海风雷暴的观测分析和数值模拟研究进展

沿海地区经济相对繁荣,城市化水平较高,对天气和气候的依赖性强,突发性强对流天气所造成的灾害也会更加严重;同时沿海地区的强对流天气又与海风环流密切相关,因此沿海地区海风雷暴的研究受到了日益广泛的关注,成为了气象学和大气科学中的重要研究对象。在过去的半个多世纪中,海风雷暴的观测和模拟研究取得了大量的研究成果。本文通过对这些研究工作进行回顾和总结,系统地分析了国内外的研究现状,重点讨论了海风雷暴的结构和特征、发展演变过程、触发机制及其预报预警。最后对海风雷暴未来的研究方向进行了探讨,提出了一些有待于研究或需深入研究的问题,以利于今后更好的开展有关海风雷暴的工作,加深对其发生发展规律的认识,提高预报预警水平。     

边界层参数化对海南岛海风环流结构模拟的影响

利用WRF V3.7详细分析了应用8种边界层参数化方案（YSU、MYNN2.5、MYNN3、ACM2、BouLac、UW、SH、GBM）所模拟的2014年5月25日海南岛海风环流结构的差异,其中YSU、ACM2和SH为非局地闭合方案,MYNN2.5、MYNN3、BouLac、UW和GBM为局地闭合方案。结果表明:对于海风环流水平结构的模拟,15时,YSU、ACM2、BouLac、UW和SH模拟的北部海风较强,SH和GBM的内陆风速偏大。温度与海风发展强度相对应,MYNN2.5与MYNN3模拟的岛屿温度偏低,海陆温差小,海风相对较弱。对于海风环流垂直结构的模拟,09时海风开始,但强度较小,且存在残余陆风,向内陆传播距离较短,YSU、MYNN2.5和SH方案的海风相对较强。12时,海风已呈现出较为清晰的环流结构,YSU和ACM2的海风厚度及向内陆传播距离相对强于其它方案,MYNN3的环流结构则不太明显,且向内陆推进距离短,海风相对较弱。15时,海风发展强盛,MYNN2.5和MYNN3方案模拟的海风垂直强度较小,ACM2方案的海风垂直环流特征最为明显。18时,海风的强度和扰动均有所减弱,ACM2、BouLac和UW的整体海风相对强于其它方案。21时海风已基本转为陆风,BouLac与UW的陆风环流结构最为清晰。位温、水汽及海风垂直环流强度的发展变化与海风的演变过程基本一致。造成ACM2模拟海风偏强的原因是其边界层垂直混合偏强,形成了足够的湍流混合强度所致。对于边界层高度的模拟,ACM2的边界层顶最高,这与此方案所模拟的海风强度偏大相吻合,其它方案的边界层高度与海风强度并不完全一致。      

近40年中国区域的气候型变化与北半球大气环流特征10年际时空变化的关系

根据１８００－１９８９年（１１０年）的资料，分析研究了新加坡地区月平均和年平均降雨量的一些特征。主要结论是：新加坡年平均降雨量存在准２－６年和１８年的周期振荡；亚洲季风以及ＥＮＳＯ对新加坡降雨量有明显的影响。新加坡年雨量的谷值出现在西南季风期而峰值在东北季风期。在Ｅｌ Ｎｉｎｏ年，新加坡降雨量多为负距平；而在反Ｅｌ Ｎｉｎｏ年，新加坡降雨量多为正距平。     

大气模式对比计划（AMIP）

大气模式对比计划（ＡＭＩＰ）是一项国际性的尝试计划，用来确定真实条件下大气模式的系统性气候误差。要求做１９７９～１９８８年十年的气候模拟（以观测的月平均海表温度和海冰分布作为边界条件）。大气模式对比计划由数值试验工作组组织，为世界气候研究计划作贡献。在模式性能的主要检验和对比中，大气模式对比计划须包括国际大气模拟团体的参加．除了一般的月平均输出变量之外，每个参与大气模式对比计划的模式将产生逐日的历史状况。劳伦斯·利弗莫尔国家实验室气候模式诊断及对比计划将把这些资料贮存起来，并处理成标准格式的可用资料。在１９９３年大气模式对比计划的计算阶段完成以后，为了详细检验模式性能及特定的物理过程和现象的模拟，重点将转移到现在正在规划的一系列诊断子计划中。大气模式对比计划为综合评价和证实现行的大气模式提供了一次前所未有的机会，且可望为模式的改进提供有价值的信息。     

青藏高原地面热力异常对夏季江淮流域持续暴雨形成作用的数值试验

本文采用OSU-AGCM大气环流模式，对青藏高原下垫面热力异常与夏季江淮流域暴雨形成的关系进行了数值试验。模拟结果表明，青藏高原下垫面热力状况的异常对东亚环流形势及云量分布异常的影响是形成1991年夏季江淮流域持续性降水的重要原因之一。青藏高原异常热力强迫还可以引起大范围云量的异常分布和云量异常区类似于二维Rossby波列没大圆路径传播的特征。     

城市热岛和海风环流相互作用的数值模拟研究进展

在沿海城市地区,城市热岛环流和海风环流往往同时存在;它们在空气污染物的传输和扩散中均起至关重要的作用,对强对流天气亦有重要的触发作用.随着城市化的发展,空气污染等环境问题变得越来越严峻,突然性强对流天气所造成的灾害也越来越严重.因此,沿海城市地区城市热岛和海风环流相互作用的研究受到日益广泛的关注.本文回顾了近30 a来国内外关于城市热岛和海风环流相互作用数值模拟的研究历史,分析了目前的研究现状及存在的一些问题,概述了城市化、城市热岛对海风环流的影响,海风对城市热岛、城市热岛环流的影响,以及城市热岛环流和海风环流的耦合效应.最后,本文提出了一些有待于研究或需深入研究的问题;这些问题的研究将有助于进一步揭示沿海城市地区空气污染动力学机制、强对流天气触发机制.     

渤海湾西岸海风时空演变特征观测分析

应用2008年全年天津地区14个气象站的逐小时资料和6 h一次的地面常规资料,对渤海湾西岸(天津)海风时空演变特征进行了统计分析,结果表明:2008年全年渤海湾西岸的海风盛行于春夏季的14—17时,海风发生频率的最大值出现在夏季,近海站的海风风速主要集中在2—4 m/s,且春季的海风强度最大,秋季最弱,风向主要以东和南-东南方向为主;海岸带附近建立的海风一半以上都可向内陆传播至30 km远,最大可向内陆传播70 km以远,海风强度的空间分布则呈现出近海站高于远海站,近郊站大于城市站的特点。     

海南岛海风演变特征的观测分析

本文利用2012年海南岛19个常规气象站、5个海岛站的逐时资料以及海口站的探空资料,对海南岛海风的时空演变特征及在不同天气条件下海风发展的特征进行了统计分析,结果表明:2012年全年海南岛的海风多发生于春、秋季,频率分别为40%和33%,冬季最少(约为19%),尤其是一月,大部分站点均不足10%。夏季海风出现时刻较早;南部沿海海风结束时间晚于北部沿海;冬季海风开始得较晚,南部海风结束时间早于北部沿海。海风平均持续时间约为10 h。沿海站的海风风速主要集中在3~6 m·s~(-1),且最大风速值出现在春季,除琼山、海口站外,最大海风强度多出现于春夏季。内陆站中部山区附近海风出现频率较高、开始时刻较早、持续时间较长、强度也较大。海风向内陆的传播距离至少为70 km;海风易发生在阴天,其次为多云天气,少云日的海风最少。     

华北地区极端降水变化特征及多模式模拟评估

利用1961—2010年华北地区68个台站逐日降水数据计算了6个极端降水指数,对华北极端降水的时空变化特征进行了分析。进一步评估了CMIP5的31个全球气候模式对华北地区极端降水的模拟效果。结果表明:1华北地区极端降水指数具有较大地区性差异,平均日降水强度、极端降水阈值等指标东南高西北低,大雨日数和连续干日东西分布差异明显。6个极端降水指标的年际变化显示华北地区强降水事件增多的同时,极端干旱程度加剧。2CMIP5模式对华北地区极端降水指数的模拟差异较大,其中对平均日降水强度和极端降水阈值空间分布模拟能力较好,有1/3模式的空间相关系数超过了0.6。同一模式对不同指数的模拟能力也存在较大的差异。3模式模拟相关系数和均方根误差有较好的一致性,根据这两个指标分别得到两组模式排序,其相关系数超过了0.4。HadGEM2-CC,HadGEM2-ES,MIROC4h,MIROC5以及CCSM4是模拟华北地区极端指数最好的5个全球模式。相比于多模式集合平均,优选模式集合能够显著降低模拟的湿偏差。     

陆面过程参数化对宁波地区雷暴过程模拟的影响

利用耦合复杂程度不同的陆面过程参数化方案(Noah、RUC)的新一代中尺度数值模式WRF,对2006年6月24日发生在宁波地区的一次典型的雷暴过程进行了数值模拟试验。结果表明:对于雷暴发生前期近地面热力、动力场的特征,Noah方案的模拟较为逼真,RUC方案没有反映出下垫面覆盖的多样性以及城市下垫面的影响,城乡之间差异不明显;Noah方案模拟的雷暴启动、发展过程与观测较为一致,RUC方案较好地描述出了演变过程中的关键阶段(3次合并过程);由于参数化所考虑的要素和物理过程存在一定差异,Noah方案在对降水的强度、降水中心位置的模拟方面具有一定优势;雷暴的持续时间对陆面过程参数化方案的选择比较敏感,两个方案所模拟的雷暴过程持续时间不同程度地长于实际雷暴持续时间;无论是哪种下垫面覆盖类型,白天Noah方案模拟的感热通量均大于RUC方案,而Noah方案模拟的潜热通量均小于RUC方案。