黑风暴的沙尘形成与输送参数化及中尺度数值试验

西北地区典型黑风暴和强沙尘暴都是在特定大尺度环流背景和中尺度系统相互作用下发生和发展的，而中、低空强锋区相伴的强冷锋移经沙源充足的大沙漠区是黑风暴和强沙尘暴形成和发展的必要条件。为了研究黑风暴和沙尘暴的沙尘形成、输送及沉降机制，本文提出了一种沙尘源、汇项的参数化方案和一个沙尘输送方程，进而引入已有的ＭＭ４中尺度数值模式模拟系统；应用这个改进和发展的模式模拟系统基本成功地模拟了“９３．５”黑风暴的天气系统演变及其沙尘浓度的近地层和垂直分布以及沙尘的沉降与输送。模拟结果分析表明，用包括沙尘输送方程及其沙尘源、汇项参数化方案的中尺度数值模式来研究黑风暴的沙尘形成、输送和沉降机制是一种具有应用前景的方法。     

一次沙尘暴天气及沙尘输送过程的数值模拟

动用ＭＭ４中尺度动力学模式结合沙尘气溶胶传输模式。模拟分析了１９９２年４月２２日发生的一次沙尘暴天气及沙尘输送过程。     

“8,11”山东特大暴雨的数值模型分析

利用中尺度数值模式ＭＭ４,对“９９．８”山东特大暴雨进行数值模拟,探讨了弱冷空气、地形、东南气流对本次过程的影响机制,结果表明：中低层中尺度涡旋是造成本次过程的主要天气系统,其空间上的倾斜特征是本次特大暴雨天气的触发机制之一;弱冷空气是特大暴雨的直接触发因素;地形的辐合抬升作用是暴雨加剧的另一主要原因,东南气流为特大暴雨提供了水汽来源。     

中国北方沙尘天气气象场的数值模拟

利用PSU/NCAR的非静力中尺度气象预报模式MM5对北方地区气象场进行模拟,通过对2001年3月21日发生并影响北京地区的沙尘过程的数值实验表明,该模式能够较好地模拟和预测北方沙尘天气的时空演变特征。低值系统以及其低层辐合、高层辐散的垂直结构,可以产生很强的上升气流,形成地面起沙和沙尘上扬,而强风是沙尘输送的动力条件。利用轨迹模式对空气质点轨迹进行了模拟研究,可以较好地反映沙尘的发生源区和输送路径,与卫星监测和天气系统分析是一致的。并编写软件用于演示气象场的动态效果。     

一次黄沙输送过程的数值模拟研究

运用MM4中尺度动力学模式结合沙尘气溶胶传输模式,模拟分析了1992年4月10日发生的一次沙尘暴天气及沙尘气溶胶（黄沙）输送过程。得出蒙古气旋冷锋后的大风是沙尘扬起的主要动力,地形抬升、白天混合层内的湍流扩散和锋区强烈的上升气流将沙尘输送到高层。沙尘气溶胶的水平输送主要通过对流层下层和上层两层向下游输送。低层沙尘随冷锋一起向下游输送,移速较慢;高层沙尘主要通过西风气流迅速输送到下游区域。     

水汽输送的算法精度与模式暴雨预报能力的对比分析

利用中尺度模式ＭＭ４，研究了中尺度模式的暴雨模拟对于不同不汽输送方案的敏感性。采用５种平流差分格式来计算水汽的水平输送，用该模式对３次暴雨过程作了数值试验。并把不同方案的降水模拟结果与实况进行了对比。结果表明，中尺度模式的暴雨模拟对水汽输送方案十分敏感，正定高精度的Ｐｒａｔｈｅｒ格式的模拟结果最接近实况。     

一个适用于我国北方的沙尘暴天气数值预测系统及其应用试验

将澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)邵亚平发展的具有清晰风蚀物理学概念的起沙数值模式、输送模式与PSU/NCAR的中尺度气象预报模式MM5进行耦合,以高精度中国区域的GIS(Geographic Information System)数据为基础,建立了一个较完整的沙尘暴起沙和输送过程的预测系统.该预测系统可以预测地面起沙率和大气中沙尘浓度.在此基础上,采用该系统对2002年3～4月3次影响我国北方大部分地区的沙尘(暴)天气的起沙和输送过程进行了模拟试验.试验结果表明模拟的沙尘浓度与地面天气现象及卫星云图的沙尘天气范围比较一致,预测系统对沙尘天气的起沙和输送过程有较好的模拟能力.北方上述大范围沙尘天气的沙尘源地为蒙古国的南戈壁省、东戈壁省,内蒙古中西部,河北省北部,山西省东北部,甘肃和青海北部等地区.起沙中贡献最大的粒子粒径为2～11μm和11～22 μm,能够长时间、长距离输送的沙尘也是上述大小的粒子,沙尘粒子的垂直输送高度一般在500 hPa以下.     

一次华南低空急流暴雨的数值模拟

利用中尺度数值模式ＭＭ４对一次无明显锋面系统配合的α－尺度华南低空急流引起的暴雨过程进行了模拟。结果表明，ＭＭ４可利用ＥＣＭＷＦ的大尺度资料成功地模拟此次过程，而利用模式输出的连续高分辨的结果，可以做大量的分析工作；在缺少高分辨中尺度实测资料的情况下探讨低空急流的结构，机制及它与暴雨的关系等问题提供了很好的可借鉴的方法。     

MM5微机模拟系统的简介和初步应用个例

本文将ＰＳＵ／ＮＣＡＲ ＭＭ５中尺度数值模式移植到微机上,利用改进的空军中尺度数值预报业务系统的前后处理技术,在微机（或工作站）上建立起了ＭＭ５中尺度模式模拟系统,介绍了该系统的各模块技术方案同时对南北方两次性质不同的暴雨个例进行了成功的模拟,并对一次梅雨锋暴雨进行了数值试验。实践表明,ＭＭ５中尺度模式诉建立十分成功,对天气形势、降水特别是暴雨等重大灾害性天气的模拟能力较强,模拟效果与实际基本一致     

1997年7月19日影响北京地区的暴雨个例分析

针对在实际业务预报中经常遇到的北京地区降水的两种特殊性(明显天气系统移来时，北京地区降水明显比周围偏多或偏少)，选取一个实例利用中尺度非静力模式(MM5)对降水比周围偏多情况进行了高分辨率数值模拟和敏感性试验。结果表明，该模式比较成功地模拟了此次天气过程及其相关的中尺度系统的发生发展，凝结潜热对天气过程的发生发展有重要作用，而地形在天气过程中也起着主要作用，低层潜在不稳定能量的储备和输送是暴雨发生不可缺少的条件。