生态气象观测资料质量控制、分析技术和应用研究

CUACE/Dust完成2007年春季沙尘暴预报服务,为中央气象台、华风影视集团、气象报社,新华社等国内多家单位提供沙尘暴数值预报产品184期;为国际沙尘暴网站制作发布提供英语沙尘暴预报公报110期.     

西北地区沙尘暴预报方法的初步研究

沙尘暴是我国西北地区春季常发生的一种灾害性天气现象，也是气象业务预报工作中的一个难点。作者首先建立一个沙尘暴产生的天气学概念模型；据此模型，设计了用摩擦速度和大气边界层稳定度状况来对沙尘暴进行预报的数值方法；用PSU／NCAR的非静力中尺度模式MM5对该天气学模型的检验结果表明了该模型的合理性。最后给出了运用天气学原理和数值预报方法相结合来对沙尘暴进行预报的流程图。     

东北区域中尺度数值预报业务系统简介

介绍了以Penn／NCAR MM5为基础的沈阳区域气象中心中尺度数值预报系统。总结了1996年汛期以来业务运行情况。     

中尺度数值模式(MM5V3)在沈阳区域气象中心的试用

简单介绍了沈阳区域气象中心在微机上调试和试用中尺度数值模式MM5V3的情况，MM5V3在前、后处理上使用Fortran90编程，与MM5V2有一定差别，利用T106L19资料和常规探空报形成经、纬网格的初值，预处理场和侧边界，代入模式前处理系统中，模式运行完毕后，预报产品直接进入MICAPS、Vis5d、Grads系统，进行图形显示，在2000年汛期试用中发现，MM5V3对东北地区的强降水过程有一定的预报能力，预报评分表明，MM5V3的降水预报结果和MM5V2互有优劣，总体来看，MM5V3的预报质量略高于MM5V2。     

MM5模式移植及业务应用系统

MM5模式是国际上应用比较广泛的一种中尺度气象模式，因为它采用了非静力平衡动力框架、可选择的多种物理过程以及四维同化(FDDA)等先进技术，在气象科研和业务预报领域取得了广泛的应用。由于技术的原因，MM5模式一直运行在UNIX系统之下，直接在Windows系统下运行的个例还不多。作者尝试将MM5模式由UNIX系统移植到Windows系统并据此建立了微机业务应用系统。详细介绍了模式在移植过程中所要注意的几个问题、微机业务技术系统的结构及预报方案。     

地市级客观化乡镇天气预报系统

应用VB6．0软件编写“地市级客观化乡镇天气预报系统”,采用逐步线性回归方法建立各县（市、区）春夏秋冬4个季节的气温和降水MOS预报方程,同县（市、区）乡镇采用同一套预报方程,对欧洲中心等多家数值预报产品进行释用和集成,得到客观化的乡镇天气预报,实现了利用大尺度环流背景下的数值预报产品,结合中尺度数值模式预报制作局部地区天气预报的一种方法;同时利用加密观测数据对乡镇预报进行检验,利用吉林省气象科学研究所MM5模式预报产品制作站点的逐时预报。本系统移植性好、操作简单、功能齐全,方便各地区台站使用。     

环境气象业务数值模式预报效果对比检验

基于华北区域气象中心、华东区域气象中心、华南区域气象中心和国家气象中心环境气象业务数值模式2015年1—3月的预报结果,从能见度和空气质量两个方面对环境气象业务数值模式的预报效果进行了对比检验。结果表明:随着能见度降低,各数值模式的预报能力均逐渐下降,对于1 km的能见度,仅华北区域模式和国家级雾霾数值预报业务系统(CMA Unified Atmospheric Chemistry Environment,CUACE)模式表现出一定的预报技巧,其中华北区域模式和CUACE模式对北京本地24 h能见度预报的TS评分分别为0.20、0.10;CUACE模式总体能见度预报误差较各区域数值模式均偏大;CUACE模式和华北区域模式、华东区域模式、华南区域模式能见度预报值与观测值的相关系数普遍低于0.6。随着空气质量下降,各数值模式AQI的预报能力均逐渐下降;AQI为优等级时,各数值模式AQI预报的TS评分均较高,其中空气质量较好的华南地区空气质量等级预报的TS评分最高,为0.81;总体上24 h的AQI预报,区域模式优于CUACE模式;48 h和72 h的AQI预报,CUACE模式优于各区域模式。各数值模式PM_(2.5)浓度的预报值普遍较观测值偏低,华南区域模式24 h的PM_(2.5)浓度预报误差相对较小,华北区域模式和华东区域模式24 h的PM_(2.5)浓度预报误差相对较大;CUACE模式PM_(2.5)浓度的预报误差较各区域模式均偏大,CUACE模式PM_(2.5)浓度预报值与观测值的相关系数较各区域模式均偏低。     

WRF和MM5对2008年6—9月温度数值预报结果的对比分析

使用WRF模式和MM5模式分别对吉林省50个地面观测站做了温度预报的数值模拟,并进行了检验分析和对比。结果表明：0-24h定时预报的预报准确率,WRF模式高于MM5模式5％～20％;24-48h定时预报的预报准确率,WRF模式高于MM5模式的6％～20％;0-24h最高和最低温度预报准确率,WRF模式分别高于MM5模式12．8％和10．9％;24-48h最高和最低温度预报准确率,WRF模式分别高于MM5模式11％和26．8％。表明WRF模式的温度预报性能优于MM5模式。     

MM5中尺度非静力模式对云南省降水预报检验

根据MM5／V3中尺度非静力模式数值预报结果，检验了该模式在云南2001年汛期（6－10月）的降水预报效果。结果表明，MM5模式降水预报对云南大部分地区的小雨有较高的TS评分，对于全省性大雨过程，MM5模式24小时降水预报的TS评分高于同期预报员的主观预报，但对暴雨及以上量级的降水预报，模式结果不太理想。     

黑龙江省中尺度数值预报业务系统

黑龙江省气象台于2001年8月引进了MM5模式，并结合业务和服务的实际需要对其有关参数进行了确定，建立了黑龙江省中尺度数值预报业务系统。已经在黑龙江省气象台实时运行，并应用到短期预报的业务工作中。系统运行稳定，预报结果有一定的参考价值。     

沙尘暴天气及其研究进展综述

沙尘暴是风蚀荒漠化中的一种天气现象, 它的形成受自然因素和人类活动因素的共同影响。自然因素包括大风、降水减少及其沙源。人类活动因素是指人类在发展经济过程中对植被的破坏以后, 导致沙尘暴爆发频数增加。该文重点论述自然因素对沙尘暴的影响, 拟从七个方面对沙尘暴的形成及研究现状进行评述, 即沙源分布与移动路径、时间变化、气候变化的影响、产生沙尘暴的天气系统、沙尘的物理化学性质及起沙机制、大气辐射特性及卫星遥感监测、沙尘暴的数值模拟。文章还介绍了国内外在沙尘暴方面的主要研究成果。     

沙尘气溶胶对半干旱区微气象学特征影响的初步研究

沙尘气溶胶通过改变地表—大气间的短波及长波辐射从而对地气间热量传输产生影响,进而影响到地表能量收支平衡以及近地面层气象要素的分布。半干旱区是我国干旱化表现最为剧烈的地区,也是沙尘暴频发地区和主要源区之一。本文利用吉林通榆半干旱区国际协调强化观测计划基准站2006年4～6月近地层微气象、地表辐射通量和沙尘气溶胶浓度观测资料,对比分析了该地区在典型沙尘暴天气、扬沙天气和晴朗天气等不同天气状况下近地层各气象要素、地表能量平衡及辐射收支的变化特征。结果表明,沙尘气溶胶对半干旱地区地面微气象学特征及辐射收支具有明显的影响,且表现出不同于干旱区的若干特性:半干旱区沙尘天气下的平均风速比晴天高约2m.s-1,而相对湿度则降低了约35%。相对而言,气温和浅层地温的变化对沙尘的影响响应较弱。半干旱区在沙尘天气时地表净辐射小于晴天,感热/潜热通量分别约占净辐射的55%和30%,分别远大于/远小于晴天时的情形。该地区气溶胶质量浓度与日均感热、相对湿度、潜热等要素具有明显的相关,相关系数分别高达0.70、-0.75和-0.62。相比之下,干旱区沙尘天气时的感热通量要小于晴天时的值,而且气象要素的响应更加剧烈。     

内蒙古阿拉善地区沙尘暴的气候特征分析

根据内蒙古阿拉善地区1961—2000年40年的沙尘暴、扬沙资料，分析了其气候学特征、地理特征、季节特征以及年际、年代际变化特征。结果表明．近40年来阿拉善地区沙尘暴出现日数在减少。但是进入20世纪90年代，阿拉善北部地区沙尘暴出现日数却呈波动增加趋势。沙尘暴出现日数的变化是特定气候变化的反映，下垫面条件的持续恶化也是该地区沙尘暴天气持续增加的原因之一。     

沙尘辐射强迫锋生过程的数值模拟

本文分别利用二和三维数值模式研究了沙尘暴辐射强迫的锋生过程和孤立的沙尘暴单体辐射加热对锋面环流系统的影响。结果表明:沙尘爆发时,沙尘辐射加热在大气低层导致锋生,在大气中层产生一明显的等熵位温层。水平速度场在沿锋面移动方向表现出明显的辐合(散)特征。晚上,沙尘辐射冷却导致大气低层锋消。 孤立的沙尘暴单体辐射加热在盛行风方向强迫出一个明显的垂直环流圈,它在白天较强,晚上较弱和反向。水平风场对沙尘的辐射强迫响应在不同高度上是不同的。     

中国北方沙尘暴频数演化及其气候成因分析

利用地面气象观测资料 ,分析了中国北方 195 4～ 2 0 0 1年年、季沙尘暴发生日数的演变规律及其与风速、相对湿度、降水、气温和干燥度的相关关系。结果表明 ,中国北方沙尘暴发生日数在 195 4～ 2 0 0 1年呈波动下降的趋势 ,春季下降趋势最明显。沙尘源区的气候要素对北方沙尘暴发生日数具有比较明显的影响 ,其中风是影响较大的因子。平均风速和大风频率增加 (减少 )均有 (不 )利于沙尘暴天气的形成。气温与沙尘暴日数呈显著的反相关关系 ,反映了北方温度升高可能通过大气环流间接地抑制了沙尘暴的发生。降水增加对沙尘暴发生也有一定抑制作用 ,尤其春季和前冬沙尘源区降水多寡对沙尘暴的发生有着重要的影响。北方沙尘暴频数与沙尘源区的相对湿度或干燥指数也存在较明显的相关关系。在过去的近 5 0a内 ,造成中国北方沙尘暴频率显著下降趋势的直接自然原因是 :沙尘源区和发生区平均风速和大风日数的减少、主要沙尘源区降水量特别是春季和前冬降水量的增加、以及由于源区降水增加引起的大气和土壤湿润程度的改善。     

强沙尘暴天气过程中的若干问题思考

介绍沙尘暴反馈机制观念形成的经验过程,对沙尘暴反馈机制作了进一步讨论,以期引起对沙尘暴成因研究的重视。     

北京地区一次尘暴气溶胶的化学组成及其来源

讨论了1990年4月25日北京地区出现的一次强尘暴过程的气溶胶特征，探讨了尘暴的来源，从对形成尘暴的气象背景以及尘暴气溶胶中元素资料和稀土元素分布模式的分析，认为该次尘暴气溶胶主要是由形成大风地区及其途经地区的尘土微粒混合组成的。     

一次强沙尘暴过程中干空气侵入的数值模拟和诊断分析

利用非静力MM5模式对2004年3月26-28日主要发生在内蒙古中部偏北地区的强沙尘暴天气进行了数值模拟，并利用模式输出结果对这次过程进行了干空气侵入的诊断和分析。模拟和诊断分析结果表明，此次强沙尘暴过程中有明显的干空气侵入，这种干空气侵入将对流层高层高位涡带入低层，促进了对流层低层气旋及对流运动的发展，继而引起强沙尘暴的发生。     

河西走廊“2010.04.24”特强沙尘暴特征分析

利用全天空成像仪、地面、高空气象观测资料、数值模式资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2010年4月24日甘肃河西走廊的特强沙尘暴过程进行了分析。结果表明,从观测到沙尘至天空完全被沙尘遮蔽,仅仅只有2.5min;中西伯利亚—新疆北部的偏北大风携带着极地强冷空气入侵,造成了甘肃河西走廊的特强沙尘暴。进一步的分析还表明,沙尘区域上空存在一个西风急流中心,其高度在200-250hPa之间,沙尘暴爆发时,风速增大到40m.s-1,高度降低,范围扩大。由急流中心向地面伸展的最大风速带将高空动量向下传播,引发了河西走廊的沙尘暴;南北风的变化主要发生在250hPa以下,最大中心高度均位于400hPa附近,北风前锋到达之处,沙尘暴爆发;冷空气爆发时,首先造成地面气温的急剧下降,其次是700hPa和500hPa气温下降;地面热低压的强烈发展,一方面使气压梯度加大,另一方面导致边界层对流不稳定,二者的作用都增强了沙尘暴的强度。     

NUMERICAL SIMULATION OF FRONTOGENESIS FORCED BY DUST RADIATIVE HEATING*

In this paper,the frontogenesis forced by dust radiative heating and the radiative effects of an isolated duststorrn on a frontal circulation system are examined by means of two-and three-dimensional numerical models.Results indicate that as a duststorm breaks out,frontogenesis is caused in by dust radiative heating in the lower atmosphere.A marked isentropic potential temperature layer is formed in the middle troposphere.The low-level convergence occurs along the direction of the front movement.Atnight,dust radiative cooling results in frontolysis in the lower atmosphere.An obvious vertical circulation is forced by radiative heating of an isolated duststorm along the direction of the prevailing wind.It is stronger at day,weaker and reverse at night.The response of the horizontal wind field to dust radiative forcing is different at different levels.