紫外线辐射指数预报系统

紫外线指数是度量到达地球表面的太阳紫外线辐射对人体皮肤的损伤程度，紫外线辐射对人体皮肤的损伤是根据“红斑作用曲线”作出的。紫外线指数（Uitraviolet Index）也称“UVI”指数，其强弱主要决定于纬度、海拔高度、季节、平流层臭氧、云层、地面状况和大气污染状况等条件。UVI对于指导人们避免紫外线辐射过度具有重要作用，但在计算时应考虑更加真实的大气状况和地面状况。     

紫外线模式预报方法的研究和试验

文章介绍了在T106全球谱模式中应用大气辐射传输模式预报紫外线辐射(UVR)的方法,给出了试验运行的结果.UVR强度的划分考虑了到达地表的UVR通量.参考国内、外紫外线(UV)预报服务的经验,制定了5个日光暴露的级别、相应的紫外线指数(UVI)及防护措施.1999年9月起,国家气象中心已在NOTES网上每月不定期地展示UVR预报的一些结果,2000年9月起,在Cray-C92业务操作系统上实施了连续的试验运行.     

到达地面的紫外辐射强度预报

紫外线指数一般用０～１５的数字来表示,通常规定,夜间的紫外线指数为０,在热带高原地区,晴天无云时的紫外线指数为１５。世界气象组织规定了单位紫外线指数相当于２５ｍＷ／ｍ＾２红斑加权剂量率。紫外线指数预报大致可分为统计预报方法和模式预报方法两种。统计预报方法主要依赖于高精密度、高准确性的紫外线实测资料和相关的气象要素观测;而模式预报方法则主要依赖于对平流层臭氧的预报和大气辐射传输模式的应用。     

到达地面的紫外辐射强度预报

紫外线指数一般用 0～ 1 5的数字来表示 ,通常规定 ,夜间的紫外线指数为 0 ,在热带高原地区 ,晴天无云时的紫外线指数为 1 5。世界气象组织规定了单位紫外线指数相当于 2 5 m W/m2 红斑加权剂量率。紫外线指数预报大致可分为统计预报方法和模式预报方法两种。统计预报方法主要依赖于高精密度、高准确性的紫外线实测资料和相关的气象要素观测 ;而模式预报方法则主要依赖于对平流层臭氧的预报和大气辐射传输模式的应用     

辐射方案对GRAPES全球模式的影响

辐射过程是中期数值天气预报模式和气候模式中一个重要的物理过程。本文针对GRAPES (Global/Regional Assimilation and PrEdiction System) 全球模式非静力半隐式半拉格朗日的特点, 进行了不同辐射方案的敏感性比较试验, 以期找到一个适合于GRAPES全球模式的辐射方案。用到的方案包括WRF模式中的RRTM长波辐射方案、 NASA的Goddard短波辐射方案以及ECMWF的长短波辐射方案。试验结果表明, ECMWF的辐射方案更适合于GRAPES模式, 30天平均的北半球500 hPa高度场距平相关系数较WRF的辐射方案提高了近2%。另外, 针对实际运行中存在的辐射计算不稳定问题, 对辐射方案进行了气压订正和温度订正, 并对2005年7月影响我国的海棠台风进行了模拟试验, 气压订正后的120小时模式预报在对副热带高压和台风的描述上更接近于分析, 可用预报时效也有了明显提高。     

攀西地区太阳紫外线指数特征分析

使用2008～2011年西昌市和攀枝花市东区的太阳紫外辐射监测资料,分析其太阳紫外线指数（简称UVI）特征,并结合云量、日照、气温等气象资料,采用多元逐步回归方法建立攀西地区UVI经验公式,分别计算攀西地区22个区县的UVI,并分析其时空分布特征。结果表明：攀西地区大部分区县UVI随海拔高度增加而增大,并受当地小气候影响显著;年均UVI为9～32,UVI等级为四至五级的年均天数是253～358天;月均UVI以2～5月较大,11月～次年1月较小;日最大UVI通常出现在13时左右,但在09～16时的UVI等级可达四至五级;UVI在多云天气时略大于晴天,阴天时显著减小;建议白天进行户外活动时,应采取全面的防护措施。     

晴空或少云状况下紫外辐射强度及指数预报模式

在大气辐射传输理论的基础上，利用中分辨率大气辐射传输系统，应用可测得的实际大气物理参数，建立睛空或少云天气状况下石家庄市紫外波段（280-400nm)辐射强度及指数预报模式，考虑了臭氧的两个吸收带。晴空条件下的散射主要考虑了分子和气溶胶的多次散射，少云时还考虑了云对紫外辐射的影响。其中多次散射的计算采用子离散坐标法。且对由于臭氧实时资料的短缺造成的误差进行了系统订正，并将订正结果与实况资料进行了对比。结果表明，由模式客观预报紫外辐射强度是可行的。     

紫外线实时监测及专业预报系统

介绍了一种自动化程度较高的紫外线实时监测及专业预报系统,该系统不仅可完成紫外线数据自动采休、接收、存储、转换,而且还实时给出了实测紫外线强度动态变化,并建立了紫外线预报模式,利用这一模式,可根据气象条件做出紫外线强度等级预报并对外发布当日或次日的紫外线强度等级预报指数。     

非常规气象要素在紫外线预报中的应用

利用吉林省业务运行的WRF模式,计算了与紫外线指数相关的气温、湿度、云量、风速等常规气象要素和地表向下的短波辐射通量、地面热通量、反照率等非常规气象要素,利用长春市紫外线观测资料,分析了紫外线辐射与常规和非常规气象要素的相关性。基于长春市紫外线观测实况,以常规气象要素、非常规气象要素、混合气象要素为因子,利用相同的统计建模方法,分别建立紫外线预报模型。结果表明:大气短波辐射等非常规气象要素与紫外线指数的相关性,明显高于气温、云量、比湿、风速等常规气象要素;应用非常规气象要素和混合气象要素的紫外线预报方程,显著优于常规气象要素;基于混合气象要素的紫外线预报方程,与基于非常规气象要素的预报方程比较,预报性能差异不大。此外,应用常规气象要素建立的分季节紫外线预报方程,其预报效果明显优于全年预报方程。应用非常规气象要素建立的分季节紫外线预报方程,与全年预报方程相比,预报效果差异不大。     

两组辐射方案对中国短期天气过程影响的比较和探讨

为了比较长短波辐射方案对中国短期天气过程模拟的影响, 并进一步完善中尺度模式MM5中的辐射过程的参数化方案, 将WRF中Goddard短波辐射参数化方案移植到模式MM5中.利用移植的方案和MM5模式原有的参数化方案, 设计了两组试验方案.通过对2002年第16号台风个例和2002年12月19～24日北方降雪的个例模拟, 结果表明: 选用不同的辐射参数化方案对两个个例模拟结果具有较明显的影响, 较详细的长短波辐射参数化方案组合模拟的各种辐射量和云更加细致合理地反映地形、台风、副高和槽脊的结构和位置; 台风降     

CAMS复杂云微物理方案与GRAPES模式耦合的数值试验

CAMS复杂云微物理方案是混合相双参数方案, 包括11个云物理变量和31个云物理过程, 能够同时预报水成物的比质量和数浓度。通过在GRAPES非静力中尺度模式中增加预报量并修改相关程序后, 实现了二者的耦合, 耦合后模式运行稳定。选取2005年8月15—17日我国华北地区一次暴雨过程, 利用耦合后的模式进行48 h模拟试验, 同时还选取了GRAPES模式中其他3个比较复杂的微物理方案进行模拟, 着重分析了降水和水成物分布的模拟结果。研究结果表明: CAMS方案能够模拟出与实测相接近的雨带分布特征, 并且对降水演变的模拟结果与其他方案比较一致, 对暴雨中心位置的模拟有待改进。CAMS方案模拟的水成物垂直分布与其他方案相比具有相似的总体特征, 各相态粒子的量级和分布合理, 不同方案的结果在量值上有所差别。个例分析结果显示出CAMS方案对降水和水成物的分布能够合理描述。今后应通过更多个例进行更为精细的模拟试验, 对新方案进行检验。     

利用MODIS数据反演多层云光学厚度和有效粒子半径

利用卫星资料反演云微物理参数不仅有助于对天气变化的监测和预报,而且对人工影响天气的研究十分有益.目前卫星反演云微物理参数的算法一般是假设视场中只有一层云,但是实际环境中多层云出现很频繁.文中研究了多层云的光学厚度和有效粒子半径微物理参数的反演算法,主要针对薄的冰云覆盖在低层水云的多层云情形.算法利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)吸收通道和非吸收通道同时进行反演,在此基础上利用SBDART辐射传输模式模拟冰云覆盖在低层水云上的多层云对云微物理参数反演的影响,模拟表明反演时将多层云作为单层云处理会使反演结果产生较大误差.为此,文中提出了云光学厚度和有效粒子半径反演算法中要考虑多层云的因素,并设计了一套云光学厚度和有效粒子半径反演方案.该方案使用SBDART辐射传输模式建立不同观测几何条件、下垫面类型、大气环境等条件下以光学厚度和有效粒子半径为函数变量的多层云、水云和冰云辐射查找表.经过云检测、云相态识别和多层云检测后,在该查找表的基础上,对MODIS通道1和通道7的数据采用最小方差拟合法反演光学厚度、有效粒子半径.利用该方案对2006年7月12日TERRA卫星MODIS数据进行反演试验,反演结果与NASA发布的MOD06产品中云的光学厚度和有效粒子半径的结果较一致,表明方案具有合理性.     

WRF模式不同微物理过程对东北降水相态预报的影响

为了研究不同微物理过程对中尺度模式降水相态预报的影响,利用中尺度模式WRF（V3.1）和NCEP再分析资料,采用WSM 6方案、Goddard方案和New Thompson方案等3种不同微物理过程参数化方案,对2006-2008年东北地区存在降水相变的11次降水过程进行了敏感性试验。通过对降水和云微物理特征影响的分析,了解不同方案间的预报差异。结果表明：不同微物理方案对降水落区和强度预报影响不明显,而降水相态对微物理参数化方案较为敏感,主要表现在对雨区和雨夹雪区预报影响显著。从总体预报效果来看Goddard方案表现较好。选用不同微物理参数化方案模拟的底层大气云微物理特征存在较大的差别,正是这种差别直接导致了降水相态预报间的差异。     

不同微物理方案对一次梅雨锋暴雨过程模拟的影响

中尺度模式中描述湿物理过程的方案主要有对流参数化方案和云微物理方案,当网格距达到可以分辨积云对流尺度时,云微物理方案对描述云和降水物理过程的作用将变得更为重要.利用GRAPES高分辨率中尺度数值模式对2007年7月7-9日中国梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟,从降水量、雷达回波、水成物分布方面结合观测资料,分析了NCFP简...     

祁连山云系云微物理结构和人工增雨催化个例模拟研究

改进了胡志晋、刘奇俊的云物理方案,并实现了与GRAPES模式的耦合;利用包括了新云物理方案的GRAPES模式对祁连山地区一次山区云降水过程进行了数值模拟,研究了祁连山地区云系的微物理结构,并开展了人工催化的数值试验研究。结果表明：（1）耦合的双参数方案能够较好的模拟此次降水范围、强度及云场分布的特点和规律;（2）新方案给出了祁连山云系的合理微观结构和它的特征;（3）播撒冰晶可以增加降雨,在云初始阶段播撒增雨范围较广,在云发展阶段播撒增雨范围较集中;（4）播撒冰晶后,云的动力结构发生了改变。     

闪电定位和雷达观测资料在云分析中的应用及数值试验

本文针对2016年6月山西、山东地区一次强对流活动,通过GRAPES（Global/Regional Assimilation andPrediction Enhanced System）云分析系统融合了多普勒雷达反射率三维组网拼图资料和ADTD（Active DirectoryTopology Diagrammer）闪电定位资料,对模式初始场的云水、云冰等云微物理变量进行了调整和分析,并对这次强对流过程设计了3组数值试验。结果表明:（1）云分析系统在加入雷达反射率资料以后,能在模式初始场中较准确的计算模式的初始水物质;（2）闪电定位资料转换成的替代雷达反射率对原有的雷达反射率有一定的补充作用,使模式的初始场与真实状况更接近;（3）从模式降水的角度看,在加入雷达资料以后,GRAPES云分析可以显著提高6小时以内降水的模拟效果,而闪电定位资料的加入,对中雨以上量级的降水模拟有进一步的改进作用。     

到达地面的太阳紫外辐射强度的观测

紫外辐射强度的公众服务一般用紫外线指数来表示，是衡量某地正午前后到达地面的太阳紫外辐射对人体皮肤（或眼睛）可能损害的程度指标,沱主要依赖于纬度，季节，平流层臭氧，云况，海拔，地面反照率和大气污染状态等条件，紫外线辐射强度的观测主要使用紫外光谱辐射计与滤光片式的紫外辐射表。     

Numerical comparison study of cloud microphysical parameterization schemes for a moderate snowfall event in North China

Summary A moderate snowfall event in North China is simulated using the high-resolution mesoscale model MM5. A fourfold-nest experiment, with a minimum horizontal grid size of 2 km, is run. In order to study the cloud microphysics processes associated with the snowfall, two experiments were conducted in two inner domains, one using the Goddard scheme (Goddard experiment), and the other using the Reisner scheme (Reisner experiment). The analysis focused on the comparison of the cloud microphysics processes which occurred in the experiments. It is shown that there is no implicit precipitation of cumulus parameterization in the domain of grid scale 18 km. The snowfall distribution patterns in the experiments are slightly different, but the microphysical characteristics and processes may have considerable differences between the two experiments: (1) The water substances in the cloud have cloud water, cloud ice and snow, but no rainwater and graupel in the Goddard experiment. However, the water substances in the cloud have cloud ice, snow, and graupel, but no cloud water and rainwater in the Reisner experiment. (2) The cloud ice mixing ratios in the Goddard experiment are larger than those in the Reisner experiment. (3) In the Goddard experiment, the dominant cloud microphysical processes include the growth of cloud water by the condensation of supersaturated vapor, the depositional growth of cloud ice, the initiation of cloud ice, the accretion of cloud ice by snow, the accretion of cloud water by snow, the deposition growth of snow and the Bergeron process of cloud ice. In the Reisner experiment, the dominant cloud microphysical processes include the depositional growth of cloud ice, the conversion of cloud ice to snow, the deposition of snow, and the deposition growth of graupel. (4) There is only snowfall in the Goddard experiment. Meanwhile, there is ice fall, snow fall, and graupel in the Reisner experiment. But the ice fall and graupel in the Reisner experiment is very slight and can be ignored.     

Early Flood Warning for Linyi Watershed by the GRAPES/XXT Model Using TIGGE Data

Early and effective flood warning is essential for reducing loss of life and economic damage.Three global ensemble weather prediction systems of the China Meteorological Administration (CMA),the Europe...     

Impact of cloud microphysical processes on hurricane intensity, part 2: Sensitivity experiments

Summary Seven different microphysical sensitivity experiments were designed with an objective to evaluate their respective impacts in modulating hurricane intensity forecasts using mesoscale model MM5. Microphysical processes such as melting of graupel, snow and cloud ice hydrometeors, suppression of evaporation of falling rain, the intercept parameter and fall speed of snow and graupel hydrometeors are modified in the existing NASA Goddard Space Flight Center (GSFC) microphysical parameterization scheme. We studied the impacts of cloud microphysical processes by means of track, intensity, precipitation, propagation speed, kinematic and thermodynamic vertical structural characteristics of hurricane inner core. These results suggest that the set of experiments where (a) melting of snow, graupel and cloud ice were suppressed (b) melting of snow and graupel were suppressed and (c) where the evaporation of rain water was suppressed all produced most intense storms. The major findings of this study are the interconversion processes such as melting and evaporation among hydrometeors and associated feedback mechanism are significantly modulate the intensity of the hurricane. In particular an experiment where the melting of graupel, snow and cloud ice hydrometeors was eliminated from the model parameterization scheme produced the most explosively intensified storm. In the experiment where rain water evaporation was eliminated from the model, it produced a stronger storm as compared to the control run but it was not as strong as the storms produced from absence of melting processes. The impact on intensity due to variations made in intercept parameters of the hydrometeors (i.e., snow and graupel) were not that evident compared to other experiments. The weakest storm was noted in the experiment where the fall speeds of the snow hydrometeors were increased two fold. This study has isolated some of the factors that contributed to a stronger hurricane and concludes with a motivation that the findings from this study will help in further improvement in the design of sophisticated explicit microphysical parameterization for the mesoscale non-hydrostatic model for realistic hurricane intensity forecasts.