青藏高原热力作用对北半球气候影响的研究

总结了近年来关于青藏高原热力作用的气候特征及其对北半球区域气候影响的研究成果，主要包括：青藏高原热力作用不仅对亚洲季风和降水变率有着重要影响，而且还通过激发类似于亚洲．太平洋涛动的大尺度遥相关，影响着北美和欧洲以及南印度洋的大气环流和气候．青藏高原气候不是被动的受热带太平洋海温影响，它也可以通过北太平洋大气环流调制着太平洋热带和中纬度海．气相互作用．春、夏季青藏高原加热异常通过影响北太平洋副热带高压、哈德莱（Hadley）环流和赤道辐合带（ITCZ），调制着热带ENSO发展，因此研究从青藏高原气候异常来预测ENSO发展的方法是必要的．这体现了北半球海．陆．气相互作用的本质．由于过去的研究更多地集中在青藏高原对亚洲季风区气候的影响方面，因而加强研究青藏高原在北半球乃至全球气候变化中的作用十分必要．     

Modeling impacts of vegetation in western China on the summer climate of northwestern China

Using the monthly NCEP-NCAR reanalysis dataset, the monthly temperature and precipitation at surface stations of China, and the MM5 model, we examine impacts of vegetation cover changes in western China on the interdecadal variability of the summer climate over northwestern China during the past 30 years. It is found that the summer atmospheric circulation, surface air temperature, and rainfall in the 1990s were different from those in the 1970s over northwestern China, with generally more rainfall and higher temperatures in the 1990s. Associated with these changes, an anomalous wave train appears in the lower troposphere at the midlatitudes of East Asia and the low-pressure system to the north of the Tibetan Plateau is weaker. Meanwhile, the South Asian high in the upper troposphere is also located more eastward. Numerical experiments show that change of vegetation cover in western China generally forces anomalous circulations and temperatures and rainfall over these regions. This consistency between the observations and simulations implies that the interdecadal variability of the summer climate over northwestern China between the 1990s and 1970s may result from a change of vegetation cover over western China.     

CAPPS多箱模式中光化学模式的嵌套与城市大气臭氧数值预报

为解决城市边界层中大气O₃浓度的预报问题，选用一种简明有效的光化学反应方案建立光化学模式, 并与大气平流扩散的箱格预报模型进行了嵌套，从而将大气化学过程引入到城市空气污染数值预报系统 (CAPPS) 中。同时，根据实际需要研究了VOC (Volatile Organic Compounds) 浓度及NO_x源排放量等参数缺测时，根据前期监测浓度采用遗传算法反演未知参数的具体方法。利用2001年9月8~17日在北京舞蹈学院监测的O₃、NO_x资料及相应的气象数据，用改进后的CAPPS模式进行了单箱预报试验。预报试验结果表明，嵌套后的模式对O₃浓度的变化具备一定的预报能力。     

地下洞室黏弹性位移反分析模式分层运算

在洞室黏弹性位移参数反分析中,对分层优化方法存在初始值选取困难、计算量大等问题进行了探讨,提出了基于最小二乘法的模式分层运算方法,改变参数求解机制,避免了由于初始值选取不当造成迭代不收敛的现象,加强了求解搜索的有效性,提高解的精度和稳定性,通过工程实例进行验证。数值计算结果表明,模式分层运算对洞室黏弹性多参数位移反分析计算的结果真实、可靠。     

多普勒天气雷达资料同化对江淮暴雨模拟的影响

利用GSI同化系统 (Gridpoint Statistical Interpolation System) 对我国多普勒天气雷达资料进行直接循环同化分析,并采用WRF-ARW 3.5.1中尺度模式对2013年我国夏季江淮流域典型暴雨过程进行模拟试验。结果表明:经过质量控制的雷达径向风、反射率因子资料经GSI同化系统同化后,可形成合理的分析增量。仅同化径向风,模拟的风场与实况更接近,模拟的降雨落区与观测雨带位置更加接近。仅同化反射率因子,对水平风场的直接调整比较小,通过水凝物含量调整,对水平和垂直风场进行调整,对降水的落区影响较小,主要影响模拟的降水强度。同时同化两种资料,能更好地反映风场特征,并改善强降水的落区和强度的模拟。模拟改善最明显是在积分12~36 h时段内,该时段有效雷达资料量较多,表明同化雷达资料对暴雨模拟确实具有正效果。     

基于WRF模式和自适应偏最小二乘回归法的风能预报试验研究

利用中尺度WRF(Weather Research and Forecast Model)模式预报了2009年1,4,7和10月甘肃某风电场区域的风速和风向,并与离风电场最近的两座测风塔对应时段50m和70m高度实测资料进行了对比,客观地评估了该模式对风场预报的准确率。在相对准确的风场预报基础上,利用2008年1月-2009年4月风电场200台风机的实际功率记录数据和同期气象要素场预报资料,采用自适应偏最小二乘回归法和单机预报法建立了每台风机未来48h逐15min输出功率记录数据与同时刻轮毂高度预报的风速、风向、气温、湿度及气压之间的非线性统计预报模型。为了对该模型的稳定性和准确性进行长期的客观评估,独立进行了2008年1-12月的预报试验,分别建立了12组独立的非线性统计预报模型。试验结果表明:(1)WRF模式预报的各月风向分布、风频大小与实测风向有较好的一致性;盛行风向基本一致,风频大小相当,风向分布特征也较为一致。(2)WRF模式预报的50m和70m高度逐时平均风速与实测值的相关系数介于0.6～0.8之间,均方根误差介于1.5～2.6m.s-1之间。(3)2008年1-12月逐15min风电场风电功率预报值与风机输出功率记录值的相关性较显著,可较好地预报出各月风电功率的时间变化趋势。两者相关系数介于0.58～0.90之间,均达到了99.9%置信度。(4)各月逐15min风电功率预报值与风机输出功率记录值的误差较小,相对于总额定装机容量而言,均方根误差介于2.76%～12.89%之间。     

夏季青藏高原上空热力异常与其上下游大气环流联系的研究进展

围绕夏季青藏高原热力异常与其上、下游大气环流在年际尺度变化上的联系,对最新的研究成果做了简要介绍。通过观测资料分析与数值试验,指出在年际尺度上夏季青藏高原热力异常与同期亚洲-太平洋涛动（APO）具有显著且稳定的联系,前者可能通过调节亚洲和中东太平洋热带外大尺度垂直环流异常影响后者。另外,夏季青藏高原热力异常对高原上空及更大范围上对流层温度的年际变化也有一定贡献,进而通过对上游大尺度环流的调节作用影响到同期西非萨赫勒地区的降水。夏季青藏高原热力异常只是导致其上、下游大气环流年际变化的一个原因,其他影响效应尚需进一步探讨。      

晚白垩世(80Ma)CO2浓度对东亚气候影响的数值模拟

利用美国国家大气研究中心(NCAR)的CCSM2.0全球气候系统模式，并结合重建的古地理资料，研究了晚白垩世(80Ma)东亚气候特征以及CO₂浓度变化对东亚气候的影响。模拟结果表明： 与现代气候比较，晚白垩纪时期的东亚大陆冬季风和夏季风都偏强，具有同步变化的特点，并且中高纬度年平均地表气温明显增加，而低纬度地区有所下降，年降水变化的区域性特征明显； 就年平均而言，在 30°～40°N 的内陆地区地面净失去水分、变干燥，而在低纬度、大陆东岸以及高纬度地区，地表获得水分、变湿润。晚白垩纪CO₂浓度变化对大气辐射和大气热状况的影响是复杂的； 降低CO₂浓度可以导致东亚地区气候显著变化，冬季东亚中纬度地区大陆降温比其附近的海洋大，太平洋中高纬度的低压系统加强，因而造成东亚冬季风偏强； 而在夏季，中纬度大陆地区降温幅度大于海洋，西太平洋副热带高压减弱，因而夏季风减弱。对应于较低的CO₂浓度，年降水量在东亚及其沿岸的中、低纬度大部分地区显著减少，在东亚高纬度的大陆和海洋上降水的减少幅度不大，而在 30°N 附近亚洲大陆中部和东部的一些地区降水有所增加； 总体上，地表水分收支在东亚大陆的东部都是以负值为主，地面净失去水分、变干燥，其中 30°N 以南的大陆沿岸最显著； 而在东亚大陆的内陆地区，水分收支差异以0～0.5mm/天的正值为主，东亚大陆的东部是以地面净得到水分、变潮湿为主。     

城市空气臭氧污染业务预报方案研究

概述了当前国内外对臭氧浓度预报采取的主要方法，并对各种方法作了简要的分析比较。在IER光化学模式的基础上，提出了城市空气污染数值预报系统CAPPS的臭氧浓度预报方案，初步检验结果表明该方案是可行的。同时，提出了优化搜寻法以解决通常缺少活性有机化合物VOC监测值的问题。