中国北方气溶胶散射和PM10浓度特征

利用积分浊度计和PM10浓度监测仪,对中国北方2005年观测的气溶胶散射系数σsp与可吸入颗粒物PM10质量浓度的分析表明,张北站σsp年均值为130 Mm-1,民勤站σsp年均值为116 Mm-1;四季中都是冬季均值最高,张北站sσp为301.6 Mm-1,民勤站σsp为170.9 Mm-1,这说明张北站的气溶胶散射情况比民勤站显著。而PM10浓度反映了不同的变化规律,张北站PM10年均值为53μg.m-3,民勤站PM10年均值为130μg.m-3;四季中都是春季均值最高,张北站PM10为82.2μg.m-3,民勤站PM10为190.1μg.m-3,这说明民勤站的PM10污染比张北站严重很多。张北站的质量散射效率α年均值为2.4 m2.g-1,民勤站的α年均值为1.1 m2.g-1,这与张北站全年主要受城市污染型气溶胶的影响,而民勤站全年主要受沙尘气溶胶的影响有密切关系。α具有反映中国北方两种典型气溶胶的能力。     

2008年初我国低温雨雪冰冻对重点行业的影响及致灾成因分析

运用典型事例和大量的数据,分析了2008年初中国南方低温、雨雪、冰冻灾害对交通、电力、通讯、农业和林业等重点行业以及人民生活各个方面的影响。指出天气气候特点、灾害发生的特殊地域和时间以及不同行业在低温、雨雪、冰冻灾害下的敏感性是致灾因素。要应对这类低温、雨雪、冰冻灾害,并最大限度的将其影响降至最低,就应在电力、公路、铁路以及建筑工程等的规划设计过程中,加强灾害性天气气候的可行性论证和提高设计标准,同时应提高对冬季低温、雨雪、冰冻灾害的预报能力,建立完善的预报系统和信息发布等防治体系,加强应对极端气象灾害的科普宣传,提高民众自救互救能力。     

2007年汛期淮河流域致洪暴雨的雨情和水情特征分析

利用2007年6月19日～7月23日淮河流域167个测站逐日降水观测资料,对2007年汛期淮河流域致洪暴雨的雨情和水情特征进行分析,并与2003年历史同期进行了比较。结果表明:2007年汛期淮河流域持续性强降水天气集中于6月19日~7月23日,期间共经历了10次暴雨过程, 2007年总降水量和水位都超过2003年同期,2007年淮河流域洪水期间王家坝上游的面雨量大于2003年,下游的面雨量和2003年持平。2007年汛期淮河流域雨情的重要特点是:雨带稳定,前期强降水过程的降雨中心基本上出现在淮河支流分布比较密集的淮北地区和上游地区,致使淮河流域底水明显增加,是后期强降水导致全流域性洪水的主要原因。造成淮河流域降水稳定持续的重要原因是副高稳定、位置偏南,冷空气活动频繁等。       

基于贝叶斯原理降水订正的水文概率预报试验

利用淮河流域加密站点2008年6月1日—8月31日逐日降水资料、对应的T213模式的24 h, 48 h以及72 h集合预报,采用贝叶斯模型平均 (Bayesian Model Averaging,BMA) 方法对集合预报15个成员的降水预报进行了概率集成与偏差订正,采用排序概率评分 (CRPS)、平均绝对误差 (MAE) 对BMA的订正结果进行检验,并将订正后的降水预报输入VIC (Variable Infiltration Capacity) 水文模型中进行水文概率预报。结果表明:经BMA订正后的24 h, 48 h, 72 h降水预报精度较订正前有所提高;BMA模型给出的有效区间 (第25百分位数至第75百分位数) 预报将实况降水量包含在内的可能性比订正前更大;由水文概率预报检验指标分析可知,经BMA订正的降水集合预报,由VIC水文模型模拟得到的径流量变化趋势与实况较吻合。     

“07.08”陕西关中短历时强暴雨水汽条件分析

利用T213资料和地面逐时加密观测资料,对2007年8月8-9日陕西关中短历时强暴雨过程的水汽条件进行了详细的分析。结果表明,关中短历时强暴雨水汽来源于关中周围的高湿区,暴雨期间暴雨区上空水汽浅薄,地面至低层风向快速变化使暴雨区地面到低空湿度经历了减小—突然增加—快速减小的过程,水汽的聚集是通过偏东气流输送实现的,东西向水汽辐合是暴雨区水汽辐合的主要贡献者,北边界水汽的输入、输出和东边界水汽输入的突然增大、减小对暴雨的发生、发展及其结束有一定的指示意义;暴雨中心位于水汽通量大值中心及其下风向的水汽通量辐合中心之间;暴雨区可降水量的大小主要取决于水平水汽通量辐合的大小,水平水汽通量辐合的大小关键在于水平风场形成的辐合大小,而强降水的发生、加强、减弱及消亡与水汽的局地变化和水汽平流的变化关系更加紧密;近地层充足的水汽供应和水汽垂直输送形成的反环流圈使暴雨区水汽、能量迅速增加和抬升,建立了不稳定大气并触发能量释放,强降水开始;反之,形成暴雨的水汽条件不复存在,强降水结束。     

物理耗散技术及其在MM4中的应用

在传统的流体动力学框架下,数值天气预报问题往往被提为经典牛顿力学的确定论初值问题　。然而大气是多体系统,利用仅对三体以下的系统才能精确描述的理论来处理多体系统的运　动,会引起较大的误差和问题。为此,文中提出了一套在数值天气预报模式中引入“不可逆　热力学算子”的技术,按热力学第二定律的约束方式,来控制多体系统的演变方向,以提高　数值天气预报的精度。例如在ＭＭ４模式中引入不可逆热力学算子后,温度场、湿度场、高度　场及全风速场的平均相对均方根误差减小了约１３％,其中４８　ｈ预报的误差减小两成以上。鉴于文中提出的不可逆热力学算子引入技术是基于描述耗散性的物理定律,而非纯粹出于计算　上的考虑,故名为物理耗散技术。由于它所依据的物理原理对所有流体力学和大气数值模式　均适用,因此该项新技术在地球物理流体力学界将有广阔的应用前景。     

PHYSICAL DISSIPATIVE TECHNIQUE AND ITS APPLICATION TO THE MM4

Under the traditional framework of fluid dynamics,the problem of the numerical weatherprediction is often expressed as the deterministic initial value problem of the classical Newtonianmechanics.The atmosphere is.however,a many-body system,the methodology by which thesystem with two bodies could be precisely solved would cause bigger errors and problems whenhandling the many-body system by it.A kind of technique to incorporate “the irreversiblethermodynamic operators” into the numerical weather prediction models is.therefore,suggestingin this paper,to control the evolutionary direction of the many-body system according to theconstraining way of the second law of thermodynamics,and thus the forecasting accuracy of thenumerical weather prediction has been noticeably improved.For example,in the MM4 theaveraged relative root mean square error of the fields of the temperature,humidity,height andwhole wind velocity has decreased by about 13%,among which the averaged error of the 48 hforecasts has decreased by more than 20%.Since the technique to introduce the irreversablethermodynamic operator suggested in this paper is based on the physical law that describes thedissipativity and does not come from the computational consideration only.it is thus named as thephysical dissipative technique.In view of the universality of the principle incorporating theirreversible thermodynamics operators suggested in this paper for the fluid dynamics andatmospheric numerical models,the applications and generalization of this incorporating techniquewould produce a great impact on the field of geophysical fluid dynamics.     

沙尘模式中湿沉降过程的参数化及模拟试验

在调研国内外固体气溶胶湿清除理论研究成果的基础上,从反映物理机制和实际可应用性两方面出发,设计了可考虑不同性质降水(降雨与降雪)拖曳作用的沙尘湿沉降参数化方案,并引入到沙尘模式中。选取2003年4月16~18日我国西北地区一次伴有降水的沙尘天气过程,进行了有无湿沉降方案的数值模拟对比试验,并针对两种降雨清除系数的简化方案做了敏感性试验。对试验的分析结果显示:降水拖曳作用引起的湿沉降对沙尘浓度的分布有比较明显的影响,这种影响从地面到对流层低层都有表现;在降水区,沙尘湿沉降速度与干沉降速度量级基本相当;在本例降水量较小的条件下,湿沉降对降雨清除系数简化方案的选取不很敏感。     

集合数值预报在洪水预报中的应用进展

水文集合预报是近几年正在形成和发展的水文预报分支,其发展大致可分为两个阶段:第1阶段是1970年至20世纪末进行的长期径流预报,第2阶段从21世纪开始,主要学习气象数值预报中集合预报的概念在短期水文集合预报中的应用。目前,除了单一预报中心的集合预报系统在水文集合预报中应用外,多个预报中心的集合预报大集合也逐渐被应用于流域水文预报,甚至一些小流域的洪水预报。如利用TIGGE(THORPEX Interactive Grand Global Ensemble)集合预报驱动形成的大气-水文-水力的串联系统进行早期的洪水预警研究,将全球集合预报作为洪水模型输入的有限区域模式的初始条件和侧边界条件的研究。这些均表明,基于水文集合预报的洪水预报增加了预报附加值,并能够延长预警提前时间。以欧洲中期天气预报中心的欧洲洪水预警系统(EFAS)和美国NOAA的先进水文预报系统(AHPS)为代表,实现了集合预报在洪水中的实时业务预报,但仍存在数据处理和计算量大,以及如何基于集合水文预报做决策等问题。对于水文集合预报的前处理和后处理的各种技术已处于探索和验证阶段,如何更好地理解基于概率预报的洪水预警决策仍存在许多困难和挑战。     

通用线性模型在气象水文集合预报后处理中的应用

通用线性模型是一个气象水文预报后处理的统计模型。它能消除水文模型流量模拟中的偏差,保留了原始预报的技巧,并且能产生可靠的水文集合预报。本文试验中利用通用线性模型对取自于国际模型参数估计试验数据库的日流量模拟数据进行校正,并与实况观测作比较,检验通用线性模型降低误差的性能。结果表明:通用线性模型产生的流量集合预报的连续分级概率评分分值都在0.5分以下,证明集合预报结果是可靠的;校正后的模拟值在平均值、标准差、均方根误差等检验指标方面都比原始模拟更加接近于实际观测值;即使是对于误差较小的水文模拟,通用线性模型仍有对其进行改善的能力。