一个改进的汛期降水预报的热力学模式

本文在地气系统热平衡方程、土壤热传导方程和Ｇ．Ｗ．Ｐａｌｔｒｉｄｇｅ关于行星大气等效红外辐射温度参数化公式三个方程的基础上,建立了一个用于汛期（４－９月）降水预报的区域模式。它有效地修正了汤懋苍等提出的“一个长期降水预报的热力学模式”中存在的一些问题。     

三小时降水定量预报的雷达模式

根据雷达气象方程,推导得出了雷达回波立体资料预报短时降水的数学模式。然后对其主要因子进行了讨论;并在考虑数字化雷达回波立体资料实际情况的基础上,对模式进行了简化,最后通过格点应用,建立了有限区间短时面雨量预报模式。     

诊断分析在数值预报产品释用中的探讨

针对地方性天气预报特点，根据现有数值预报产品及实时探空资料的接收情况，作者利用中尺度数值预报模式ＭＭ４引入中尺度信息，提出一个实际可行的夏季降水预报方案，以求提高区域范围内具有明显突发性对流降水的预报能力。作法是用ＭＭ４模式计算逐日物理量诊断场，加入同期的欧洲中心数值预报产品，共计４１个场作为预报因子场；应用典型相关分析法，并结合逐步判别和逐步回归法，计算得出９个分区和８个单站中雨以上降水预报方程。降水预报方程的因子变量多数为中尺度诊断分析场构成的典型团子，可以认为，ＭＭ４模式计算得出的中尺度信息对预报中雨以上降水是有贡献的。     

诊断分析在数值预报产品释用中的探讨

文章针对地方性天气预报特点，根据现有数值预报产品以及实时探空资料的接收情况，利用中尺度数值预报模式ＭＭ４引入中尺度信息，提出一个实际可行的夏季降水预报方案，以求提高区域范围内具有明显突发性对流降水特征天气过程的预报能力。作法是用ＭＭ４模式计算出１９８４—１９８７年７月、８月逐日的零时刻物理量诊断场，格距为１００公里，使用欧洲中心数值预报产品和诊断物理量共计４１个场作为预报因子场；将内蒙古全区划分为９个气候区和８个代表站；应用典型相关分析法，并结合逐步判别法和逐步回归法，得到相应的９个区域和８个单站降水预报方程。９个分区预报方程降水ＣＳＩ指数在９７．６７％以上，８个单站降水预报方程对中雨以上降水ＣＳＩ指数在８０％以上。方程的实际预报能力令人满意。由于所采用的典型相关分析的典型因子绝大部分取自于中尺度诊断分析量，降水预报方程的因子变量多数为中尺度量。换句话说，方程中包含了大量的中尺度信息，８５０百帕零时刻水平Ｕ分量、温度Ｔ，７００百帕位势高度、涡度、湿球位温，５００百帕位势高度、温度Ｔ、涡度和湿球位温场对降水预报方程的贡献最大。     

利用T106资料制作降水概率和相对湿度预报

利用T10 6模式产品 ,采用MOS预报方法 ,建立了甘肃省 15个站降水概率和相对湿度的预报方程。通过相对湿度的绝对误差评分、降水概率的B评分和Bs 评分对预报方程的预报结果进行评估 ,认为预报方程有一定的预报能力。     

利用T106资料制作降水概率和相对温度预报

利用Ｔ１０６模式产品,采用ＭＯＳ预报方法,建立了甘肃省１５个站降水概率和相对温度的预报方程。通过地温度的绝对误差评分、降水概率的Ｂ评分和Ｂｓ评分对预报方程的预报结果进行评估,认为预报方程有一定的预报能力。     

基于模式相对湿度的降水概率预报方法研究

本文采用EC数值模式预报结果与历史观测资料结合的方法,建立了一种基于模式确定性相对湿度预报制作降水概率产品的方法。通过对2012—2013年华东地区EC细网格模式大气相对湿度预报进行分类,将不同层次和不同湿度等级的大气进行分类采样,并统计各类别对应的历史降水概率,分析模式相对湿度与实际降水概率的分布特征,进而根据当前模式预报的相对湿度预报降水概率。采用ETS评分、Brier评分、可信度对比及个例分析方法检验2013年7月至2014年5月降水预报试验效果,结果表明:本文建立基于模式相对湿度的降水概率预报方法可较好的反映未来降水的分布,对天气尺度雨带的预报效果优于对流性降水;与EC模式相比,可有效降低空报现象;与传统集合概率预报相比,本文建立的降水预报方法可更好地反映实际降水的发生概率,降水概率产品能较好的指示降水发生的位置和可能性,具有较好的实际参考价值。     

统计学长期天气预报方法的若干研究(一) 逐步回归技术的应用

本文采用了逐步迴归技术,可以在一大堆预报因子中选择出迴归方程中的主要变量,组成一个最后的迴归方程——预报方程。 为了具体说明逐步迴归方法应用于长期预报的计算情况,将1932—1962年华北五站(北京、天津、保定、石家庄、营口)7,8月份平均降水总量的资料作为因变量y,以表征太阳辐射影响的因子、前期环流影响的因子和其它若干气象要素等作为自变量进行分析研究。 对我国若干重点地区的月、季降水的迴归分析指出,各地区与降水有关的预报因子是不完全相同的。就1963年夏季和6—10月份月的降水长期预报进行检查。各重点地区42次预报的结果说明,用这个方法所作的降水趋势预报尚好,比偶然性预报约高10％。 最后,作者就迴归分析的改进作了简略的讨论,并提出今后除了用于长期预报的研究和业务工作外,对中、短期和专业天气预报以及气候学方面等的研究工作也将会是一个有用工具。     

区域气候自忆模式中记忆系数的某些特征及汛期降水预报分析

根据制作中国汛期降水业务预报的需要, 调整了区域气候自忆预测模式的边界条件及计算格式并进行了数值试验; 讨论了模式中记忆系数的线性趋势及周期变化等特征; 对1988~1997年中国汛期降水分布预报试验和1998年实际预报结果进行了分析, 结果表明, 自忆模式对汛期降水年际预报具有一定的能力.     

新疆中强天气过程GRAPES区域模式降水预报检验

利用2009年新疆地面气象观测站的实况降水资料和GRAPES区域模式的降水预报产品,根据降水预报产品在新疆实际天气预报业务工作中的应用制定检验方案,对GRAPES区域模式12 h降水预报产品进行检验。结果表明:GRAPES区域模式的降水落区位置和落区面积预报准确率北疆高于南疆,降水落区位置预报偏南的概率比较高;各时效降水中心强度预报易偏强,随预报时效延长其准确率呈降低趋势。     

大气凝结水汽汇、凝结潜热作用与积云对流参数化

从引入包含质量(水汽)源、汇的连续方程出发,重新推导出大尺度凝结降水和积云对流凝结降水之水汽汇起作用的热力学方程,从而重新给出气压、气温预报方程及地面气压与高空位势高度预报方程。发现,在此基础上,才能实现凝结3个作用:气块水汽质量流失与气压降低;气块虚温降低;加热气块;和通过大气运动方程,实现大气凝结潜热“热机”作功。这时,对于预报气压、气温场,积云对流参数化方案中的参数在凝结3个作用中保持一致。否则,通过积云对流参数化方案,虽可以近似实现对于预报气压和气温场的凝结3个作用,但不可能调好参数的降水物理特性及其时空分布特征。且对于静力模式预报地面气压和高空位势高度场,不可能实现上述的第一凝结作用。最后表明,当模式分辨率提高到只用降水显式方案、不再用积云对流参数化方案后,则必须引入包含水汽源、汇的连续方程。因在热带海洋面上的水蒸发过程,水汽进入大气将改变地面气压场,且蒸发潜热可分为内潜热(水汽内能)和外潜热(水汽压力能),内潜热立即成为大气热能的一部分,而外潜热直接对大气层作功,使得大气位能增加。文中研究了大气中的大尺度凝结降水和积云对流凝结降水对气压场与位势高度场的影响。一般积云对流参数化方案都已考虑内潜热对大气的加热作用,但还须考虑因凝结与降水造成地面气压场及高空位势高度场的变化,后者应是外潜热作用的结果。在上述研究过程中,必须引入考虑凝结作用的连续方程,且最终可以改变有降水(包括大尺度凝结降水和积云对流凝结降水)发生时的数值预报模式动力框架。     

城市热岛成因及其对污染物扩散影响的数值模拟

采用大涡模拟方法,通过数值求解可压缩流体的动力学方程和欧拉型的浓度扩散方程,建立了不同的地表模型,将城市地表差异等因素作为地面热通量的边界条件引入,得到了简单区域上的温度场和流场的三维结构,证实了城乡地表差异是引起热岛现象的根本原因之一,成功再现了城市热岛现象,并研究了城市热岛效应的存在对污染物扩散的影响。     

共轭方程理论在月平均温度距平季节预报中的应用

说明了共轭方程方法的可行性，使用历史资料代入共轭函数公式中计算了东北地区12月、6月月平均温度距平，并与实况进行了比较。为了建立东北地区12月、6月平均气温距平的长期预报方法，使用预报时间半年前的海温作参数化月平均热流量距平，代入简化的共轭函数公式中得到了预报值。     

冬季稳定性降水相态预报研究进展

冬季降水无论对地面的生产生活还是对高空飞机航行都可能造成严重灾害,降水相态预报的准确性决定了冬季降水预报的成功,该文系统回顾了近几十年降水相态预报取得的成果.降水相态预报方法大致分为3类:第1类是基于观测或数值天气预报建立的指标以及回归方程,其中某些方法高度依赖数值天气预报模式准确率;第2类是基于数值天气预报模式的微物...     

A non-hydrostatic modeling study of surface moisture effects on mesoscale convection induced by sea breeze circulation

Summary Convection and subsequent precipitation induced by the sea breeze circulations are often observed in the Florida peninsula during summer. In this study, the mechanisms of initiation and maintenance of the convective clouds and precipitation are investigated. A fully-compressible fine resolution non-hydrostatic mesoscale numerical model is used in this study. Surface energy and moisture budget were included in this model to simulate the diurnal cycle of ground surface temperature and wetness. The model also has a sophisticated boundary layer and explicit cloud physics. A sounding obtained from Orlando, Florida at 1110 UTC 17 July 1991 as part of the Convection and Precipitation Electrification (CaPE) experiment is used for initialization. The initial data for the model is kept in geostrophic and thermal wind balance. Several sensitivity tests were conducted to investigate the effects of different treatments of ground surface moisture and temperature on the model forecast of the convection and precipitation induced by the sea breeze circulations. The simulations agree reasonably well with the observations when both surface energy and moisture budget were included in the model to predict ground surface temperature and wetness. The surface moisture has a significant impact on the formation, strength, sustenance, and the location of convection and precipitation induced by the sea breezes.With 17 Figures     

Numerical modeling of the nocturnal PBL over the urban heat island in Changzhou city

A two-dimensional primitive equation model has been used to describe the changes of the fields of horizontal wind, temperature and vertical eddy exchange coefficient and the development and evolution of urban heat island circulation for the thermal and dynamical effects of urbanlization, while the air flows over a city in the nighttime. Because the turbulence and average fluid are in a condition of unbalance to each other, the turbulent energy varies with time. So the equations are closed by introducing the equation of the variable rate of turbulent energy in the model. We are able to obtain the distribution and change of the turbulent energy over the urban area in this way. Finally we examine the effect of urbanization by using the differences of the actual ground pollutant concentration and the vertical distribution of concentration emitted by an elevated pollutant source.In order to verify this model, the profiles of horizontal velocity and temperature that are predicted by this model are compared with observed data for Changzhou city.     

高速公路路面温度极值预报模型研究

应用地表热量平衡方程,在太阳短波辐射、大气和地面长波辐射、感热和潜热等参数化方案的基础上,提出一种用于预报高速公路路面温度极值的数值模型.并利用沪宁高速公路梅村站和仙人山站2006年7月8日-12月31日的逐分钟的各要素实测数据对模型的有效性进行验证,结果表明:模型的平均绝对误差为1.32 ℃,预报误差在±3 ℃以内的频率高达85.23%,且对冬季路面温度低于0 ℃时的预报误差基本在-1～0 ℃,可以运用于冬季高速公路路面溜滑的实际预报中.     

夏—冬海气热力遥相关及其在长期天气预报中的应用(Ⅱ)

本文在已揭示的夏季(6、7、8月)海洋与冬季(12、1、2月)大气的热力遥相关联系的基础上,通过参数化形成了相应的数学模型,从夏季6月海洋与冬季1月大气的热力预报方程出发,分析了海气非同步影响函数的时间变异性,确定了数学模型的稳定性,由此进行了北半球500hPa月平均大气非绝热热流量距平、温度距平的长期预报试验。非独立和独立预报表明:利用海气热力遥相关的长期天气预报方法具有一定的预报能力和潜力。     

Comparison of in-situ measured ground heat fluxes within a heteorogeneous urban ballast layer

Summary This study concentrates on measurements of ground heat fluxes within a porous urban ballast layer that were conducted from June to September 2002 at the goods station in Osnabrück, Germany. To account for the limitation of accurately installing sensors within the heterogeneous and porous ballast bulk, the heat fluxes were calculated from four different methods to compare their variability, dynamics and shortcomings. Ground heat fluxes were gathered from 1) a heat flux plate with the inclusion of heat storage between the soil surface and the heat flux plate, 2) temperature gradient measurements with correction for heat storage, 3) temperature gradient measurements with a modelled surface temperature and a laboratory derived thermal conductivity, 4) as residual from the surface energy balance equation. The results show a distinct deviation of the four methods for absolute values of the ground heat flux as well as for temporal dynamics on the diurnal cycle. As indicated by the temporal dynamics of the ground heat flux times series and a simple error analysis of the four methods, the most plausible estimates for an urban application in a heterogeneous ballast layer were obtained by temperature gradient measurements between the surface and −0.05 m. Overall, the results indicate that accurate ground heat flux measurements in urban applications still prove difficult to acquire.     

陆面过程模式的改进及其检验

文中对陆面过程模式 (BATS)进行了改进 ,改进后的模式能较好地模拟地表物理量的年、季和日变化 ,它有两方面的特点 :采用热扩散方程模拟 7层土壤温度 ,模拟的温度可与实测值进行比较 ;在BATS的地表径流方案中 ,考虑了空间不均匀性的一般地表径流 (GVIC)过程 ,研究结果表明 :⑴模式能很好地模拟各层土壤温度的年、季和日变化。冬季土壤温度下层高于上层 ,而在夏季上层高于下层 ,这种上下层温度的转换时间大约在 4和 10月份 ,这与实测土壤温度的年变化非常一致。较为准确地模拟了各层土壤温度日变化的时滞效应。⑵用南京和武汉站的资料 ,将BATS地表径流方案模拟的地表水分分量与GVIC方案进行比较 ,BATS地表径流方案模拟的地表水分分量 ,与总水量的平衡相差较大 ,而GVIC模拟的效果相对较好 ,地表总水量基本上与降水总量达到了平衡