非均匀介质中地震波传播的数值模拟

地震波场数值模拟方法多种多样,各种方法都有各自的特点.这里推出一种全新地震波场模拟方法--基于Forsyte广义正交多项式的迭积微分算子法,该方法将计算数学中的Forsyte多项式,应用到地震波传播的数值模拟中,它同时具有广义正交多项式迭积微分算子的高精度和有限差分短算子算法的高速度.通过对算子长度的调节及算子系数的优化,可同时兼顾波场解的全局信息与局部信息.复杂非均匀介质模型数值模拟结果说明了该方法的可行性.将该方法的计算结果与傅氏变换伪谱法、错格高阶有限差分法相比较,结果说明,该方法在波场模拟方面具有较好的发展潜力,并具有自身独到的优越性.     

论环境流场切应变率对台风移动的作用

利用浅水波正压环境流场切应变率对台风移动的影响，得到的结果是：在环境流场切应变率空间不均匀条件下，正切应变率引起的台风偏差路径比负切应变率引起的偏差路径要长，特别在正切应变率的区域，正切应变率要比相对涡度梯度对台风移动有更大的影响。     

2.5维各向异性介质中地震波场数值模拟

这里实现了在2.5维各向异性介质中地震波传播的数值模拟。首先从2.5维一阶速度-应力弹性各向异性波动方程出发,得出了该方程的拟谱法数值解法;然后通过对Marmousi速度模型进行数值模拟,表明了拟谱法的有效性;最后计算并分析了均匀和混合各向异性介质中波的传播快照和理论模拟的地震记录,进一步认识了波在各向异性介质中的传播规律。     

非均匀介质中交错网格高阶有限差分数值模拟

地震波场的数值模拟一直是地球物理学的一个重要的研究领域,而在数值正演模拟方法的研究中,计算精度和计算效率是评价该方法有效性及优越性的二个关键问题。这里从一阶速度—应力弹性波动方程出发,着重介绍如何构造离散化模型的网格,如何求解空间导数,如何选取边界条件等内容,从而更有效地提高数值计算的精度与计算效率。文中构造了不同类型的介质模型,并在交错网格中,利用高阶有限差分模拟非均匀介质的波场传播。模拟结果表明,该方法实现简单,具有很好地稳定性和较高的精度,能够直观、高效地反映出介质中波场的传播规律。     

2011年长江中下游旱涝急转及汛期暴雨的对流条件研究

利用ERA-Interim及雨量和土壤水分观测资料,对比诊断了2011年5—6月长江中下游梅汛前极旱期急转为梅汛期洪涝的极端天气事件的对流条件（水汽、不稳定、抬升作用）差异及特征,并研究条件性湿位涡垂直通量（CMF）指数与暴雨之间的定量关系。结果表明:在极旱期,干冷的东北气流控制,西太平洋副热带高压偏东,低层水汽通量弱且以偏北风输送为主,中低层为下沉气流,无低空急流,等θ_se线稀疏,边界层抬升机制缺乏,是干旱加剧的主要因子;在梅汛期,西南气流增强,西太平洋副热带高压西伸,低层气流在长江地区辐合,低层水汽通量增加且转为西南和东南风输送为主,伴随高低空急流耦合和深厚的上升运动,等θ_se线密集形成梅雨锋,增强不稳定暖湿空气强迫抬升和垂直输送,造成暴雨频发,引起区域性洪涝。暴雨中心600 hPa以下为负湿位涡的不稳定层,对流不稳定与条件性对称不稳定共同作用是强降水发生的不稳定机制。CMF指数与旱涝变化、暴雨过程演变非常一致,在极旱（梅汛）期,CMF指数低（高）,变化平缓（剧烈）,CMF指数在暴雨开始时逐步剧增,结束时迅速减小。      

2013—2017年夏季东北冷涡下东北地区MCS的统计特征

利用2013—2017年6—8月FY-2E和FY-2G地球静止卫星相当黑体温度（Black Body Temperature,TBB）资料、NCEP/NCAR再分析资料,对我国夏季东北冷涡下东北地区MCS的分布和活动特征进行了统计分析,结果表明：（1） MCS的活动具有明显的月际变化和日变化特征,6月对流活动最活跃。MCS的主要移向是东、东北和东南,平均移动距离3.99个经纬距。（2） MCS成熟时刻的面积、偏心率和生命史均小于江淮地区以及中国中东部,云顶高度低于江淮地区,整个生命史表现出发展快消亡慢的特征,与江淮地区相反。（3）基于MCS的定义得到的Z标准,对2016—2017年的MCS作了统计分析并与J标准统计得到的MCS进行对比,得出,两种定义下的MCS环境场特征基本一致,主要表现为MCS多生成于500 hPa槽前和槽后,对流层高层MCS位于双急流之间靠近北支急流的辐散区,南侧急流高度在200 hPa,北侧的急流高度在250 hPa。低层,位于低空急流左侧,低涡南侧、东南侧,有较强的水汽和动量输送。槽前生成的MCS南侧中层存在垂直反环流向MCS输送干暖空气与位涡,槽后生成的MCS两侧均有大值位涡向其输送,同时北侧冷干空气的输送使锋区及上升运动加强,更有利于MCS的形成。（4）两种标准下的MCS造成的降水明显不同,在统计强降水方面Z标准要优于J标准。由于Z标准空间与时间尺度较小,统计得到的MCS较多;但同时会遗漏部分相对弱的MCS。     

EFFECTS OF SEA SURFACE TEMPERATURE AND ITS DIURNAL VARIATION ON DIURNAL VARIATION OF RAINFALL: A PARTITIONING ANALYSIS BASED ON SURFACE RAINFALL BUDGET

The effects of sea surface temperature(SST) and its diurnal variation on diurnal variation of rainfall are examined in this study by analyzing a series of equilibrium cloud-resolving model experiments which are imposed with zero large-scale vertical velocity.The grid rainfall simulation data are categorized into eight rainfall types based on rainfall processes including water vapor convergence/divergence,local atmospheric drying/moistening,and hydrometeor loss/convergence or gain/divergence.The rainfall contributions of the rainfall types with water vapor convergence are insensitive to the increase in SST from 27°C to 29°C during the nighttime,whereas they are decreased during the daytime.The rainfall contributions of the rainfall types with water vapor convergence are decreased as the SST increases from 29°C to 31°C but the decreases are larger during the nighttime than during the daytime.The rainfall contributions of the rainfall types with water vapor convergence are decreased by the inclusion of diurnal variation of SST with diurnal difference of 1°C during the nighttime,but the decreases are significantly slowed down as the diurnal difference of SST increases from 1°C to 2°C.The rainfall contributions of the rainfall types with water vapor convergence are insensitive to the inclusion of diurnal variation of SST during the daytime.     

模拟地震波传播的三维逐元并行谱元法

高效地震波场正演模拟对于复杂模型中地震波传播与成像研究至关重要.本文在谱元法原理框架内,对已有逐元谱元法改进,提出一种新的逐元并行谱元法求解三维地震波运动方程,并得到地震波场.逐元并行谱元法的核心思想在于在单元上进行质量矩阵与解向量的乘积运算,并将此运算平均分配至每一个CPU计算核心,此处理有利提升谱元法的并行计算效率.同时,根据Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)数值积分点与插值点重合的特点,将稠密单元刚度矩阵的存储转化成单元雅克比矩阵行列式的值及其逆的存储,大幅减少谱元法计算内存开销.此外,在模型边界上利用逐元并行谱元法求解二阶位移形式完美匹配层(PML)吸收边界条件,消除边界截断而引入的虚假反射.通过逐元并行谱元法得到的数值解与解析解对比,以及实际地震波场模拟,数值结果证实了逐元并行谱元法用于地震波场模拟的高效性.     

山东地区一次夏季极端暴雨中尺度系统发展演变过程及机理分析

对2020年7月22日山东半岛一次极端暴雨天气过程开展观测分析,并利用中尺度模式WRF对此次局地降水过程进行了高分辨率数值模拟,对暴雨过程进行了天气背景和中尺度降雨的诊断。WRF模式较好地再现了此次极端暴雨过程,结果表明：此次极端暴雨过程短时降水强度大且局地性强,在时空上具有明显中尺度特征。降水发生在北抬副热带高压与华北低涡底部之间的西南气流中,强低涡与低空急流是影响此次降水的重要天气系统。西南急流为本次暴雨过程极端水汽的主要输送载体;在弱高空辐散场下,从地表延伸至500 hPa高空的深厚低涡是造成本次暴雨的主要影响因子,其时空演变特征与中尺度云团变化一致,与暴雨的发生直接相关。低涡、低空急流和副高之间的相互作用使低涡加强发展,低涡南部有暖湿气流入流,北部有干冷气流流入,比湿梯度基本呈现为自南向北递减分布,是典型的伴有低空急流的中尺度低涡流场分布;低涡辐合及其与副热带高压边缘强风速带的共同作用,导致强垂直运动发展并维持,是造成本次山东半岛极端暴雨的重要原因。     

A MODELING STUDY OF PARAMETERIZATION SCHEMES FOR DEPOSITIONAL GROWTH OF ICE CRYSTAL: FOUR RAINFALL CASES OVER TROPICS AND MIDLATITUDES

Depositional growth of ice crystal is one of the major processes for development of precipitation systems and can be represented by depositional growth of cloud ice from cloud water (PIDW) and depositional growth of snow from cloud ice (PSFI) in cloud-resolving model. Four parameterization schemes are analyzed in the cloud-resolving model simulations of four rainfall cases over the tropics and midlatitudes. The comparison of time and model domain mean data shows that Shen’s scheme produces the closest rainfall simulation to the observation. Compared to Zeng’s scheme, Shen’s scheme improves the mean rain-rate simulation significantly through the dramatic decrease in depositional growth of cloud ice from cloud water. Compared to other schemes, Shen’s scheme produces the better rainfall simulation via the reduction in the mean rain rate associated with the enhanced gain of cloud water and ice.