全球海气耦合模式对我国极端强降水模拟检验

以1961—1999年我国地面观测逐日降水资料作为观测基础, 初步分析了18个全球海气耦合模式对我国20世纪极端强降水的模拟能力。分析模式对不同级别降水的模拟发现, 各模式模拟的我国1~10 mm小雨日数普遍明显偏多; 10~25 mm中雨日数的模拟结果总体上也以偏多为主, 虽然部分模式能够模拟出我国南方存在的高值中心, 但位置偏北至长江中下游地区; 25~50 mm大雨日数在我国南方明显偏少, 并且大值中心的位置基本都没能模拟出来; 50 mm以上暴雨日数的模拟结果也明显偏小, 除MIROC3.2(hires) 外大部分模式在长江以南地区的结果都未超过2 d; 大部分模式不能正确模拟出我国东部地区大雨日数变化趋势的空间分布。进一步分析各模式对极端强降水的模拟发现:各模式极端强降水阈值明显低于观测; 半数左右的模式模拟出了1961—1999年西北西部极端降水增加的趋势, 个别模式趋势系数的大小与观测相当, 大部分模式对东北和长江中下游地区的模拟结果呈与观测反向的变化趋势, 没有模式能够模拟出我国东部地区存在的东北—华北与华中—长江中下游—华南存在的极端强降水日数增加-减少-增加-减少的空间分布; 大部分模式模拟的极端强降水日数标准差与观测结果比较接近, 这可能主要是由于对观测和各模式使用了同样的判定极端强降水发生的方法。总的来看, 全球海气耦合模式对我国极端强降水的模拟能力还有待进一步改进。     

S波段相控阵天气雷达与新一代天气雷达探测云回波强度及结构误差的模拟分析

由中国气象科学研究院国家灾害天气重点实验室与中国电子科技集团南京第14研究所联合研制的S波段相控阵天气雷达采用宽波束发射多波束接收,从而很大程度上缩短雷达扫描周期,但是由于相控阵雷达其波束宽度的增加以及波束宽度与增益不再是定值而是随着仰角而发生变化,必然在一定程度上牺牲雷达探测分辨率,造成其回波细节的缺失。为了比较该S波段相控阵天气雷达与S波段多普勒天气雷达在探测云反射率因子大小和结构方面的差异,采用双线性插值方法,模拟出空间分辨率很高的降水云团,并模拟相控阵天气雷达和S波段新一代天气雷达的波束特性对其进行扫描,通过模拟扫描得到的反射率回波,分析了对同一降水云团、相同距离位置,相控阵天气雷达与S波段常规多普勒天气雷达回波在水平方向和垂直方向的差异,结果表明:相控阵雷达对回波水平方向上和垂直方向上的平滑作用在一定程度上改变了回波的结构,减弱了回波的中心强度,使一些小的强回波中心消失。相对于S波段多普勒天气雷达,减少了极弱回波与强回波的面积,增加了中间强度回波的面积。探索了模拟分析相控阵天气雷达与多普勒天气雷达数据的方法,为相控阵天气雷达的定标和定量测量提供了理论参考。     

空气微小间隙放电的伏距特性

电阻电压降的空气击穿强度为500kV/m已是共识,然而笔者在研制"低压电源避雷绝缘子"专利产品过程中,发现小间隙电阻电压降的空气击穿强度大大高于此值,于是在"外径千分尺"上设立可调节放电间隙,从0间距开始,每次扩大0.01mm,对空气微小间隙放电的伏距特性进行测试研究.发现空气间隙放电的伏距特性随着间隙的增大由非线性变化区段发展到线性变化区段的规律,0.4 mm是非线性变化区段变为线性区段的关节点.当间隙小于0.4 mm时,击穿电压与击穿距离存在降指数函数关系;当间隙大于等于0.4mm时,击穿电压正比于距离加一个常量,即距离每增加0.01mm,击穿电压增加5 V,常量为1560 V.500kV/m只是间隙在大于等于0.4mm区段并间隙无限增大时空气击穿强度无限趋近的最低值,与微小间隙的空气击穿强度严重不符.     

闪电产生氮氧化物(LNOX)及其输送过程的模式计算

利用三维强风暴动力电耦合模式,模拟分析了一次雷暴过程中放电活动特征及平流和湍流对LNOX的输送特征。结果表明,在中部负电荷区域的上边缘,对应上升气流区外围、水平流场中心部位的区域,因为放电传输距离较长,所以强放电区主要落在这些部位,且向上传输。在负电荷中心区也有少数放电点,但传输距离较短。闪电产生的氮氧化物逸出闪道后,被云中平流和湍流输送,最后在弱流场区域内形成LNOX浓度中心,峰值达9×10-9。LNOX的输送主要以平流为主,但在云底层及雷暴消散阶段,湍流输送也起重要作用。在雷暴云消亡期,LNOX的峰值为2.7×10-9,比晴天值大1个量级。     

闭合气压系统中心分布特征量及应用

用单位半径球面上闭合气压系统环流指数P（强度）、C（中心位置）的多年序列,构造了历年系统中心在C-周围分布的3个特征量：1）平均距离r,它定义为历年系统中心C偏离于气候中心C-（即中心位置异常C′）的权重几何平均距离,是系统中心分布区域大小的度量;2）压缩系数μ,它描述了历年系统中心分布区域偏离于圆形的程度,是历年系统中心位置分布各向异性的度量;3）极大异常方向β,它用系统中心极大异常偏离-C处正东方向的角度,给出了系统中心的主要异常方向。对1948—2007年6、7、8月100hPa南亚高压中心位置分布特征量的计算结果表明,它们能简要、精确地描述系统中心位置异常在球面上的分布特征。根据r、μ、β的定义,它们也适用于精确描述球面上其他要素场中闭合系统中心在球面上的分布特征。     

地闪回击电磁场对架空线路耦合过电压的数值模拟

为了研究地闪回击通道周围的电磁场对架空线路的耦合过电压,首先采用指数衰减传输线型工程回击模式(MTLE)模拟分析了回击通道周围电磁场的分布特征,然后运用以Agrawal模型为基础的场—线耦合程序对架空线路感应过电压进行了数值计算,并将模拟计算结果与人工引雷实验结果进行比较,所得线路过电压的计算结果与实验数据基本相符。模拟结果表明,地闪回击电场的垂直分量和水平分量都应考虑到场—线耦合机制中;回击通道基电流波形的陡度同时影响到架空线路感应过电压的幅值和陡度,而电流幅值只影响感应过电压的幅值;当观测距离较近(50 m)时,架空线路上感应过电压幅值与电流回击速度呈反相关;随着观测距离的增加,架空线路上感应过电压波形上升沿时间增加、幅值减小;此外,架空线路感应过电压幅值随线路高度和接地电阻的增加而增大,与线路长度和直径的变化无关。     

2010年10月海南岛一次特大暴雨过程数值模拟和诊断分析

使用WRF 模式对2010 年10 月4-6 日发生在海南岛的特大暴雨过程进行数值模拟和边界条件敏感性试验.敏感试验表明,使用0.5° ′ 0.5°分辨率的GFS 资料作为边界条件模拟效果最好.模拟结果表明,采用4 km 水平格距试验模拟的强降雨中心（1 200 mm）位置、量级与实况强中心（1 084 mm）基本接近,模拟的48 h 雨量在海南岛上呈东多西少的分布特点,与实况基本相符,但模拟的西部降雨较实况偏多.同时利用模拟结果对风场、水汽通量散度、假相当位温、低空急流和散度垂直通量等要素进行了诊断分析,结果表明在热带低压、冷空气和副热带高压的影响下,存在着强低空急流、强水汽辐合中心、大气对流不稳定结构及高低空配合较好的辐散辐合作用,使得本次过程上升运动异常强烈,从而产生特大暴雨.     

电涌保护器电压保护水平值的合理判定

通过对一个防雷设计方案的分析,阐述了如何正确理解防雷设计方案中电涌保护器(SPD)的标称放电电流、电压保护水平(Up)等参数。通过对两个型号的Ⅱ级试验SPD检测报告中数据的对比分析,指出不应仅以SPD的铭牌上标注的电压保护水平(Up)值作为电压保护水平是否符合设计要求的依据,应结合SPD检测报告中的数据综合判断。建议生产商根据检测报告,标注几个标称放电电流值以下的特征电流对应的Up值,或者在产品说明中绘制冲击电流残压曲线图,完善SPD限压特性的描述。     

不同脉冲电流冲击下多级石墨间隙匹配特性研究

针对石墨间隙不同间距的配合使用问题,根据其工作原理并结合汤逊气体放电理论,采用1.2/50μs开路电压波和8/20μs短路电流波对不同级数的石墨间隙进行试验,结果表明:电压保护水平随着间隙距离的增加而增加,当间隙距离超过2mm时,电压保护水平远大于IEC规定的2.5kV。石墨间隙的残压、通流和动作响应时间都随着石墨级数的增加而增加,且间隙距离与残压比呈负相关关系。验证了石墨间隙的多间隙结构能够有效提升通流容量且减少续流。据此现象及理论分析,提出合理间隙距离条件下设计开关型电涌保护器的方法,在实际应用中具有一定参考价值。     

有线电视CATV系统防雷浅谈

1引言雷击释放能量很大,放电时间很短,泄放电流可达几万、甚至几十万安培。因此,直接遭雷击,在放电通道上毁坏性巨大。即使不是直接雷击,而是在落雷点附近的建筑物体,由于电磁感应,在建筑物体上或者在架空线上都会产生高电压冲击波,其感应电压可     

雷暴云内电荷水平分布形式对闪电放电的影响

为了定量探究雷暴云内电荷水平分布形式对闪电类型和先导传播行为的影响,建立了典型雷暴云电荷结构模型,引入控制电荷水平分布的参数,利用改进的随机放电参数化方案,开展二维高分辨率模拟试验。结果表明:主正电荷区电荷水平分布不均匀且向中心聚集时,产生的闪电类型多为正地闪和正极性云闪,随着电荷水平分布趋于均匀,闪电类型转变为负地闪;主负电荷区电荷水平分布趋于均匀时,闪电类型由负地闪向正极性云闪再向正地闪转变;闪电先导传播特征有较大差异,电荷分布密集不均匀时,先导被束缚在电荷高密度中心,主要在电荷区内发展,当电荷分布单一均匀时,先导能穿出电荷区并水平延伸十几至二十多千米。分析两个电荷区之间的电位分布发现,电荷区电荷水平分布趋于均匀时,位势线向电荷密度中心集中,整个位势阱水平延展,闪电触发点的初始电位值有较大差异,有利于闪电类型和先导传播行为的改变。     

一次强雷击空气冲击波引发灾害过程分析

对2010年9月13日发生在浙江省义乌城区附近室内隔墙倒塌事件,从雷暴和雷电强度、空气冲击波原理、隔墙墙体的牢固度等方面进行详细分析.结果表明室内的隔墙未作有效加固处理,是隔墙倒塌的内因;当天的10级大风所产生的风压,对隔墙倒塌具有一定影响,但雷暴云团强度强,雷电的负闪电流强度达到416.798 kA,远远超过一般雷灾强度100～200 kA的值,在近距离的雷电放电造成的空气冲击波,对隔墙倒塌具有引发作用是主要因素.     

INFLUENCE OF MODEL HORIZONTAL RESOLUTION ON THE INTENSITY AND STRUCTURE OF RAMMASUN

We use the WRF (V3.4) model as the experimental model and select three horizontal resolutions of 15, 9, and 3km to research the influence of the model’s horizontal resolution on the intensity and structure of the super-strong typhoon Rammasun (1409) in 2014. The results indicate that the horizontal resolution has a very large impact on the intensity and structure of Rammasun. The Rammasun intensity increases as the horizontal resolution increases. When the horizontal resolution increases from 9km to 3km, the enhancement of intensity is more obvious, but the strongest intensity simulated by 3km horizontal resolution is still weaker than the observed strongest intensity. Along with the increase of horizontal resolution, the horizontal scale of the Rammasun vortex decreases, and the vortex gradually contracts toward its center. The vortex structure changes from loose to compact and deep. The maximum wind radius, thickness of the eye wall, and outward inclination of the eye wall with height decrease, and the wind in the inner core region, updraft motion along the eye wall, and strength of the warm core become stronger. Additionally, the pressure gradient and temperature gradient of the eye wall region increase, and the vortex intensity becomes stronger. When the horizontal resolution increases from 9km to 3km, the change in the Rammasun structure is much larger than the change when the horizontal resolution increases from 15km to 9km. When the model does not employ the method of convection parameterization, the Rammasun intensity simulated with 3km horizontal resolution is slightly weaker than the intensity simulated with 3km horizontal resolution when the Kain–Fritsch (KF) convection parameterization scheme is adopted, while the intensity simulated with 9km horizontal resolution is much weaker than the intensity simulated with 9km horizontal resolution when the KF scheme is adopted. The influence of the horizontal resolution on the intensity and structure of Rammasun is larger than the influence when the KF scheme is adopted.     

大气垂直运动方程若干问题讨论

本文对大气垂直运动方程的尺度分析和小量可否忽略重新进行了讨论，认为如同存在水平地转平衡一样，在大气垂直方向应当存在垂直地转平衡。并提出在大气垂直方向可能存在更高阶平衡：一级平衡为静力平衡，二级平衡为静力偏差和垂直柯氏力的垂直地转平衡，可能还存在第三级平衡，即垂直地转偏差和重力异常的平衡，最后，重力异常偏差的最级有可能与大气行星波垂直加速度和引潮力垂直分量已处于同一量级。     

不同台风降水强度下风廓线雷达适用性

以2019年8月在浙江舟山对1909号超强台风“利奇马”的移动观测试验为基础,利用同一地点释放的9次GPS探空气球,对比了风廓线雷达和多普勒激光测风雷达与GPS探空的吻合程度,并利用车载雨滴谱仪对风廓线雷达在不同台风降水强度下的适用性进行了研究。结果表明,在100~300 m高度范围内激光测风雷达观测风速比风廓线雷达更准确。由水平风速对比结果可知,风廓线雷达在3~4 km高度范围内偏差最小(3.59 m/s),相关性最高(0.86),而在1 km高度下偏差最大(6.39 m/s),相关性最低(0.54);在中雨及大雨条件下适用性最差,最大风速偏差约为18 m/s。由水平风向对比结果可知,风廓线雷达与GPS探空总体上吻合较好,相关系数均大于0.85,均方根偏差均小于11 °。另外,降水强度对风廓线雷达的风向观测影响较小,风向偏差随降水强度的变化总体趋于平稳,基本分布在-20 °~20 °之间。      

斜压大气中环流非对称结构与台风移速关系的数值研究

采用４层准地转斜压模式,在无环境气流的情况下,进行了两次数值试验,研究了台风环流不同方位、不同半径处的非对称程度与其中心移速的关系,以及不同层次台风环流的非对称结构与台风移速的相关性。结果表明：（１）距台风环流中心１００～３００ｋｍ的东一西向和东北一西南向非对称程度与其东西向移速有稳定的强负相关,２００～５００ｋｍ的东南一西北向非对称程度与其南北向移速有稳定的强正相关。（２）模式最下层环流的非对称结构与台风移速的关系最密切。在该层,距中心１００～４００ｋｍ的东一西向和东北一西南向非对称程度与台风沿东西向移速密切相关,１００ｋｍ以外的东南一西北向非对称程度与台风沿南北向移速密切相关。     

近海面风场对黄东海域海平面特征影响的分析与模拟

基于1993—2012年TOPEX/Poseidon(T/P)卫星海平面异常SLA(Sea Level Anomaly)数据和FSCR(Climate Forecast System Reanalysis)再分析风场资料,分析黄东海域近20 a海平面的时空分布特征,尤其是不同时间尺度风场影响的变化特征,进而通过区域海洋模式对海面高度短期变化的可能机制进行探讨。结果表明:1)黄东海域海平面多年平均状态为南高北低,近海面季节性风场在岸线分布和海水热膨胀特征下,造成海面冬春季偏低,夏秋季偏高。近20 a黄东海域平均风速逐步减弱,平均海面上升速率为2.9 mm/a。2)风场的短期活动主要为灾害性大风,统计显示冬夏寒潮大风和台风大风均呈频数减少、强度增强的趋势。运用FVCOM(Finite Volume Community Ocean Model)模拟分析台风和寒潮作用下黄东海域海平面的变化,发现台风强风可形成辐散式海流气旋式涡旋,对应海面为下凹负值中心;北路寒潮大风可形成海流反气旋式涡旋,对应海面为上凸正值中心。两类涡旋的强海流部分增强了海面倾斜度。3)强海流部分动能和动量迅速向海水深部下传,无论在深度和强度上,寒潮造成的海流涡旋动能和动量下传比台风涡旋更迅速,更强。这与寒潮降温引起的海洋层结不稳定对流作用有关。     

Implementation of CMA-GFS 3D-Var System on the Yin-Yang Grid

The global three-dimensional variational (3D-Var) data assimilation is implemented on a new quasi-uniform overset (Yin-Yang) grid on sphere. As a quasi-uniform spherical grid, it covers the sphere by overlapping two perpendicularly oriented grid components which is nothing but low latitude region of the usual latitude-longitude grid. Based on this characteristic of the Yin-Yang grid, it enables us to implement the regional 3D-Var system efficiently and accurately on the Yin or Yang component grid, respectively. The global analysis could update directly from the regional analysis since they have the same configurations like the precondition of eigenvalue decomposition for vertical direction, recursive filtering for horizontal direction, minimization method and observation operator and so on. However, the balance equation and vector wind are needed to be paid more attention on the Yin grid analysis due to its coordinate transformation. How to spread the observation information near the boundary of Yin and Yang grid is a key to the 3D- Var analysis. Extending double the horizontal correlation length distance in the overset boundary of Yin and Yang grid has successfully solved the problem. The results show that the analysis on the Yin-Yang grid is reasonable and similar to the result on the latitude-longitude (LAT-LON) grid. This paper provides a promising strategy for the development of a 3D-Var global system for overset grids.     

台风环流区域内中尺度涡量传播特征的研究

用一个高分辨率f平面直角坐标系的正压准地转模式,实施了10组积分时间为36 h的试验,研究了初始位于台风外区的一个中尺度涡旋与台风涡旋的相互作用。结果表明:这种相互作用可以激发一个从外区伸展到内区的较小尺度的涡旋对,以此方式将涡量内传至台风中心附近。同时,中尺度涡旋呈现涡量集中化的特征。涡量内传与涡量集中化共存,使内区涡量增多,导致台风增强。此外,在一定条件下,这种相互作用还可以使涡量带破碎和断裂,形成一系列空间尺度更小的涡块。     

四川省康定市泥石流灾害与降水预报阈值确定

通过对康定市历史泥石流灾害资料与历史气象降雨资料进行统计分析,揭示了康定市泥石流灾害与降雨的关系特征,并在此基础上,研制了康定市1h、3h降雨量诱发泥石流预警指标。结果表明:康定市境内各地均有发生泥石流灾害的可能性,东部地区是泥石流的高易发区。康定市境内泥石流灾害发生与当日降雨量、短时强降雨、前期有效降雨量关系密切。降雨量大且降雨强度强的月份（6~8月）易发生泥石流灾害。短时强降水的强度越大,发生灾害的风险越大,强降水出现频率最高的时段（19:00~02:00）也是泥石流高发时段。当降水强度<10mm/h和20mm/3h时,有出现泥石流的可能性,泥石流灾害气象风险等级为4~5级;当降水强度达到10~20mm/h、21~35mm/3h时,发生泥石流的可能性较大,风险等级为3级;当降水强度达到21~35mm/h、36~50mm/3h时,泥石流发生的可能性大,风险等级为2级;当降水强度>35mm/h、50mm/3h时,泥石流发生的可能性极大,风险等级为1级。