具有瑞利摩擦且仅考虑大洋西海岸或同时考虑大洋东、西海岸的两层正压准平衡海洋模型,并做了解析求解,用以研究中纬度的自由涡旋波。得到的主要结论有:模型中该波动的解为波包。在仅考虑大洋西海岸时该波包的载频频率是连续谱;而同时考虑大洋东、西海岸时其为离散谱;且均有载频频率越高(周期越短)水平尺度越大的特点,对过分低频的波动,则会使准平衡的假定不再适用。模型中该波动波包载频的周期约在26天至24年。因考虑了摩擦,该波包的振幅随时间呈指数衰减,但摩擦系数的大小仅影响其衰减程度而不改变其空间结构,最终该波包振幅趋于0,故该两层正压海洋模型的解就趋于大气风场的强迫特解。模型中该波包的载频都是西传的;频率较高则西传较快,波包的特性和变形都很明显;频率低,则西传慢,其波形接近平面简谐波。在该两层正压模型中,该波动上层流场与正压模型中的流动类似,而下层海洋流动则其流速与上层海洋相同,而流向相反。该模型中该波动的性质是准平衡(准无辐散)的涡旋波,当摩擦不太大且其水平尺度在10km以上时,其性质则为准地转的Rossby波。