海气界面动量通量算法的改进

COARE（Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment）算法是国际上较先进的计算海气界面通量的算法。最新的COARE 3.0算法包含TY01方案和O02方案两种考虑真实海浪状态的海面空气动力学粗糙度方案;当有效波高和谱峰周期缺省时,利用Taylor01风浪特征量参数化方案可对它们进行参数化。在此基础上引入自主设计的WHP（Wind-wave significant wave Height and dominant wave Period）风浪特征量参数化方案和三种海面空气动力学粗糙度方案,即SCOR方案、GW03方案、PYP07方案以及更简单的Andreas12、Vickers15摩擦速度算法,利用NDBC（National Data Buoy Center）浮标数据、解放军理工大学风浪流水槽实验数据,针对中高风速条件（10 m/s≤U₁₀≤25 m/s）比较上述方案对摩擦速度的预测效果。结果表明:WHP方案在COARE 3.0算法中的应用效果优于Taylor01方案,且新引入的SCOR、GW03、PYP07海面粗糙度方案对风浪特征量的观测误差敏感性更小、稳定度更高;水槽实测数据的对比结果表明,WHP方案结合SCOR海面粗糙度方案计算的摩擦速度与实测值最接近;引入其他三种实测数据的检验结果表明,原始COARE 3.0算法会低估摩擦速度,而WHP方案结合SCOR海面粗糙度方案能更准确地预测摩擦速度随10 m风速的增长趋势。      

海面风场的数值模拟与反演的研究进展

简要回顾了目前国内外除常规方法外获得海面风场的2类主要方法,从这2类方法的研究进展中可以看到目前海面风场数值模拟和反演的发展状况.用数值模拟获得海面风场的方法因其对数值模式和环境的依赖较大,有其局限性;而通过散射计反演获得海面风场的方法,因其众多的优越性,成为近年来研究和业务应用中获得海面风场的主要方法.     

气溶胶直接和间接效应对台风眼墙和外雨带的影响及其分离贡献

台风临近大陆的过程中,人为气溶胶的渗透位置、眼墙和外围雨带对流发展的竞争关系以及气溶胶直接、间接效应的分离贡献,使对流增强区域和台风强度变化具有不确定性.本文选取0920号台风"卢碧"作为研究个例,利用WRF-Chem模式,通过改变气溶胶初始和边界条件,设计CTL(考虑临近大陆人为气溶胶的卷入及其直接和间接效应,代表污...     

Development and Validation of an Evaporation Duct Model.Part Ⅰ:Model Establishment and Sensitivity Experiments

Based on the Coupled Ocean-Atmospheric Response Experiment（COARE）bulk algorithm and the Naval Postgraduate School（NPS）model,a universal evaporation duct（UED）model that can flexibly accommodate the latest improvements in component（such as stability function,velocity roughness,and scalar roughness）schemes for different stratification and wind conditions,is proposed in this paper.With the UED model,the sensitivity of the model-derived evaporation duct height（EDH）to stability function（Ψ）,ocean wave effect under moderate to high wind speeds,and scalar roughness length parameterization,is investigated,and relative contributions of these factors are compared.The results show that the stability function is a key factor influencing the simulated EDH values.Under unstable conditions,the EDH values from stability functions of Fairall et al.（1996）and Hu and Zhang（1992）are generally higher than those from others;while under stable conditions,unreasonably high EDHs can be avoided by use of the stability functions of Hu and Zhang（1992）and Grachev et al.（2007）.Under moderate to high wind speeds,the increase in velocity roughness length z₀ due to consideration of the true ocean wave effect acts to reduce modeled EDH values;this trend is more pronounced under stable conditions.Although the scalar roughness length parameterization has a minor effect on the model-derived EDH,a positive correlation is found between the scalar roughness length z_0qand the model-derived EDH.     

华南前汛期起止日期的确定及降水年际变化特征分析

利用国家气候中心提供的华南地区74测站1957—2001年的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,对华南前汛期雨季开始期与结束期的定义标准作了改进;研究了华南前汛期降水雨量、雨日的年际变化特征以及变化趋势的空间分布特征;用小波分析法分析华南前汛期降水的周期分布特征。分析结果发现：45年来前汛期开始期总体上呈现偏早趋势,而结束期具有偏晚的趋势,两者的年际变化十分显著;45年来华南全区总雨量、雨日呈正趋势变化,且两者的空间分布特征非常相似。华南前汛期内雨量、雨日总体上呈现增长趋势并且具有明显的年际变化特征,存在准2年、3～5年、6～8年的振荡周期。     

0920号超强台风“卢碧”引起的强海上大气波导成因分析与数值模拟研究

基于中国台湾地区主持的侵台台风之飞机侦察及下投式探空仪观测实验（Dropwindsonde Observations for Typhoon Surveillance near the Taiwan Region,DOTSTAR）获得的高分辨率下投式探空仪探测资料,分析了2003年9月—2012年8月所有发生在中国台湾地区附近海域的台风型大气波导事件,遴选出一次由0920号超强台风“卢碧”引起的强台风型海上大气波导过程作为研究对象。利用欧洲中期数值预报中心（ECMWF）再分析资料（水平分辨率0.125°×0.125°）,对此次波导的生成原因进行了分析;基于WRF模式比较了不同初始化方法对台风强度、尺度和周围台风型大气波导的模拟能力。结果表明,此次强台风型大气波导发生在台风环流西北侧外围的弱下沉运动区,其形成与850 hPa高度附近北方强干空气平流导致湿度随高度锐减密切相关。在数值模拟中运用台风动力初始化方法,可以有效改进台风强度、路径和尺度的模拟效果,进而有利于改善台风型大气波导尤其是波导层所在高度的模拟效果。台风外围出现的大气波导通常以悬空波导为主,模拟效果与台风螺旋雨带和内核尺度的模拟关系密切,而与台风强度和眼墙结构关系不大。中尺度数值模式WRF具有模拟台风型大气波导的能力,是研究台风型大气波导的有力手段。      

稳定层结条件下非线性相似函数对蒸发波导模型的改进

大气修正折射指数(M)廓线是描述大气折射环境的重要参数,也是评估电波传播的关键因子。为了提高稳定特别是强稳定层结条件下模型预测M廓线的效果,引入三种非线性无量纲相似函数BH91、CB05、SHEBA07对原始的Babin_V25模型进行了改进,并利用铁塔平台实测气象水文数据对改进后的模型预测效果进行了评估,同时将其与改进前的Babin_V25模型以及Local_HYQ92模型的效果进行比较。结果表明:引入非线性相似函数能明显改进模型预测M廓线的效果,尤其是最新发展的SHEBA07,改进后的Babin_SHEBA07模型能在稳定层结条件下预测M值、0~5 m及5~40 m内的M梯度均方根误差分别减少64.5%、16.6%和60.4%,但这种方法对蒸发波导高度的预测效果改进不明显;而基于局地相似理论的Local_HYQ92模型则能使稳定层结条件下M值、0~5 m内、5~40 m内的M梯度以及蒸发波导高度d的预测均方根误差分别减少76.7%、40.2%、83.7%和58.0%。考虑到在电磁波传播特性的评估中,M梯度比蒸发波导高度和M值本身更为重要,最终推荐在强稳定层结条件下选用Local_HYQ92模型和Babin...     

能见度参数化方案概述

以能见度的模拟为切入点,对能见度模拟计算中使用的不同参数化方案进行了回顾和总结,将目前出现的一些主要的参数化方案进行了分类,并对一些参数化方案的模拟效果进行了简述。     

一次黑潮海洋锋强迫下的蒸发波导突变性与非均匀性的观测与模拟研究

蒸发波导是影响海上雷达系统探测性能的主导机制,海表温度（SST）锋带来的蒸发波导非均匀性和突变性具有重要的研究价值。2018年春季航次“海气相互作用观测试验”,曾两次穿越黑潮海域获取了珍贵的观测资料。在此基础上,结合欧洲中期天气预报中心（ECMWF）再分析资料（ERA-Interim）和HYSPLIT（Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectories）气块轨迹溯源,分离出两个重要的走航观测时段。S1段（持续约21 h）气流从暖海水区吹向冷海水区,以稳定层结为主,其间因黑潮海洋锋的存在,气流由黑潮主体的暖水区吹向大陆冷海区时,形成具有强逆温层的海洋边界层,并伴随海雾的生成,导致此处蒸发波导高度突降为0。此后为持续近66 h的S2段,气流由冷海水区吹向暖海水区,以近中性弱不稳定层结为主,蒸发波导高度基本维持在12 m高度。数值模拟结果表明,模拟时段内的黑潮海洋锋区,蒸发波导高度突变性和非均匀性始终存在,且伴随暖海水吹向冷海水的锋区突变性更强。黑潮海洋锋对蒸发波导的这种天气尺度强迫作用的加强与层结稳定度的突变和海雾的生成有关。      

成熟台风的“云陀螺”模型及移动路径数值模拟

台风移动的路径特征大多来自于最佳路径集资料的分析,由于其时间间隔多为6h或3h,因此不能体现台风运动的小尺度特征.为了更精细地揭示台风运动过程,将成熟台风最大风速半径内的密蔽云体视作刚体,并将其定义为"云陀螺".台风云陀螺一方面围绕自身的轴线自旋,一面围绕垂直轴作进动,通过引入陀螺运动力学原理,推导出了台风云陀螺的轨迹计算模型.分析发现,台风的运动是一种在引导气流作用下的平移运动上叠加进动运动,在外力矩作用下其轨迹呈现出旋进的固有特征.台风最大风速半径越小,切向风速越大或外力矩越大,都可以使旋进特征越明显.这些结论通过真实台风过程的高时间分辨率数值模拟得到了验证,对加深针对台风运动过程的认识具有积极的意义.