Short-term Climate Characteristics at Ny-(A)lesund over the Arctic Tundra Area

Based on the Germany Koldwey Station's 1994-2003 conventional observation hourly data, this paper conducts a statistical analysis on the short-term climate characteristics for an arctic tundra region (Ny-(A)lesund island) where our first arctic expedition station (Huanghe Station) was located. Affected by the North Atlantic warming current, this area has a humid temperate climate, and the air temperature at Ny-(A)lesund rose above 0 ℃ even during deep winter season during our research period. The wind speed in this area was low and appeared most at southeast direction. We find that the temperature at Ny-(A)lesund rose in the faster rate (0.68 ℃/10 a) than those at the whole Arctic area. Compared with the floating ices where our expedition conducted in the Arctic, Ny-(A)lesund was warmer and more humid and had lower wind speed. Comparison of the near surface air temperature derived by NCEP/NCAR reanalysis to the conventional measurements conducted at the Koldwey site in Ny-(A)lesund area shows a good agreement for winter season and a significant difference for summer season.     

北极苔原新奥尔松地区的地表辐射特征

利用我国北极黄河站所在地,德国Koldewey站1993-2003年的资料,对新奥尔松地区的地表辐射特征进行了初步分析。结果表明,由于云的影响,新奥尔松极昼期间的日照百分率仅为32.2%。暖季由于下垫面地表冰雪融化,地表反射率迅速减小,地面吸收辐射和地面有效辐射都迅速增大。全年累计的净辐射为正值;暖季是接受太阳辐射能的主要时段,寒季接受的太阳辐射能极少。虽近10年来新奥尔松地区的气温增加十分显著,但各辐射量的变化趋势不明显。地表辐射实测值与同期NCEP/NCAR相邻格点逐日资料的比较表明,NCEP资料对各辐射项模拟的精度不高。     

一个简单海气耦合模式预报性能评估

对改进初始强迫风场后的Zebiak-Cane海气耦合模式预报性能进行了全面评估。结果表明：1）耦合模式在20世纪90年代预报能力小于80年代；提前0～5个月的耦合模式预报能力小于同期持续预报能力，之后则相反；耦合模式对Nino3区指数预报能力最强。2）在1997／1998年El Nino事件期间，耦合模式对东太平洋SSTA场预报能力大于其对中西太平洋SSTA场的预报能力，且提前0～2个月之后的耦合模式对东太平洋SSTA场预报能力远远大于持续预报。     

WRF中土壤图及参数表的更新对华北夏季预报的影响研究

土壤质地及其物理性质的参数化对陆面过程模拟具有明显的影响。研究了土壤质地和土壤水文参数表的更新对WRF（Weather Research and Forecasting）模拟性能的影响。使用北京师范大学土壤属性数据集和修正后的土壤水文参数表替换WRF默认数据,对2017年6—8月华北地区开展数值模拟试验和评估验证。结果表明,模拟结果对土壤类型数据集和水文参数表的更新较为敏感,对地面要素预报有正效果。WRF默认土壤数据集中,中国东部以粘壤土为主,而在北京师范大学土壤数据集里则以壤土为主;修正后的土壤水文参数在Noah陆面过程中增强了裸土潜热蒸发能力。数值模拟试验表明,土壤输入数据和土壤水文参数的更新能够增强陆面向大气的潜热同时减弱感热输送,致使大气底层温度降低而湿度增大。利用华北区域748个地面气象观测站的2 m温度和2 m湿度对2017年夏季的模拟结果进行验证,结果显示更新试验对地面要素的预报偏差有较好的修正作用,能够将2 m温、湿度的预报技巧分别提高3.4%和2.9%。      

NCAR绘图软件在Windows下的编程

介绍了NCAR绘图软件在Windows下的编程方法和具体实现，解决了在科研绘图工作中遇到的一些实际问题，对在Windows下编程的静态链接和动态链接进行了分析和研究，为Fortran编程员提供了在Windows下编程的基础。     

用NCEP／NCAR再分析辐射资料估算月平均地表反照率

本文利用１９７９年￣１９９５年１７年平均的ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎ－ｔａｌ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ／Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ,美国国家环境预报中心／美国国家大气研究中心）再分析辐射资料估算了全球月平均地表反照率．从所得结果的时空分布来看,用ＮＣＥＰ／ＮＣＡＲ辐射资料得到的全球地表反照率基本     

初冬青藏高原冻土过程的数值模拟

利用改进了的加进NCAR陆面过程(LSM)的NCAR MM5大气模式中的土壤冻融过程参数化方案和2001年10月2～30日的NCEP再分析资料,对青藏铁路沿线区域进行数值模拟试验。在新方案中改进了土壤径流和土壤渗透影响土壤层的水文过程,增加了对土壤含冰量的求解,较真实地反映了土壤的冻融过程。模拟结果表明,改进土壤冻融过程方案后,模式对地温、地面通量的模拟有一定的改进,能够反映土壤冻结初期陆面要素场的变化。     

Computational fluid dynamics modeling of abutment scour under steady current using the level set method

The scour and deposition pattern around an abutment under constant discharge condition is calculated using a three dimensional (3D) Computational Fluid Dynamics (CFD) model. The Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) equations are solved in three dimensions using a CFD model. The Level Set Method (LSM) is used for calculation of both free surface and bed topography. The two-equation turbulence model (k-ε and k-ω) is used to calculate the eddy viscosity in the RANS equations. The pressure term in the RANS equations on a staggered grid is modeled using the Chorin's projection method. The 5th order Weighted Essentially Non-Oscillatory (WENO) scheme discretizes the convective term of the RANS equations. The Kovacs and Parker and Dey formulations are used for the reduction in bed shear stress on the sloping bed. The model also used the sandslide algorithm which limits bed shear stress reduction during the erosion process. The numerical model solution is validated against experimental results collected at the Politecnico di Milano, Milan, Italy. Further, the numerical model is tested for performance by varying the grid sizes and key parameters like the space and time discretization schemes. The effect of varying bed porosity has been evaluated. Overall, the free surface is well represented in a realistic manner and bed topography is well predicted using the Level Set Method (LSM).     

三个陆面模式对新疆地区陆面过程模拟的对比研究

利用实测的大气观测数据建立陆面模式驱动场, 分别驱动Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme（BATS）, Land Surface Model（LSM）, Common Land Model（CoLM）三个陆面模式, 对新疆地区99个测站的陆面热力过程进行了off-line模拟研究, 对比分析了三个模式模拟结果的异同, 并利用观测的土壤温度检验了各个模式的模拟性能。结果表明： 三个模式对所吸收的太阳辐射、 地表感热通量、 地表潜热通量和Bowen比的模拟结果有明显差别, 其中CoLM模拟的太阳辐射、 感热通量和土壤温度比BATS和LSM大。用观测的土壤温度对三个模式模拟性能的检验表明 BATS模拟的土壤温度最接近观测值, 大约偏低1℃, 而LSM和CoLM的模拟结果偏高, CoLM模拟的年际变化趋势与观测值相关性达到0.877, 高于另外两个模式的模拟; BATS在天山以北模拟值偏低, CoLM在天山以南模拟结果偏高, LSM模拟的区域分布状况与实际观测最一致。这些结果为研究陆面模式在新疆地区的应用提供了一些参考, 对于深入了解新疆地区的陆面过程具有重要意义。     

全球模式NCAR CESM和CAS ESM对亚洲东部夏季气候的模拟性能评估:气候平均态和降水日变化分析

主要评估了美国国家大气研究中心的NCAR CESM（Community Earth System Model,NCAR）和中国科学院的CAS ESM（Earth System Model,Chinese Academy of Sciences）两个地球系统模式对亚洲东部夏季气候态的模拟性能。使用NCAR CESM和CAS ESM各两种不同的水平分辨率,一共进行了4组长达19年（1998~2016年）的数值积分试验,并通过对2 m气温、降水强度和降水日变化等的分析,比较了这两个模式在亚洲东部的模拟性能。结果表明,CAS ESM和NCAR CESM均能模拟出夏季2 m气温和降水强度的大尺度分布特征,但整体上模拟得到的地表面气温偏暖、降水强度偏弱。对于降水日变化而言,观测的日降水峰值在陆地上主要发生在下午到傍晚时段,在海洋上则出现在午夜到凌晨时段。两组低分辨率试验模拟的陆地降水峰值出现过早,且无法模拟出四川盆地的夜间降水峰值和部分海洋地区凌晨或上午的降水峰值。提高分辨率对模式的模拟性能有显著的提升作用。高分辨率下,NCAR CESM和CAS ESM对陆地和海洋的降水日变化模拟性能都明显提高。对降水日变化的定量化分析表明,高分辨率CAS ESM模式对整个亚洲东部降水日变化的模拟最优。目前模式对海陆风的模拟还不太理想,未来要进一步提高模式模拟性能,需要重点完善与气温、降水过程相关的物理参数化方案。