考虑雷暴活动的全球近地稳态大气电场的精确数学解

全球大气电模式是指大气和地表构成的闭合回路,其中考虑雷暴为主要充电电源,并将雷暴作为一个垂直电偶极子来考虑.本文从电流连续方程出发,采用球谐函数展开法,边界条件采用下边界为地表大气电势,上边界为电离层底部电势,非齐次电流源函数项采用垂直偶极子假设.通过所做的非线性函数变换,得出了考虑雷暴活动的全球电模式的近地稳态解析解,并证明其能展开为有限多项式级数之和.所得结论与过去的理论分析结果和实验观测是一致的.该文的工作是对以前相关工作仅能得到近似解的一种改进,同时本文所得公式可用于今后对大气电参量进行相关的数值计算及模拟之中.     

用于区域地磁场模型计算的 三维Taylor多项式方法

地磁场具有复杂的时空分布特点.地磁场模型是研究地磁场空间分布与时间变化规律的主要手段,包括全球和局部地区两类模型.局部模型精度满足了反映小尺度磁异常的需要.Taylor多项式模型是用于区域地磁场模型计算的常用方法,但至目前为止所用的都是二维Taylor多项式方法.本文提出了既能表示出地磁场在地球表面的分布,又能表示出地...     

多普勒雷达探测冰雹的算法发展与业务应用讨论

目前我国CINRAD WSR 98D SA/SB及部分C波段多普勒雷达内置的算法参数是美国WSR 88D的缺省算法参数,我国业务人员发现由冰雹探测算法得到的冰雹指数产品在实际业务应用中存在过高预报冰雹尤其是强雹发生概率及冰雹尺寸偏大问题。针对此认识,本文首先从算法演变过程说明目前WSR 98D算法中强雹发生概率及冰雹尺寸的缺省参数来自于美国1992年俄克拉荷马和弗罗里达的10 个强雹个例资料集。基于此强雹数据集得到的算法参数本身就高估了强雹概率及冰雹尺寸,即过高预报强雹概率是由算法本身局限性所造成;在不改变当前冰雹探测算法参数设置的情况下,结合前期的冰雹算法,业务上可以使用其他一些环境参数及多普勒雷达探测特征作为强雹预报的辅助判据,如VIL、VIL密度、TBSS等;根据强雹形成物理过程,提出在不失一般性的假设下,-20℃层CAPPI产品上55 dBz范围超过100 km2可以作为快速判断单体降强雹的补充阈值使用。     

雷暴与强对流临近天气预报技术进展

临近预报指0—6h(0—2h为重点)的高时空分辨率的天气预报,预报对象是该时段内出现明显变化的天气现象,主要包括雷暴、强对流、降水、冬季暴风雪、冻雨、沙尘暴、低能见度(雾)、天空云量等,其中,以雷暴和强对流天气的临近预报最具挑战性。综述了针对雷暴和强对流天气的以主观预报为主、结合客观算法的临近预报技术,同时讨论了高分辨率数值预报模式在临近预报中的应用。主观临近预报技术包括基于多普勒天气雷达观测数据并结合其他资料(常规高空和地面观测、气象卫星云图、快速同化循环的数值预报产品等)对雷暴生成、发展和衰减,特别是对强对流天气(包括强冰雹、龙卷、雷暴大风和对流性暴雨)的临近预报,客观算法包括几种应用最广的雷达回波或云图外推算法和强对流天气识别技术。高分辨率数值预报模式的应用包括与雷达回波外推融合延长临近预报时效,与各种观测资料融合得到快速更新的三维格点资料为雷暴和强对流近风暴环境的判断提供重要参考。     

从涡度、位涡、到平流层干侵入——位涡问题的缘起、应用及其歧途

由于从等熵位涡分析引申出来的平流层干侵入（以下简称干侵入）概念造成了当前天气预报思路中一些混乱和违背天气学常识的看法,文中回顾了天气预报原理从着眼气压变化到着眼涡度变化的发展历史和位涡问题的缘起。进而根据位涡的定义、数学表达式、物理意义,并结合实例的计算结果指出,位涡的大小主要取决于位温的垂直梯度;等熵面上的位涡分布形势实质是对流层顶高度的分布,因此可以间接反映极地气团、锋、高空槽和高空急流的形势。轨迹计算和数值预报都证明,低空的高位涡异常是地面气旋强烈加深和潜热反馈的结果,而不是干侵入的结果。指出位涡的守恒性不能替代斜压扰动发展的动力学机理;干侵入的错误概念来源于对位涡守恒性的绝对化和简单的推断,并犯了流体力学原理上混淆流线和轨迹两个不同概念的错误。     

关于虚温订正CAPE求算方法的讨论

对流有效位能(CAPE)是强对流天气分析和预报中的重要参数,准确的CAPE计算应该采用虚温订正。目前MICAPS和GRADS两种常用软件计算经过虚温订正的CAPE时,积分起点采用的都是订正前的自由对流高度(LFC),即LFC是气块温度与环境温度之差由负值转为正值的转折点的高度。本文理论分析表明,虚温订正后环境的层结曲线和气块的状态曲线都将发生变化。作为求算虚温订正CAPE时的积分起点、环境虚温和气块虚温曲线的交点——LFC也有相应变化,且虚温订正后LFC通常是降低的。虚温订正后的LFC若仍采用订正前的高度,显然与LFC的定义相悖。实际分析示例表明,LFC变化对CAPE数值大小的贡献或许是不明显的,但是它在图形上的表示更加合理,物理意义更加清晰。     

中国强雷暴大风的气候特征和环境参数分析

对2004—2013年中国强雷暴大风记录(风速≥25 m·s~(-1))的气候特征和环境参数进行统计分析研究。结果表明:强雷暴大风主要发生在中国中东部地区,从3月开始在西南、华南地区出现,4月北进入华中、华东地区,5月北进到华北、东北和西北地区。不同地区强雷暴大风发生峰值时间不同,其中华中和华南有两个峰值。中国强雷暴大风环境参数中低层垂直风切变中等(地面至700hPa和地面至500 hPa平均值分别为10.2和14.3 m·s~(-1)),明显低于美国大范围雷暴大风的均值;存在明显的干层,一般表现为500 hPa附近的中层温度露点差大于10℃C以上,其中华北、西北地区表现为整层3~7 km均较干。根据红外卫星云图的观测特征,强雷暴大风发生时云型最多的是团状,其次是线状,还有一些不规则形状的云型,不同地区主导云型不同。分析我国强雷暴大风多发地华东地区三种云型的环境参数表明:团状云型强雷暴大风的CAPE值大,低层高湿,中层干且环境温度直减率大;线状云型其热力参数值均较团状云型小,但低层和深层垂直风切变大,整层均较干;不规则云型低层高温高湿,环境风垂直切变较小。     

北京市一次大雾过程边界层结构的模拟研究

利用一个包括土壤 植被 大气相互作用的一维边界层模式 ,对 1999年 11月发生在北京的一次大雾过程的边界层特征进行了数值模拟。通过与相应时段边界层观测资料的对比表明 ,模式能较好地模拟出雾的大气边界层结构特征 ,以及雾的发生、消散时间和持续过程。由于模式中包括了辐射和平流物理过程 ,因此 ,模拟结果进一步证实相应的雾属于平流辐射雾。另外 ,对模式模拟结果的不足之处和可能原因也进行了分析。     

Research Project Entitled “The Dynamics and Physical Processes in The Weather and Climate System“ --Part Ⅰ: A Brief Introduction

1. Introduction Human activities including social and economic de-velopments, are closely related to the change of theweather and climate system. Since the beginning oftime, weather and climate, which are the general termsfor the entire range of phenom…     

NCAR下一个10年新的研究方向

21世纪初，美国国家大气研究中心（Nat ionalCenterforAtmosphericResearch，NCAR ）专门组织人员撰写了它将来在研究、设施及教育上的规划报告。该报告围绕什么是要继续的、什么是阶段性的、如何开创新的研究方向、新方向的选择标准等作了阐述。介绍了该规划报告中关于下一个 10年新的研究方向，其中包括NCAR各分支机构之间联合研究的新研究计划，以及模式集成、先进的工具和方法以及将信息技术用于研究和教育等方面的新研究计划，同时还界定了新研究计划的选择标准。