华北汛期日降水特性的变化分析

基于中国740站逐日降水资料, 使用线性倾向估计、 Mann-Kendall突变检验等方法, 分析了华北汛期降水量、 5类汛期降水频率及其贡献率的趋势特征和年代际变化, 揭示出一些比较有意义的新事实, 结果如下: 华北汛期降水量、 5类降水频率及其贡献率都有一定的下降趋势, 华北汛期降水量下降趋势最明显。5类降水频率的下降趋势, 表现出明显的渐变特点, 其中, 小雨频率下降趋势最大, 暴雨频率和大暴雨频率的下降趋势并不显著。5类降水贡献率下降趋势中, 华北暴雨贡献率下降趋势最大。50年来, 华北汛期大雨贡献率最大, 接近于总降水的1/3。华北汛期降水量的多寡主要受其汛期大雨的频率和暴雨的贡献率影响。华北汛期降水量和暴雨贡献率都在1978年前后发生了年代际突变, 华北暴雨贡献率的年代际突变是造成华北汛期降水量发生年代际突变的内在因素。     

高空急流在北京“7.21”暴雨中的动力作用

利用常规观测、加密自动气象站降水资料以及NCEP/NCAR再分析资料等,使用天气动力学诊断方法,重点研究了高空急流对北京2012年7月21日（“7.21”）暴雨中降水突然增强时刻14时（北京时）和降水最强时刻19时的动力作用。结果表明,“7.21”暴雨的发生和西来的高空急流东移至北京上空有关,高空急流及其散度场和与高空急流相伴随的次级环流对“7.21”暴雨的发生起重要的动力作用。7月21日14时,高空急流轴的经向度开始增大,高空急流入口区右侧的散度场南北范围明显扩大,北京上空为深厚的对流运动,受来自低层的东南气流带来的暖湿空气的影响,北京地区降水量突然增大;20时,对流层高空急流轴的经向度进一步增大,此时由于北上西北低涡导致的低层辐合,使得北京上空对流层高层出现强辐散区,北京上空出现强烈的上升运动,加之来自东南的暖湿气流的影响,使得北京地区降水量在19时达到最大值。“7.21”暴雨中降水突然增强时刻和降水最大时刻,上升支均出现在高空急流入口区右侧,但是,次级环流的下沉支均发生在北京的东南部,这是影响“7.21”暴雨次级环流的一个重要特征。     

江淮梅雨期各类降水的变化分析

为了揭示江淮梅雨降水量的长期变化规律,利用1957~2008年中国740站逐日降水资料,使用线性倾向估计、小波分析等方法,在将日降水划分为小雨、中雨、大雨、暴雨和大暴雨5类降水的基础上,重点分析了江淮梅雨期间上述5类降水的趋势变化特征,结论如下:暴雨频率、暴雨强度是决定江淮梅雨降水多寡的主要内在因子;小雨、中雨的频率及其对梅雨量的贡献率的趋势变化在1970年代中期发生了显著的年代际变化,即由1970年代中期前的显著上升趋势改变为其后的显著下降趋势;大雨及其以上等级降水的频率、贡献率的趋势变化特征并不显著。     

2000年以来西南低涡的研究进展

西南低涡是形成于我国青藏高原东南侧的一种α中尺度涡旋,是导致中国夏半年暴雨的主要天气系统之一。文中简要回顾了2000年以来有关西南低涡的最新研究成果,主要包括西南低涡的人工智能识别、西南低涡频数的长期变化及其气候学特征、西南低涡的集合预报、双核西南低涡的首次发现等。在此基础上,归纳出该研究领域需要深入探讨的若干问题,包括西南低涡频数变化的外强迫因素,青藏高原特殊地形导致的地形Rossby波、重力波与西南低涡之间的相互关系,双核西南低涡的形成机制以及双核西南低涡与经典西南低涡形成机制的差异等。     

马斯克林高压与华北盛夏降水的年际关系及其年代际变化

利用NCEP／NCAR、ERA-40再分析资料和中国160站盛夏（7、8月）降水资料,使用相关分析、合成分析等方法,分析了马斯克林高压（马高）与华北盛夏降水的年际关系及其年代际变化。结果表明：马高与华北盛夏降水在年际时间尺度上存在显著的负相关关系,这种显著的负相关关系从1974年以后开始减弱。在强关系阶段（1951-1973年）,马高与中国东部盛夏降水的显著负相关中心主要位于华北地区;在弱关系阶段（1974-2011年）,马高与华北盛夏降水的负相关关系变弱,与长江中下游地区的正相关关系变强。导致马高与华北盛夏降水年际关系发生年代际变化的原因是：中国东部地区（不）受来自马高的异常偏南气流影响,使得华北盛夏降水偏多（少）,两者关系偏强（弱）。马高与华北盛夏降水年际关系发生的年代际变化,是中国东部地区从20世纪70年代中期以后出现“南涝北旱”的原因之一。     

全球海洋模式对不同强迫场的响应

使用中国科学院大气物理研究所研制的全球海洋环流模式(LASG/IAP Climate system Ocean Model,LICOM),通过设计三个试验,即以德国马克斯—普朗克气象研究所整理的海洋模式比较计划(OMIP)资料和美国国家海洋资料中心(NODC)发布的《世界海洋图集2009》(WOA09)资料为强迫场的试验W,用美国环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)联合推出的NCEP/NCAR再分析资料(简称NCEP资料)中的风应力资料代替试验W中的风应力资料的试验M,以及用NCEP资料中的热力强迫代替试验M中的热力强迫资料的试验N,来研究不同的热力和动力强迫场对模式的影响。三个试验的模拟结果均模拟出了水团和流场的分布型和极值区。从三个试验的结果对比可以看出,NCEP资料较弱的风应力使得试验M环流场明显偏弱,减弱了大洋内部的温盐输送,加大了深海温盐模拟结果与观测资料的偏差,但对原模式过强的南极中层水的输送有所改善。NCEP的短波辐射通量和非短波热通量弱于OMIP,且在两极区域NCEP资料的海表温度比WOA09资料最多低 4℃以上。试验N的模拟结果改善了南大洋60°S以南海区试验W 模拟的海表温度偏高问题,减小了北冰洋部分海域以及副热带大洋东部海表温度的偏差。此外,试验N高纬度较低的海表温度增强了北大西洋深水以及南极底层水的输送,因而改善了深海的温盐模拟结果。三个试验在一些关键海区得到的经向热输送在观测估计及前人模拟结果的范围中,总体上试验M的输送最弱。综合三个试验的模拟结果,可以认为OMIP风应力资料和NCEP海表温度资料更适合作为LICOM模式的强迫场。     

面向新疆奇台110 m射电望远镜宽带双极化Vivaldi馈源设计

射电望远镜一般要在宽频段内进行连续观测, 但传统相控阵天线设计方法难以兼顾宽频带和大角度扫描特性. 紧耦合天线的设计方法为宽带大角度扫描天线提供了新的设计思路, 基于此设计了一款宽带双极化 Vivaldi相控阵馈源. 首先结合Wheeler提出的连续电流片概念及等效电路对紧耦合原理进行理论分析, 然后针对Vivaldi天线分析了阵元间的强耦合能够有效拓展天线的工作带宽. 在此基础上设计了一款宽带Vivaldi相控阵馈源. 馈源阵列由8×9 Vivaldi天线阵元组成, 该阵列的工作带宽为2-8GHz, 并且能够在E面和H面均实现±$45^\circ$的扫描特性. 最后对该馈源阵列进行了样机加工和测试, 测试结果与仿真结果具有较好的一致性.     

射电天文30～300 MHz频段稀布阵列关键技术分析与研究

30～300 MHz的甚高频(Very High Frequency, VHF)频段是重要的射电天文波段,该频段观测采用天线阵组阵方式。稀布阵列具有空间分辨率高、副瓣电平低以及造价低等优点,进一步的天线阵综合加权可以对天线阵主瓣波束进行有效赋形,对最大旁瓣副瓣(Maximum Side Lobe)电平和远区栅瓣(Far Side Lobe)电平进行抑制。首先回顾了射电天文甚高频稀布阵列研究发展和现状,以及将会遇到的难点,提出了首先优化最优稀布天线阵元排布,进一步提出融合高性能计算平台+FPGA SOPC的稀布甚高频射电天文阵列信号处理结构体系,在图形处理器(Graphics Processing Unit, GPU)或者云计算平台上完成对天线阵各阵元频点加权参数的计算,然后通过高速总线将计算参数下发到前端的信号处理板中,通过FPGA SOPC完成对加权参数的配发。进一步分析计算了多波束情况下的数据率,可以实现实时的参数配置。本文成果为下一步大规模甚高频天线阵架设提供了技术依据。     

10-30天延伸期预报及其策略思考

在当前的气象预报业务中,10~30 d的延伸期预报是“无缝隙预报”中的难点。由于理论基础尚不完备,致使延伸期的准确预报还存在诸多困难。但对10~30 d延伸期预报业务迫切的社会需求,使其成为众多气象专家关注的研究热点。本文对10~30 d延伸期预报的概念、意义进行了阐述,在此基础上对其物理过程性质和预报困难的原因进行了分析。讨论了延伸期预报的预报对象,并在借鉴前人成果的基础上,总结归纳出了低频振荡方法、经验波传播方法、相似预报方法、物理统计方法、动力学方法（集合预报方法）、大气环流模式和中期模式集合方法、动力统计方法、综合集成方法等8种做延伸期预报的方法。     

锋生及其次级环流对北京2012.7.21最大降水增幅和最大降水的影响

利用常规观测、加密站逐时的降水、NCEP/NCAR再分析资料和卫星资料,使用天气动力学诊断方法,分别分析了锋生及其次级环流对北京7.21暴雨过程中最大降水增幅和最大降水的影响。结果表明,北京地区的降水增幅和最大降水发生时刻并不一致。21日14时为北京最大降水增幅时刻,而次大降水增幅时刻的19时却为北京降水最大时刻。北京降水不论是增幅最大还是降水最大都与锋生处于北京的具体位置有关。21日14时,伴随着锋生函数正值区伸展到北京地区,其总锋生函数开始增大,此时高空急流导致的次级环流的上升支与冷锋前的上升支重合,使得地面锋前形成一深厚的上升运动,北京地区出现最大降水增幅;但在北京降水最大时刻,锋生函数大值中心移动到北京上空,其总锋生函数达到最大,在急流-锋系所产生的次级环流中,主要表现为在暖区一侧有强烈的上升运动,这和经典的急流-锋系所揭示的次级环流并不相同。同时,来自孟加拉湾从高原西侧经过河套地区到达北京的准"s"型异常水汽通道,则为北京7.21最大降水增幅时刻提供了良好的水汽条件。而北京最大降水时刻,南海水汽通道成为主要水汽来源,来自孟加拉湾的水汽输送则明显减弱。