风电场对气候变化影响研究进展

综述了国际评估风电场对局地和全球气候变化的短期和较长期的可能影响,并且将其影响与人类排放的影响作简单的对比.大量的观测和数值模拟研究表明,风电场的运行明显减小下游风速,同时随局地近地层稳定度的不同也造成下游温度明显上升或下降.一些数值模拟研究表明,如果全球建立大量大型风电场,例如假定全球使用风能占总能源10％以上,即全...     

局地地形、地表特征对上海暴雨过程影响的研究

作者在对2001年8月5~6日上海地区一场特大暴雨的诊断分析与数值模拟研究中确知,停滞在上海的热带低压及在其内发生、发展起来的中尺度对流云团是造成此次暴雨的直接天气系统。暴雨过程中,非常规观测资料及高分辨率暴雨数值模拟结果的分析对于揭示热带低压内暴雨中尺度系统的结构及发展演变的时空连续性具有重要作用。但同时也意识到,对于造成暴雨的各尺度系统的发生、发展,特别是造成局地突发性强降水的暴雨中尺度系统,某些物理过程的影响是不可忽视的。这些物理过程或独立影响着暴雨中尺度系统的发展,或相互作用、相互制约,共同影响着暴雨中尺度系统的发展。为此,作者在此次暴雨过程较成功的数值模拟研究基础上,对上海附近山脉地形及上海地区地表状况等可能影响暴雨中尺度系统发展的物理过程进行了模拟试验研究,结果表明,上海及其周边地区局地山脉地形和上海地区的地表分布特征虽不是造成此次局地突发性强暴雨的直接原因,但明显影响着暴雨系统的移动、停滞、发展和加强。上海以西的莫干山、天目山在热带低压东移过程中对于气流具有一定阻挡作用,有利于暖湿气流的聚集及热带低压移速的减慢。但若山脉过高且热带低压移至非平原地带,则来自西南的暖湿气流会受阻而汇集在莫干山至杭州湾一带,这样在相对强的偏西气流作用下,热带低压的移向就会出现变化。另外,上海局地地表城市化特征的加强使得城市近地层空气的暖干特性效应和城区上风方风速辐合,并由此引起暴雨系统内中尺度动力、热力特征出现变化,这值得在局地暴雨强度预报中加以关注。局地城市地表特征是城市暴雨灾害不容忽视的影响因素。     

四川盆地西部暴雨对初始水汽条件敏感性的模拟研究

基于区域暴雨数值预报模式AREM, 针对2003年8月发生在四川盆地西部的多次局地强暴雨过程, 通过数值试验, 讨论了川西暴雨对初始水汽条件的高度敏感性, 揭示了川西暴雨过程独特的局地水汽循环特征。初始水汽条件不仅决定着暴雨的强度, 还对最大降水发生时间产生明显影响, 从而决定模式对降水日变化的模拟效果。局地初始水汽偏大, 不仅导致24小时降水总量的迅速增加, 甚至空报暴雨, 还使得主要降水时段明显提前, 使夜雨变为昼雨。局地初始水汽减少不仅会显著减小降水量, 甚至会致使暴雨消失,还会使主要降水时段滞后。     

局地海陆热力对比对南海夏季风爆发影响的数值试验

使用P-σ区域气候模式，通过两组海温异常下的数值试验和2个理想试验来初步探讨南海与中南半岛局地海陆热力对比对南海夏季风爆发的影响。结果表明：冬春季南海海温增暖使南海高低空均呈现出有利于季风环流形成的形势，促进南海夏季风的爆发；冬春季南海海温变冷的作用则基本相反。南海地区局地海陆热力对比是南海夏季风爆发的可能原因之一，这种局地的海陆热力差异叠加在大尺度的海陆热力差异作用之上，对南海季风在南海地区突发性爆发特征的形成起了一定的促进作用。     

应用Models 3/CMAQ对2011年3月日本福岛核泄漏的数值研究

2011年3月12日,受日本以东地震和海啸影响,福岛核电站发生核物质泄漏。本文采用空气质量模式系统（Models-3／CMAQ）,在理想假设条件下,对此次核泄漏事故进行了数值模拟。研究结果表明：模拟期间,核泄漏物质主要影响福岛附近地区和西北太平洋海区;核泄漏物质能扩散至较高的高度,源区核辐射量随高度呈指数减小;核泄漏物质主要通过东北路径和偏东路径影响我国,但核辐射影响极其轻微;Models-3／CMAQ具有对核泄漏事故的模拟能力。     

一次局地大暴雨过程的数值模拟和诊断分析

采用中尺度数值模式MM5(V3)对2002年8月15-16日发生在江苏启东附近的一次局地大暴雨过程进行了数值模拟,较好地模拟出了本次过程的暴雨中心落区和降水量,以及相关的中尺度系统的发生、发展过程.探讨了中尺度涡旋、局地环流对这次暴雨过程的影响,结果表明,中尺度涡旋对暴雨的发生起了至关重要的作用,局地环流的存在,也有利于降水的发生.     

黄河源区草地退化对局地气候环境影响的数值模拟

土地覆盖变化会影响到近地层各气象要素发生不同程度的变化.利用中尺度数值模式MM5,设计了一个控制试验和一个敏感性试验.通过对2003年7月一个月的积分,模拟了黄河源区草原退化对局地气候环境的影响.结果表明,黄河源区草原退化导致该地区2 m高度气温及地表温度明显升高;空气湿度及土壤湿度不同程度减小;草原退化后降水的减小影响到径流减小;草原退化后还引起退化区感热通量增加,潜热通量减小,有效通量(感热通量+潜热通量)减小.与草地农牧化相比,草原退化对气候环境的影响程度更强.     

地面降水诊断方程对降水过程的定量诊断

降水, 尤其是强降水 (暴雨), 对国家经济发展、 社会建设以及人民生活影响巨大, 然而由于同降水相关的物理过程非常复杂, 因此, 对降水的研究与预测十分困难。过去有关降水的研究大多关注水汽及水汽辐合 (输送) 的影响, 对与降水有关的水汽收支研究较多。Gao et al.(2005a) 率先将大气中水汽和云中水凝物 (云水、 雨水、 云冰、 雪及霰等) 的变化方程结合起来, 得到一个地面降水诊断方程, 从而可以将与降水有关的大气中水汽和云的演变过程在同一框架下定量地分析研究。本文利用一套21天长度的热带云分辨尺度模拟资料, 通过计算地面降水诊断方程中的局地水汽变化、 水汽辐合辐散率、 地面蒸发率以及云的变化率等各项, 分析了这些物理过程对降水的贡献, 指出局地水汽和云的变化率、 水汽辐合率, 地面蒸发率等均对地面降水有重要贡献。区域平均资料分析表明, 若水汽辐合与局地大气变干共存, 则产生强降水; 若存在水汽辐合但局地大气增湿或者存在水汽辐散但局地大气变干, 则引起中等强度降水; 若水汽辐散与局地大气增湿共存, 则造成弱降水。将降水划分成对流和层状降水进行分析发现, 对流降水率一般大于层状降水率, 水汽辐合是对流降水最主要的水汽源, 而局地大气变干则是层状降水最主要的水汽源。区域平均局地大气变干主要发生在降水性层状云区, 而最强的局地大气增湿则发生在对流云区和晴空区; 最强的局地云的消散发生在层状云区, 而最强的局地云的发展发生在对流云区。     

不同边界层参数化方案对台风“利奇马”模拟的影响研究

基于中尺度数值模式WRF,对比分析了六种大气边界层物理过程参数化方案(BouLac、MYJ、UW、YSU、ACM2、SH)对台风“利奇马”模拟结果的影响。结果表明,不同边界层方案对“利奇马”路径的模拟结果影响较小,但对其强度和结构演变的模拟结果影响显著。其中,局地闭合方案UW方案模拟的结果最强,局地闭合方案BouLac次之,而局地闭合方案MYJ和三种非局地闭合方案YSU、ACM2和SH的模拟强度都较弱。这些方案中,BouLac模拟的海平面最低气压与实况最为接近。通过对比这些边界层方案的模拟结果发现,由于台风强度的差异受到热力和动力的共同影响,边界层方案如模拟得到的地表潜热通量和边界层中湍流扩散系数较大,将导致较大的径向风和低层辐合,从而模拟得到较强的台风强度;反之,则台风强度较弱。      

模式顶选取对南海季风爆发过程模拟的影响

本文利用MM5(V3)中尺度模式系统以1998年5月南海季风爆发过程为例，试验了模式顶层气压选取对南海季风爆发过程模拟结果的影响。共做了2个数值试验，分别将模式项选在100hPa和50hPa。试验表明，模式顶选取更高将使得和南海季风爆发过程相对应的东亚高空急流强度和位置模拟与观测更趋一致，并且南海北部地区季风爆发后强降水发生的时间及降水强度的模拟也得到明显改善。     

The California tsunami of 15 June 2005 along the coast of North America

Abstract

An M_w = 7.2 earthquake occurred on 15 June 2005 (utc) seaward of northern California off the west coast of North America. Based on the earthquake location and source parameters, the West Coast and Alaska Tsunami Warning Center issued a tsunami warning for the region extending from the California‐Mexico border to northern Vancouver Island, British Columbia (the first tsunami warning for this region since the 1994 M_w = 8.2 Shikotan earthquake). Six tide gauges on the west coast recorded tsunami waves from this event, with a maximum trough‐to‐crest wave height of 27.7 cm observed at Crescent City, California. Waves of 2.5 to 6.5 cm were measured at the five other sites: Port Orford (Oregon), North Spit and Arena Cove (California), and Tofino and Bamfield (British Columbia). The open‐ocean Deep‐ocean Assessment and Reporting of Tsunami (DART) buoys, 46404 and 46405, recorded tsunami waves of 0.5 and 1.5 cm, respectively, closely matching wave heights derived from numerical models. Incoming tsunami wave energy was mainly at periods of 10 to 40 min. The observed tsunami wave field is interpreted in terms of edge (trapped) and leaky (non‐trapped) waves and a “trapping coefficient” is introduced to estimate the relative contribution of these two wave types. Due to the high (3000 m) water depth in the source area, approximately two‐thirds of the total tsunami energy went to leaky wave modes and only one‐third to edge wave modes. The improved response to and preparedness for the 2005 California tsunami compared to the 1994 Shikotan tsunami is attributable, in part, to the operational capability provided by the open‐ocean bottom‐pressure recorder (DART) system, higher quality coastal tide gauges, and the effective use of numerical models to simulate real‐time tsunamis.     

亚洲夏季风爆发与热源强迫下的热带大气Rossby波

对南海夏季风爆发前的风场和局地对流凝结加热强迫作用进行了合成分析, 表明南海夏季风爆发前局地对流凝结加热作用对与南海夏季风爆发密切相关的低频涡对的产生起着重要作用.然后, 从动力学的角度研究了带有外部热源强迫的赤道β平面上的Rossby波, 利用Gardner-Morikawa变换和摄动展开方法, 得到了热源强迫下描写赤道Rossby的mKdV方程, 进而得到了不同热源形式下切变气流中赤道非线性Rossby波的解析解.结果表明, 不同类型的热源对赤道Rossby波的结构起着非常重要的作用, 同时也为南海夏季风爆发前低频涡对的形成给出了一种动力学解释.     

2003年淮河暴雨期大气水汽输送特征及成因分析

利用NCEP/NCAR再分析资料,分析了2003年淮河流域发生持续性暴雨期间的水汽输送情况,发现暴雨区的异常水汽并不是来自通常输送量最大的水汽输送通道2(来自印度洋孟加拉湾的西南气流经中南半岛到我国东部地区)和水汽通道3(来自孟加拉湾的水汽经中南半岛到达南海与南海的偏南气流汇合再向北输送),而主要来自位置异常西移的水汽输送通道4(来自副高南侧的偏东气流沿着副高边缘转向向东输送到我国东部雨区)。暴雨区内有大量的异常纬向水汽通量距平,但并没有对异常降水辐合产生贡献,而相对小量的经向水汽通量距平在暴雨区产生强烈的辐合,为持续性暴雨提供绝大部分水源。输送至暴雨区的大量经向异常水汽通量距平主要来源于暴雨区南侧紧邻的中国南部沿海地区,而不是主要的水汽源区——南海。造成大气中水汽输送及辐合异常状况的最主要原因是西北太平洋副热带高压的异常西伸,强度偏强,且长期稳定少动。此外,欧亚两槽一脊的环流形势和副高北侧异常加强的低层西风急流及其稳定性也是形成此次淮河流域持续性暴雨必不可少的条件。     

Classification of persistent heavy rainfall events over South China and associated moisture source analysis

Persistent heavy rainfall events (PHREs) over South China during 1981–2014 were selected and classified by an objective method, based on the daily precipitation data at 752 stations in China. The circulation characteristics, as well as the dry-cold air and moisture sources of each type of PHREs were examined. The main results are as follows. A total of 32 non-typhoon influenced PHREs in South China were identified over the study period. By correlation analysis, the PHREs are divided into three types: SC-A type, with its main rainbelt located in the coastal areas and the northeast of Guangdong Province; SC-B type, with its main rainbelt between Guangdong Province and Guangxi Region; and SC-C type, with its main rainbelt located in the north of Guangxi Region. For the SC-A events, dry-cold air flew to South China under the steering effect of troughs in the middle troposphere which originated from the Ural Mountains and West Siberia Plain; whereas, the SC-C events were not influenced by the cold air from high latitudes. There were three water vapor pathways from low-latitude areas for both the SC-A and SC-C PHREs. The tropical Indian Ocean was the main water vapor source for these two PHRE types, while the South China Sea also contributed to the SC-C PHREs. In addition, the SC-A events were also influenced by moist and cold air originating from the Yellow Sea. Generally, the SC-C PHREs belonged to a warm-sector rainfall type, whose precipitation areas were dominated by southwesterly wind, and the convergence in wind speed was the main reason for precipitation.     

中国沿海风能分布特征及其影响因子的数值模拟

利用欧洲中期天气预报中心0.75°×0.75°再分析资料,对中国海岸线两侧相邻区域内的风能、风速进行研究,讨论不同季节、不同区域风能、风速的分布特征;利用WRF(Weather Research Forecast)模式模拟海表面温度上升和城市化发展对中国东部沿海风能的影响。结果表明:1)中国沿海风能的时空分布不均一,季节变化明显。春季渤海湾区域风能明显大于其他三区(华东沿海、东南沿海和南海北部沿海区域)。夏季渤海湾区域风能显著小于其他三区,而华东沿海区域风能稍大。秋季东南沿海和南海北部沿海区域风能较大。冬季沿海四区风能大小接近。一般而言,秋冬季风能较大、春夏季风能较小,夏季风能显著小于冬季。2)不同区域、不同季节风速的年际变化存在明显差异。除冬季东南沿海区域风速有增大趋势外,其他区域各季节风速都呈缓慢减小趋势,但减小幅度很小。3)海表温度升高在不同季节对风速的影响不同。春季渤海湾和山东半岛、北部湾沿海及杭州湾风速随海温升高而增强。夏季海温升高幅度不同,则风速显著变化区域不同,但大部分沿海区域风速随海温升高而增强。秋冬季风速随海表温度升高而增强,影响区域较稳定:秋季东南沿海和华东沿海区域风速增强,冬季渤海湾和南海北部沿海区域风速增强。4)城市化发展增大了地表摩擦力,使得夏秋季登陆我国的热带气旋迅速减弱,沿海风速随之减小。     

2021年冬季海洋天气评述

2021 年冬季(2021 年12 月—2022 年2 月)大气环流特征为:北半球极涡呈多极型分布,中高纬环流呈3 波型分布。位势高度距平场显示,东亚中纬度地区处于正距平区,西伯利亚脊偏强,而东亚大槽较常年同期偏弱,冷空气活动偏少、强度偏强。我国近海出现了 8 次 8 级以上大风过程, 其中冷空气大风过程4 次,冷空气和温带气旋共同影响的大风过程3 次,冷空气和台风共同影响的大风过程1 次。我国近海未出现大范围的海雾过程。西北太平洋和南海共生成 2 个热带气旋,且均达到超强台风级,其中 2122 号台风“雷伊”是历史上 12 月在南海海域达到超强台风级的 2 个台风之一,也是历史上直接袭击南沙群岛的最强台风,还是影响南海最晚的超强台风。另外,全球其他海域共生成热带气旋14 个。我国近海出现2. 0 m 以上大浪过程的天数有56 d,约占冬季总日数的62%。冬季,我国近海海域呈明显降温趋势,北部海域的降温幅度明显大于南部海域,冬季海面温度较常年整体偏高。     

印度洋偶极子对中国南海夏季西南季风水汽输送的影响

利用NCEP/NCAR再分析资料和中科院大气物理研究所PIAP3大气环流模式,分析了印度洋偶极子对夏季中国南海西南季风水汽输送的影响。结果表明,印度洋偶极子正位相期间夏季中国南海西南水汽输送较强,负位相期间则较弱。原因可归结为以下:正位相期间,MJO（Madden-Julian Oscillation）多活动于热带西印度洋,其向东传播受到阻碍,但经向传播明显,通常可传播至孟加拉湾地区,同时PIAP3显示印度洋季风槽位置偏北,且印尼以西过赤道气流较强,从而使得这一地区气旋性环流得到建立与加强。孟加拉湾地区对应着较强的对流活动以及深厚积云对流加热,从而通过对流加热的二级热力响应使西太平洋副热带高压位置向北推进,进而使得南海地区西南季风水汽输送得到建立与加强。在此期间孟加拉湾、中南半岛至南海地区对流活动较强,而苏门答腊沿岸对流活动受到抑制,由此增强了Reverse-Hadley环流,使低层经向风较强,进而增强了南海西南季风的水汽输送,PIAP3大气环流模式证实了Reverse-Hadley环流的增强。负位相期间,MJO多活动于热带东印度洋,在东传过程中受到Walker环流配置影响,在140°E赤道附近形成东西向非对称积云对流加热热源,其东侧Kelvin波响应加强了东风异常并配合副热带高压南缘东风压制了中国南海的西南季风水汽输送。在此期间,MJO在南海地区的经向传播较强,但经向传播常止步于南海地区15°N附近,虽携带大量水汽,但深厚积云对流强烈地消耗水汽使大气中水汽含量降低,PIAP3大气环流模式证实负位相期间深厚积云对流对水汽消耗加大,从而使得负位相期间南海地区水汽含量与正位相期间大体相近,但由于经向风不足使水汽向北输送较弱。     

A CLIMATOLOGY OF DEEP CONVECTION OVER SOUTH CHINA AND THE ADJACENT WATERS DURING SUMMER

Due to the higher temporal and spatial resolution and the better integrality of long-term satellite infrared(IR) Brightness Temperature(TBB) data,a climatology of deep convection during summer over South China and the adjacent waters is presented in this paper based on the 1-hourly infrared IR TBB data during June-August of 1996-2007(except 2004).The results show that the geographic distribution of deep convection denoted by TBB ≤-52℃ over South China and the adjacent waters are basically consistent with previous statistical results based on surface thunderstorm observations and low-orbit satellite lightning observations.The monthly,ten-day,five-day and diurnal variations of deep convection in this region are focused on in this paper.There are 5 active deep-convection areas in June-August.The monthly variations of the deep convection are closely associated with the large-scale atmospheric circulations.The deep convection over the land areas of South China is more active in June while that over the South China Sea is more active in July and August.The development of deep convection is prominently intermittent and its period is about 3 to 5 five-day periods.However,the deep convection over the coastal areas in South China remains more active during summer and has no apparent intermittence.The ten-day and five-day variations of deep convection show that there are different variations of deep convection over different areas in South China and the adjacent waters.The tendency of deep convection over the land areas of South China is negatively correlated with that over the South China Sea.The diurnal variations of deep convection show that the sea-land breeze,caused by the thermal differences between land and sea,and the mountain-valley breeze,caused by the thermal differences between mountains and plains or basins,cause deep convection to propagate from sea to land in the afternoon and from land to sea after midnight,and the convection over mountains propagates from mountains to plains after midnight.The different diurnal variations of deep convection over different underlying surfaces show that not only there are general mountainous,marine and multi-peak deep convection,but also there is longer-duration deep convection over coastal areas and other deep convection triggered and maintained by larger-scale weather systems in South China during summer.     

2021年秋季海洋天气评述

2021年秋季(9—11月)北半球大气环流特征为:极涡整体呈单极型,中高纬环流呈5波型分布,欧亚地区西风带环流形势季节内调整大,副热带高压(以下简称“副高”)偏强,西伸明显。秋季我国近海大风过程主要由冷空气、温带气旋和热带气旋影响造成。在12次8级以上大风过程中,冷空气影响8次,温带气旋影响6次,台风影响4次。西北太平洋和南海共生成9个台风,其中5个台风进入我国近海,在东西带状分布的副高影响下,近海台风主要活跃于南部海域;全球其他海域共命名热带气旋18个。我国出现2 m以上大浪过程的日数为74 d,约占总日数的81%,大浪过程与大风过程联系密切。秋季我国近海海面温度整体偏高,随着冷空气的逐渐活跃,北部海区和沿岸海域海面降温迅速,沿岸海面温度梯度加大,我国近海海域中,海面温度梯度最大的区域出现在东海。     

印度洋、南海和东南沿海海温异常影响江淮流域6~7月降水量的分析及数值模拟

利用统计分析和CCM3数值模式研究了印度洋、南海和东南沿海同期海温异常对江淮梅雨的影响。统计分析结果表明:印度洋、南海和东南沿海的正 (负) 海温异常对应于江淮流域的多 (少) 雨。对OLR资料分析表明:当印度洋OLR为正 (负) 距平时, 江淮流域OLR也为正 (负) 距平, 但南海和东南沿海OLR多为负 (正) 距平。数值模拟结果表明:当印度洋为正海温异常时, 中高纬地区的阻高偏强, 江淮流域为多雨区; 印度洋为负海温异常时, 东亚沿海出现江淮流域旱年的环流形势, 与统计事实相符合。