Repair wind field in oil contaminated areas with SAR images

In this paper,we compared the normalized radar cross section in the cases of oil spill,biogenic slicks,and clean sea areas with image samples made from 11-pixel NRCS average,and determined their thresholds of the NRCS of the synthetic aperture radar. The results show that the thresholds of oil and biogenic slicks exhibit good consistency with the corresponding synthetic aperture radar images. In addition,we used the normalized radar cross section of clean water from adjacent patches of oil or biogenic slicks areas to replace that of oil or biogenic slicks areas,and retrieve wind field by CMOD5.n and compare wind velocity mending of oil and biogenic slicks areas with Weather Research and Forecasting modeled data,from which the root mean squares of wind speed(wind direction) inversion are 0.89 m/s(20.26°) and 0.88 m/s(7.07°),respectively. Therefore,after the occurrence of oil spill or biogenic slicks,the real wind field could be repaired using the method we introduced in this paper. We believe that this method could improve the accuracy in assessment of a real wind field on medium and small scales at sea,and enhance effectively the monitoring works on similar oil or biogenic slicks incidents at sea surface.     

"99·6"梅雨锋暴雨低涡切变线的数值模拟和分析

在天气分析的基础上,利用非静力中尺度模式MM5和四维资料同化逼进方法及双向三重嵌套网格技术,对1999年6月23～25日(简称"99·6")发生在长江中下游地区的梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟.结果表明:模拟结果与观测结果的比较指出,高分辨数值模式MM5可以成功地模拟梅雨锋中尺度低涡切变线的发生和发展;模拟结果显示,在α中尺度低涡切变线发展过程中,低层强的西南急流和东北气流增强了低层的辐合;而高空的西风急流和东风急流则增强了高空的辐散;正是由于这种从高空到低空环流的配置,才促进了α中尺度低涡不断发展;模拟低涡切变线不同部位的垂直环流和物理量场表明,"99·6"梅雨锋低涡切变线的结构非常复杂:在梅雨锋的发展期,暖锋附近的垂直上升运动最强,低涡中心次之,冷锋附近最弱.模拟结果也表明,由于下垫面特征的不同,中国和日本的梅雨锋暖锋附近环流结构有较大的区别;模拟结果显示,在α中尺度低涡发展过程中,不断有扰动在低涡前部发展,激发并分裂出一系列的β中尺度系统,β中尺度系统运动剧烈,但由于其低层辐合强于中空辐散,所以当它远离母体时会很快衰减.     

“98·5”华南前汛期暴雨的湿位涡异常诊断:质量和热力强迫的数值分析

利用MM5输出的高分辨率资料对“98．5”华南暴雨的湿位涡进行了诊断分析，分析了质量强迫和热力强迫引起的湿位涡异常。结果揭示：降水区位于负湿位涡的下方，负湿位涡的趋势走向与降水区的一致。造成本次暴雨的成因中包括湿对称不稳定和对流不稳定两种机制，湿位涡MPV（moist potential vorticity）的分量MPV2对MPV起主要作用，其中主要是MPV2v的贡献。质量强迫和热力强迫共同作用引起湿位涡异常变化，它们的作用大小相当，在研究暴雨时，不可忽略因降水造成的质量强迫。     

NUMERICAL STUDIES OF PLANETARY BOUNDARY LAYER PARAMETERIZATION SCHEMES ON SUPER TYPHOON SANBA (2012) DURING ITS INITIAL STAGE

The formation and development of typhoons are closely related to the disturbed low vortexes at the planetary boundary layer (PBL). The effects of five PBL parameterization schemes (PBL schemes hereinafter) on the trajectory, intensity, and distribution of physical quantities are studied using the mesoscale WRF model on Super Typhoon Sanba (2012) during its initial stage. Results show that the five PBL schemes exhibit significant different effects on the simulated intensity and path. The results simulated by QNSE and ACM2 without the Bogus method are close to the best track data in the numerical experiments. When the Bogus method is adopted, the simulated trajectories improve significantly because the initial field is close to the true data. Among the five PBL schemes, QNSE and ACM2 with the Bogus method present improved simulated path and intensity compared with the three other schemes. This finding indicates that the two schemes deal with the initial PBL process satisfactorily, especially in the formation and development of disturbed low vortexes. The differences in the treatment methods of the five PBL schemes affect the surface layer physical quantities and the middle and upper atmospheres during the middle to late periods of the typhoon. Although QNSE and ACM2 present better simulation results than other schemes, they exhibit a few differences in the internal structure of the typhoon. The results simulated by MYJ are worse, and this method may be unsuitable for studying the formation and development of typhoons.     

河西走廊入口区下垫面对沙尘天气影响的模拟研究

在利用常规观测资料统计分析2000—2011年和沙尘天气多发年河西走廊入口区代表站点春季风速分布特征的基础上,采用区域气候模式（Regcm4.3.5.6）和欧洲中心更新的4DVar同化的ERA-interim资料,分析了河西走廊入口区下垫面类型改变对2007年4月13日一次沙尘天气过程的影响。结果表明：沙尘暴爆发时,河西走廊为风速大值区,风速8～10 m·s^-1;区域气候模式模拟的沙尘特征量与站点观测的沙尘天气分布对比发现,模拟的沙尘区的发展变化能较好地表征这次沙尘天气过程的变化;河西走廊入口区植被由沙漠改为落叶阔叶林后,发生沙尘天气时该地区风速有所减小,减小平均值为3 m·s^-1,且风速越大,减小越明显。不同粒径沙尘的起沙率和沙尘粒子柱含量对下垫面类型改变的响应有所不同,减小量最大分别达到-50 mg·m^-2·d^-1和-50 mg·m^-2,0.01～5.0 μm粒径沙尘减小范围和强度相差不大,5.0～20 μm粒径沙尘由于粒径最大减小最明显,由于模式中考虑的2.5～5.0 μm粒径沙尘在大气中所占比例小,减小量级和范围最弱。改变下垫面类型使得起沙率和沙尘粒子柱含量在沙尘天气最强时刻减少最显著。     

冲击起沙的概念模型

冲击起沙是最重要的起沙方式。鉴于Lu和Shao提出的体积模型的不足,通过分析沙床受到冲击后应力的传递规律,类比于电子的跃迁模型,提出了冲击起沙的跃迁模型来解决冲击起沙问题。该模型的基本思想是,沙粒冲击沙床时,能量会沿冲击点向周围粒子扩散,当某一粒子获得的能量大于跃出所需要的能量时,该粒子即从床面跃出;多余的能量将转化为该粒子的跃出初动能。冲击起沙问题由此变成了一个研究跃出能量的大小和能量传输规律的问题。根据该模型,基于能量传输的吸收系数法和传输方程近似法,给出了两维和三维情形下冲击起沙释放的粒子数、速度分布和冲击坑形状的表达式。两维情形下显示,冲击坑的大小与释放的粒子数和粒径大小正比,而且伴随着冲击坑的形成,可能会发生崩塌现象。吸收系数法显示,两维冲击坑随着吸收系数的增大是先增大,后反而出现了收缩。传输方程近似法显示,两维冲击坑的大小正比于kt。     

陕西中西部地区一次暴雨过程的数值模拟研究

利用多种观测资料和NCEP再分析资料,分析了2011年7月28-29日发生在陕西中西部地区的一次中尺度系统暴雨过程,运用WRF模式模拟研究了此次暴雨过程的中尺度系统环流特征及其发生、发展的动力和热力特征。结果表明,此次暴雨过程与高空槽的发展演变密切相关,低空切变线是暴雨过程产生的中尺度系统。暴雨区存在弱低空辐合与强高空辐散,正相对涡度与垂直上升运动明显;暴雨发生前对流有效位能(CAPE)明显增大,未来3 h降水区域位于850 h Pa切变线和CAPE高值区附近,强垂直运动触发CAPE的释放,使其在12 h内减少量达2200 J·kg-1,是形成此次暴雨的重要因素。暴雨发生、发展过程中,非线性平衡方程残差大值区与未来1 h降水区相对应,与质量场和动量场之间的调整有密切关系,大气运动的不平衡通过散度场的变化调节,在中尺度区域激发出辐合、辐散的快速增长,从而激发出暴雨天气,非线性平衡方程残差值是表征激发暴雨天气的重要动力因子。     

“99.6”梅雨锋暴雨对流动量输送特征的诊断分析

利用MM 5V3输出的高时空分辨率资料对“99.6”梅雨锋暴雨过程中对流动量输送特征X进行了诊断分析研究 ,主要结论如下 :( 1)模拟结果和观测分析的比较表明 ,中尺度模式MM 5V3能够成功地模拟“99.6”梅雨锋暴雨中尺度系统的发生和发展及演变。 ( 2 )通过对中尺度系统强烈发展时刻的对流动量输送 (CMT)诊断分析表明 :动量收支残差与平均流场的方向一致 ,它有利于加速西南气流北上 ,和 β中尺度系统的发生和发展 ;结果也表明强矢量几乎总是与产生强烈上升运动的 β中尺度系统相对应。动能转换的诊断表明 ,低涡前部的相间出现E >0和E<0的区域 ,这显示出在中尺度系统强烈发展时大尺度系统与中尺度系统之间的能量转换非常复杂 ,并不是简单的能量串级过程所能描述的 ;同时E的正值比负值的绝对值要大得多 ,这表明能量主要是从大尺度向次网格尺度转换 ,激发次网格尺度系统的发生和发展。 ( 3 )当切变线低涡离陆入海时 ,X矢量则对西南气流产生强烈的减速作用。 v和 vY的垂直剖面分析显示 ,南风此时在对流层中低层受到明显的减速作用。 ( 4 )转换能量E的垂直廓线显示 ,在中尺度系统强烈发展时 ,对流层中低层的能量顺尺度 (E >0 )输送非常强 ,而在低涡切变线离陆入海时 ,对流层则表现为逆尺度输送 (E <0 )。     

非地转湿Q矢量在川北大暴雨过程分析中的应用

利用常规高空和地面实测资料,对2005-07-18-19出现在四川盆地北部的区域性大暴雨天气过程的环流特征进行了分析;运用非地转湿Q矢量理论进行了动力诊断分析.结果表明,在副高阻挡的形势下,高低空切变线、地面冷锋和偏南低空急流的共同作用造成了此次暴雨天气过程;暴雨区位于湿Q矢量次级环流上升区附近,在其东西方向和南北方向上存在明显的次级环流圈;700 hPa湿Q矢量散度负值中心附近及其西部和北部之间的辐合区是强降水出现的区域,随着暴雨系统的发展,其散度辐合区与雨区对应得越好.     

青藏高原沙尘示踪物从对流层向平流层传输的数值模拟

利用NCEP再分析资料和卫星观测资料,结合耦合了沙尘模块的中尺度模式WRF,通过个例分析研究了青藏高原及附近地区沙尘气溶胶从近地面向对流层上部和平流层下部传输的特征和机制以及青藏高原大地形对平流层与对流层之间物质交换的影响。结果表明,深对流活动可将近地面沙尘气溶胶传输到上对流层—下平流层区域,但是下平流层区域的沙尘气溶胶浓度分布依赖于地面沙尘源的位置和对流的强度,且与对流系统内是否有降水有关。在没有穿透性对流情况下,垂直上升运动不能直接将沙尘输送到下平流层,但上对流层的沙尘可通过扩散作用和小尺度的混合过程经过数小时缓慢地进入下平流层。在没有明显系统性降水的情况下,夏季青藏高原上空旺盛的对流活动和高地形使得高原上空成为气溶胶进入下平流层的主要区域。上对流层区域的沙尘气溶胶浓度还受到平流层空气入侵的影响,在没有强的地面沙尘排放源的情况下,平流层空气的入侵对上对流层区域气溶胶浓度的分布和演变有较大的影响。