海陀山冬奥气象综合观测平台及研究进展

气象保障是历届冬季奥林匹克运动会（冬奥会）成功举办的最重要条件之一。延庆赛区（位于延庆海陀山区）地形复杂、山高坡陡、垂直落差大,因而观测难度大、气象数据稀少,成为影响赛区精细化预报的核心因素,对冬奥气象服务提出了严峻挑战。为此,北京市气象局组织开展了冬奥海陀山综合气象观测,针对该区复杂地形和多尺度气象影响系统构建了包含中、小、微尺度的三维立体实时综合观测平台,观测要素涵盖了三维风场、温湿度场、云和能见度、近地面湍流与辐射等。综合观测将提高对复杂山区高影响天气特征和机理的认知,为改进和提高预报模式提供数据支撑。文中系统介绍了海陀山冬奥气象综合观测平台的科学目标、观测布局、观测内容以及观测平台在降雪过程中的初步应用,最后阐述了基于该观测进一步开展的研究计划。     

城市气象研究国际前沿动态综述

通过梳理2018年8月在美国纽约举行的第十届城市气候国际会议主要研究成果,分类汇总了城市气象研究的最新国际进展与发展趋势,包括城市气候过程、城市环境下气候变化适应与应对、气候条件下城市规划和管理、最新城市气象探测技术、城市环境数值模拟、大城市气候、城市遥感、城市地区极端天气等方面。在此基础上,根据我国城市化发展特性,探讨了我国城市气象研究的未来发展方向。     

城市环境气象的研究进展

重点介绍了国内外对城市热岛的研究现状和研究成果.简单介绍了绿化对改善城市热环境的研究成果,目前城市气象服务中的气象指标以及城市灾害性天气监测中存在的不足.总结了城市气候研究的热点为城市热环境和大气气溶胶,指出了利用数值模拟研究气溶胶气候效应是今后发展的趋势.     

城市大气环境边界层观测试验

城市大气环境边界层观测试验工程提出了城市区域大范围大气污染"空气穹隆"动力过程三维结构,首次揭示出北京周边地形"山谷风"与城市"热岛"效应相互作用对城市大气环境影响的综合特征.试验采用卫星遥感-地面观测相结合的技术方案,揭示北京周边地区污染贡献及其气溶胶远距离输送轨迹特征,提出建立北京及其周边地区点-面结合、卫星遥感-地面观测相结合立体综合监测网的设计新方案.该项目被世界气象组织专家组工作会议评为国际城市大气环境观测优秀示范计划,项目研究成果于2002年作为特邀撰稿发表于美国<环境与健康>(SCI),研究成果在北京市及有关省市推广应用.     

建筑物对城市通风自净能力影响的数值试验

应用城市气候数值模式，分别计算了三栋6层住宅楼和一栋20层住宅楼两类建筑形式影响下的风场，以及在此风场中街道汽车尾气的浓度分布。计算结果表明在总建筑面积基本相同的情况下，高层建筑周围环境的通风自净能力要优于多层建筑。     

城市气象研究动向的思考

基于近年来城市气象观测与模拟研究的最新进展,展望了城市气象未来的发展方向和重点研究领域,主要包括以下六个方面：城市气象数值模拟、新观测技术及同化应用、观测与数值模拟互动、城市化对天气气候影响机理、城市气候资源利用与热岛效应减缓措施,以及城市化对大气环境及人体健康的影响。指出了城市冠层模式发展、城市水文过程及城市降水、城市边界层及其他模式物理过程和模式评估等方面亟需解决的关键科学问题。     

我国城市气象服务的若干进展和未来发展

该文简要介绍了我国城市中尺度气象监测和特种观测、数值预报模式引进和产品释用研究及城市环境气象研究、预报等方面的研究进展，并提出了城市气象服务发展中应解决的城市气象服务定位、工程和产业、数据库、数值模式应用研究和电子信息技术应用等问题。     

城市表面粗糙度长度的确定

讨论了动量粗糙度长度与热量和水汽等标量粗糙度长度在形式上和物理本质上的不同，以及造成这些不同的原因和条件，分析了决定动量粗糙度的几种因素，并给出了确定动量粗糙度长度的简化关系式，并且根据城市冠层与其上惯性次层能量和动量守衡的原因，建立了热量和水汽粗糙度与动量粗糙度之间的联系，得到了确定热量和水汽粗糙度长度的简化关系式，最后，通过数值试验，表明了动量粗糙度和标量粗糙度变化特征以及对一些主要参数的敏感程度，以及动量粗糙度与标量粗糙度的动态关系。     

基于高分辨率数值模拟的杭州市通风廊道气象效应研究

城市通风廊道能增加城市空气流通能力,缓解城市热岛,为了定量评估城市通风廊道的气象效应,本文采用区域边界层化学模式(RBLM-Chem),利用杭州市高分辨率地表类型、城市建筑等资料,开展了杭州市通风廊道影响的模拟研究,模式水平分辨率为250 m。本文针对冬季和夏季两个典型个例进行数值模拟和敏感性试验,夏季个例时间为2013年8月12日,盛行南风,风向顺着通风廊道;冬季个例时间为2014年1月28日,盛行东风,风向垂直于通风廊道。主要结论如下:城市绿色通风廊道有增加风速、降低气温、提高湿度的作用,与没有通风廊道的情况相比,夏季风顺着廊道方向时,廊道区域风速平均增加可达1.4 m/s,廊道区域内60 m高度风速平均增加可达1 m/s。而冬季风垂直于廊道时,廊道区域风速增加较小,仅有0.5 m/s左右。通风廊道夏季降温幅度平均可达2.7°C,冬季降温幅度较小,仅有0.6°C左右。通风廊道对气象场的影响随风向向下游延伸,夏季在通风廊道下游250 m处,风速增加、气温下降、相对湿度增加最大值分别为1.5 m/s、2.9°C、3.1%,即使在通风廊道下游1500 m处,最大降温仍有1.2°C。     

广州城市大气环境监测系统建设的探讨

根据WMO城市气象观测指南,在充分考虑广州城市结构和局地气候特征的基础上,针对广州高温高湿的天气特征,利用现有大气探测体系,结合广州实际情况和气象部门特点,提出建立一套布局合理、密度适宜、技术先进的城市大气环境监测系统,试图实现城市大气环境的预报预警服务。     

Recent Progress in Numerical Atmospheric Modeling in China

This review summarizes the scientific and technical progress in atmospheric modeling in China since 2011,including the dynamical core,model physics,data assimilation,ensemble forecasting,and model evaluation strategies.In terms of the dynamical core,important efforts have been made in the improvement of the existing model formulations and in exploring new modeling approaches that can better adapt to massively parallel computers and global multiscale modeling.With regard to model physics,various achievements in physical representations have been made,especially a trend toward scale-aware parameterization for accommodating the increase of model resolution.In the field of data assimilation,a 4D-Var system has been developed and is operationally used by the National Meteorological Center of China,and its performance is promising.Furthermore,ensemble forecasting has played a more important role in operational forecast systems and progressed in many fundamental techniques.Model evaluation strategies,including key performance metrics and standardized experimental protocols,have been proposed and widely applied to better understand the strengths and weaknesses of the systems,offering key routes for model improvement.The paper concludes with a concise summary of the status quo and a brief outlook in terms of future development.     

Recent Advances in Predictability Studies in China （1999-2002）

Since the last International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) General Assembly (1999), the predictability studies in China have made further progress during the period of 1999-2002. Firstly, three predictability sub-problems in numerical weather and climate prediction are classified, which are concerned with the maximum predictability time, the maximum prediction error, and the maximum allowable initial error, and then they are reduced into three nonlinear optimization problems. Secondly, the concepts of the nonlinear singular vector (NSV) and conditional nonlinear optimal perturbation (CNOP) are proposed,which have been utilized to study the predictability of numerical weather and climate prediction. The results suggest that the nonlinear characteristics of the motions of atmosphere and oceans can be revealedby NSV and CNOP. Thirdly, attention has also been paid to the relations between the predictability and spatial-temporal scale, and between the model predictability and the machine precision, of which the investigations disclose the importance of the spatial-temporal scale and machine precision in the study of predictability. Also the cell-to-cell mapping is adopted to analyze globally the predictability of climate,which could provide a new subject to the research workers. Furthermore, the predictability of the summer rainfall in China is investigated by using the method of correlation coefficients. The results demonstrate that the predictability of summer rainfall is different in different areas of China. Analysis of variance, which is one of the statistical methods applicable to the study of predictability, is also used to study the potential predictability of monthly mean temperature in China, of which the conclusion is that the monthly mean temperature over China is potentially predictable at a statistical significance level of 0.10. In addition,in the analysis of the predictability of the T106 objective analysis/forecasting field, the variance and the correlation coefficient are calculated to explore the distribution characteristics of the mean-square errors.Finally, the predictability of short-term climate prediction is investigated by using statistical methods or numerical simulation methods. It is demonstrated that the predictability of short-term climate in China depends not only on the region of China being investigated, but also on the time scale and the atmospheric internal dynamical process.     

我国短期气候预测技术进展

经过近60年的发展,我国短期气候预测技术和方法也有了长足进步。近年来,一些新的预报技术和机理认识不断应用于短期气候预测业务。ARGO海洋观测资料的使用大大提高了业务模式的预测技巧,新一代气候预测模式系统已经投入准业务化运行,研发了多种模式降尺度释用技术,多模式气候预测产品解释应用集成系统(MODES)和动力-统计结合的季节预测系统(FODAS)逐渐应用于业务中,大气季节内振荡(MJO)逐步在延伸期预报中得到应用。近年来,对全球海洋、北极海冰、欧亚积雪、南半球环流系统对东亚季风影响的新认识也不断引入到短期气候预测业务中。这些新技术和新认识的应用极大提高了我国短期气候预测的业务能力。     

淮河流域能量和水分循环观测系统及作用

淮河流域是中国南北气候重要的过渡带,气象灾害频繁发生。这里水网、农田、丘陵、山地、城镇密布,地-气作用复杂,干冷与暖湿空气时常交汇于此,造成局地或流域旱涝经常发生。淮河流域处于梅雨区,且是中国重要的农业生产基地,具有气象和水文综合观测系统,积累了长序列的气象和水文观测资料。因此,淮河流域是研究能量和水分循环的理想试验区。国家自然科学基金重大项目"淮河流域能量与水分循环试验和研究(HUaihe river Basin Experiment,简称HUBEX)"于1998、1999年夏在淮河流域开展了气象和水文联合观测试验。文中回顾了HUBEX试验的目的、观测网设计与布局,介绍了HUBEX推动下的淮河流域综合观测网的发展,总结了HUBEX观测试验对区域气候事件和暴雨等灾害性天气机理研究、提高模式模拟和预报能力及建立长期连续的气象观测数据集等方面的成果和作用。     

我国对流层臭氧增加对气温的影响

利用耦台的区域气候模式和大气化学模式模拟对流层臭氧的产生、分布和对辐射传输、地表温度、气温等的影响。通过对比模拟发现：对流层中臭氧的增加基本使大气顶晴空辐射强迫为正；对流层中的臭氧含量变化能影响云量且进一步影响温度。由于对流层臭氧增加导致的晴空辐射强迫在4月份最大、1月份最小。     

p-·RCM模式对中国区域气候季节变化的模拟

通过对区域气候季节变化的模拟,对p-·坐标系区域气候模式的模拟能力进行了检验。模式较准确地再现了中国区域气候系统的季节性变化特征及中国东部降水带的季节性进退,模拟的各气候区降水的季节变化趋势也与实况基本相符,但模式低估了华东和华南地区的春季降水,而高估了华东、西南和西北地区的秋季降水。     

RegCM3.0与RegCM4.0对中国区域多雨年夏季气候模拟的对比分析

采用RegCM3.0和RegCM4.0模式,利用NCEP/DOE Reanalysis II数据、NOAA的周平均海温资料以及BATS、CLM3.5两种陆面过程方案,对我国4个典型多雨年(1998、2003、2007、2010年)的夏季气候进行模拟试验。结果表明,RegCM4-BATS1e模拟的降水量和雨带位置都与观测事实更为接近,尤其是对东南沿海地区强降水带的模拟,模式两个版本对湿润区的降水模拟均偏少,对干旱半干旱、湿润半湿润区的降水模拟则偏多;对于气温的模拟,其模拟结果均存在负偏差,但都能够模拟出位于东南沿海及新疆沙漠地带的温度高值区,RegCM4-CLM3.5模拟温度的量值更准确,而RegCM4-BATS1e模拟的温度空间分布型态与实际最为接近。     

2013年华中区域中尺度业务数值预报的客观检验

应用国家气象中心模式检验方法,对华中区域中尺度业务数值预报模式WRF和中国气象局下发的GRAPES模式2013年1-12月的预报产品（包括降水、2 m温度场、850 hPa温度场、850 hPa风场和500 hPa位势高度场预报）进行统计检验。检验结果表明：所有要素24 h预报均优于48 h;对于晴雨预报,GRAPES模式TS评分高于WRF,但随着降水量级增大,WRF的TS评分基本都高于GRAPES,同时WRF降水预报范围明显偏大;分析2 m温度场的均方根误差及预报准确率发现,WRF的2 m温度场预报优于GRAPES,且暖季预报优于冷季;形势场要素分析表明,WRF对850 hPa温度场和风场预报具有相当大的优势,全年误差变化较稳定,而对500 hPa位势高度场的预报误差存在一定的季节性特征,即夏半年WRF高度场预报优于冬半年,GRAPES模式则相反。总体上,华中区域中尺度业务数值模式产品对天气预报具有一定的参考价值。     

西南区域中尺度数值模式预报性能及其与天气过程关系初探

本文以探空站和自动站实测资料为检验参考,通过主客观检验GRAPES和WRF模式在西南地区的初始分析场和预报场,一定程度揭示出模式在西南地区的初值质量、动力框架性能和降水参数化效果。GRAPES在西南地区的位势高度、风速、风向初值质量都不同程度好于WRF,但进入预报阶段,GRAPES位势高度、温度均方根误差以比WRF更高的斜率随时效增长,GRAPES对西南地区的500 hPa高度场预报呈现系统性偏低,而WRF对西南地区高度预报的正误差概率比较高;分类天气过程检验表明,GRAPES对低涡、切变过程的初始分析质量好于WRF,但进入预报阶段,WRF对低槽、低涡和切变三类天气过程的低值系统预报正确率都高于GRAPES,这一定程度反映出WRF的模式性能好于GRAPES;分类天气过程降水预报检验表明,低涡过程降水预报难于低槽过程。GRAPES对低涡过程的降水预报能力较低,WRF预报能力最低的是切变过程。这与模式对分类天气过程中低值系统预报能力一致,这一定程度表明两个模式的降水参数化效果水平相当。