不同分辨率BCC_AGCM模式对东亚区域垂直云量的模拟

基于ISCCP(International Satellite Cloud Climatology Project)和NCEP(National Centers for Environmental Prediction)资料分析了BCC_AGCM2.1(Beijing Climate Center_Atmospheric General Circulation Model 2.1)和BCC_AGCM2.2模拟的云在东亚的垂直分布特点,并探讨了误差来源。两个模式大体上模拟出了总云量的分布形势,较好地模拟出了垂直方向上云量大值带随地形的变化特点,但模拟的总云量偏少。AGCM2.2模拟的云量整体上小于AGCM2.1,除复杂地形外AGCM2.2没有体现出高分辨率的优势。模式对中国东部环流场的模拟效果差导致模拟的云量偏少,尤其是AGCM2.2。模拟的对流层高层相对湿度明显偏大导致高层云量偏大。模式在近海面模拟的相对湿度偏小,四川盆地及周围地区冷季模拟的水汽含量偏少,因而模拟的云量偏少。模式云量对相对湿度的响应能力较好,模拟出了云量对垂直速度和稳定度的响应,但地区差异不明显。模式的云参数化方案中云与相对湿度的关系系数需要调整,应更利于云的生成。     

中国地区春季沙尘气溶胶短波辐射气候效应数值模拟研究

利用耦合了起沙模型(MEDM)的区域气候模式RegCM3,模拟研究了2000年春季中国地区沙尘气溶胶短波辐射气候效应。结果表明,春季中国沙尘气溶胶垂直负荷的大值区主要位于南疆盆地和阿拉善高原。引入沙尘气溶胶后,中国地区地表均出现负的辐射强迫,地面气温普遍降低,中低层(400 hPa层以下)大气温度则呈上升趋势。沙尘源区及其下游地区总云量及降水主要呈减少趋势,云量与降水的分布特征与空中流场的变化趋势一致性较好。     

GRAPES新云量计算方案的引进和影响试验

在GRAPES模式中分别引进了 EC云量计算方案和WRF云量计算方案,并与GRAPES现用的云量计算方案和简单云方案进行了对比数值试验,结果表明:(1)这4种云量计算方案都能较准确地模拟云分布,相对而言,EC云方案和简单云方案模拟地更为准确.(2)简单云方案模拟的总云量较多,GRAPES云方案和WRF云方案模拟的总云量偏少,EC方案模拟的总云量较为接近观测值.(3)在中国东部地区模拟的地面温度与观测基本接近,但在中国西部地区则误差较大;采用EC云方案时模式模拟的地面温度更接近观测值.(4)综合分析模拟的效果,认为EC云量计算方案模拟的效果最佳,可以作为GRAPES新云量计算方案引进的参考.     

GRAPES_Meso区域模式积云计算方案引进及预报效果检验

云量在模式中的准确模拟既是一个重点问题,也是一个难点问题。经评估发现,在GRAPES_Meso（Global/Regional Assimilation and PrEdiction System）模式中存在模拟云量偏少的问题,而ECMWF模式中的积云云量计算方案对云量模拟具有一定优势。鉴于此,本文借鉴ECMWF积云云量计算方案对GRAPES中尺度模式中的云量计算方案进行了适当改进,并通过影响试验模拟三维云量和地面温度来验证其改进效果。结果表明:较改进前,改进云量方案模拟的云量增多,单层云量更加准确,垂直方向云层结构改进效果明显;地面温度与观测值对比误差减小。综合分析模拟结果,认为改进云量计算方案在GRAPES模式中对云量和地面温度的模拟有较好的改进。     

两种不同初始场对太阳辐射模拟效果的影响

利用2010年1,4,7和10月ECMWF和NCEP再分析资料作为初始场和边界条件,应用辐射模式系统WRF-SES2模拟了北京观象台的总辐射、散射辐射和直接辐射,并与观测值进行对比,重点分析了模式初始场云量差异对辐射模拟的影响。结果表明:(1)1,4,7和10月多数时段总辐射模拟值较观测值偏大,散射辐射模拟值较观测值偏小,总云量模拟值小于观测值,直接辐射误差分布范围较总辐射、散射辐射大。(2)多数时段采用ECMWF再分析资料作为初边值条件模拟(简称EC方案)的总辐射、直接辐射、散射辐射误差小于NCEP资料作为初边值条件模拟(简称NCEP方案)的误差,即EC方案模拟太阳短波辐射效果优于NCEP方案,这可能与ECMWF再分析资料中的云微物理量误差相对较小有关。(3)1月和4月总辐射模拟效果较好,平均绝对误差最小,其中1月两种方案误差分布范围最小,且介于-50~200 W·m-2之间,10月次之,7月稍差;1,4月和10月两种方案模拟误差较接近,而7月EC方案模拟的总辐射误差小于NCEP方案。(4)1月直接辐射模拟效果较好,4月和10月次之,7月稍差;除4月外,其他3个月EC方案模拟的直接辐射误差小于NCEP方案。(5)1月和10月散射辐射模拟效果较好,4月和7月稍差;4个月EC方案模拟的散射辐射误差小于NCEP方案。(6)EC和NCEP方案对总辐射、直接辐射和散射辐射的模拟准确率受初始场中云量模拟效果的影响较大,当总云量模拟误差较小时,总辐射的模拟误差亦相对较小。(7)在多云和有降水天气过程时,EC和NCEP方案模拟的太阳辐射误差较大,需要通过资料同化方法改进模式初始场,并对模拟结果做进一步订正。     

区域气候模式中云量参数化方案的研究

首先统计并分析了模式区域内夏季平均的云量分布状况，然后在一有限区域模式中，引进了云－辐射计算模式。比较了３种不同的云量参数化方案，最后提出了一种考虑了大气相对湿度、垂直运动速度的本模式的云量参数化方案，并简要介绍了模式引入不同方案后的模拟结果。模拟结果表明，本模式的方案模拟的云量分布及气候要素场都与实况最接近，说明这一机制反映了云在气候系统中的反馈作用。不同的区域模式宜用不同的云量参数化方案。云量     

不同云重叠参数对全球和东亚地区模拟总云量的影响

在国家气候中心全球大气环流模式BCC_AGCM2.0中引入一组基于CloudSat/CALIPSO卫星观测的、能够体现真实时空变化特征的云垂直重叠参数（抗相关厚度,L_cf）数据,以减小由云的重叠描述造成的辐射场的不确定性。对比了采用时空变化的云重叠参数和采用恒定云重叠参数的气候模拟结果,发现无论在全球还是东亚区域,采用基于卫星观测的云重叠参数对模拟的总云量都有一定程度的改进。采用时空变化的云重叠参数后,冬、夏两季全球平均总云量与云和地球的辐射能量系统（CERES）卫星资料的误差都减少了1.6%,其中热带对流区域总云量的正偏差和副热带地区总云量的负偏差都明显减少,这些有助于正确模拟不同区域间的能量收支差异。在东亚区域,采用时空变化的云重叠参数后,冬、夏两季的东亚区域平均总云量与CERES卫星资料的误差分别减少了1.8%和1.4%。综上所述,基于CloudSat/CALIPSO卫星资料计算得到的L_cf有助于改进大气环流模式对总云量的模拟,从而提高模式对辐射场的模拟精度。      

末次冰期冰盛期中国地区水循环因子变化的模拟研究

ISCCP卫星资料(1983—2006年)的结果显示:青藏高原地区是高云的高值中心;而以四川为中心直到同纬度的中国东南沿海地区是中云的高值区,同时,青藏高原地区是中云的低值中心。利用全球气候模式CCM3嵌套区域模式MM5模拟了现代和末次冰期冰盛期的气候。MM5模拟的结果与ISCCP的卫星资料对比表明:模拟结果再现了中国地区高云和中云分布的主要特征。这暗示云分布的气候特征可能主要由相对湿度决定。同时,通过MM5的结果与NCEP资料的对比也说明,模式可以较好地模拟水汽和温度的垂直分布。在此基础上,研究了末次冰期冰盛期水循环因子的变化。模拟结果显示:末次冰期冰盛期夏季对流层的温度降低,在对流层中上层存在温度降低的中心;而在冬季在南方的对流层中层存在降温中心,在北方的对流层中上层温度升高。大气中水汽含量与温度变化有很好的正相关,除了冬季北方对流层中上层水汽增加外,水汽含量一般降低,而且在近地层降低的最多,随高度增高水汽变化逐渐变小。但是,水汽的相对变化在对流层上层存在降低的高值中心。相对湿度存在变化,最大的变化超过15%,而且有增加,也有减少。在区域尺度相对湿度不是保守的。相对湿度变化与中云和低云的变化一致。在末次冰期冰盛期,中国地区高云量减少,除中国西南地区外,中云和低云量减少,低云量减少的最多。降水的变化与中云和低云的变化相对应,云量增加降水增加,云量减少降水也减少。从相对湿度和有效降水可以看到在西南地区末次冰期冰盛期变得潮湿,在夏季西北地区也变得潮湿。     

基于CloudSat观测资料对WRF模式的冷锋降水过程云参数模拟效果检验

基于WRF数值模式,采用Lin微物理方案,对中国南方地区一次冷锋降水过程进行模拟试验,并用CloudSat观测数据对模式模拟的云量、云液态水和云冰水含量的垂直分布特征进行检验。结果表明:模式模拟云量的垂直分布范围小于CloudSat观测到的分布范围,模拟的云量在低空往往出现缺失,模式可以较好地模拟出CloudSat探测到的深对流云的分布,但对零散分布的小尺度云团模拟效果较差;模式模拟的云液态水分布范围也小于CloudSat观测到的分布范围,云液态水含量值略低于CloudSat观测值,对CloudSat观测的云液态水含量值较低的区域,模式往往不能模拟出云液态水的存在;模式模拟的云冰水垂直分布特征与CloudSat观测结果较为一致,特别是对冰水含量大值中心的位置模拟效果较好,但模式模拟的云冰水含量值远低于CloudSat观测值。整体来看,模式对云冰水垂直分布的模拟效果优于对云液态水的模拟,但Lin微物理方案对云液态水和云冰水的模拟还需进一步改进与完善。     

基于卫星资料同化和LAPS-WRF模式系统的云天太阳辐射数值模拟改进方法

太阳能光伏发电已成为仅次于水电和风能的第三大可再生能源,光伏发电受云量时空变化的影响较大,因此准确模拟云天太阳辐射的时空变化对电网安全运行至关重要。围绕如何减小中尺度气象模式的云初始场误差,进而改进云天的太阳辐射模拟这一关键科学问题,本文通过研究基于卫星资料同化的LAPS（Local Analysis Prediction System）多时间层三维云分析同化方法,改进三维云结构,并将LAPS模式输出结果作为WRF（Weather Research and Forecasting）模式的初始场,模拟了2008年1月及夏季（6～8月）北京地区的总云量和总辐射的时空分布,重点分析了多云和有降水天气过程总辐射的模拟改进效果及其原因。结果表明,同化前后的总云量模拟值与观测值的时间变化趋势基本一致,但大部分时次总云量的模拟值低于观测值;大部分多云及降水时段同化后总云量模拟值较接近于实测值。1月晴天、多云天以及夏季晴天同化前后总辐射模拟值与实测值的时间变化趋势较一致,但同化前后两者的相关性差异不明显;晴天条件下同化前后总辐射模拟值均低于实测值,1月多云条件下多数时段同化后总辐射模拟误差减小不明显,与总云量的改进效果不显著有关。夏季多云、有降水及6月典型降水三种天气条件下同化前后总辐射模拟值与观测值的相关性稍差,同化后两者的相关性较同化前有所改进,尤其是6月典型降水过程改进效果较明显;同化前总辐射模拟误差较大,而同化后误差显著减小,尤其是6月典型降水过程同化后均方根误差和平均相对误差较同化前分别减小了102.6 W m-2和355.9%,最大相对误差减小更显著;同化后总辐射模拟误差小于同化前的比例高达75%,即大部分时刻同化后模拟误差小于同化前。多云和有降水天气过程总辐射模拟效果的显著改进与总云量的改进密切相关,即同化后总云量模拟值增加,云的反射和散射作用增强,导致模拟总辐射减小,即更接近于实测总辐射值。研究结果对于多云和降水天气条件下太阳辐射的模拟效果改进、太阳能资源客观评估以及光伏电站的发电量预测具有一定的科学和实际应用价值。     

冬季南京北郊大气气溶胶中水溶性阴离子特征

2009年冬季在南京北郊进行24 h采样,运用离子色谱法研究大气PM₁₀中水溶性阴离子的分布特征。结果表明:PM₁₀中阴离子的平均总质量浓度在白天和夜间分别为658.21、622.84 μg/m³;PM_2.1则分别为337.86、319.97 μg/m³,阴离子主要存在于细粒子中;主要水溶性阴离子均为SO₄^2-,且海盐对南京北郊大气PM₁₀和PM_2.1中的SO₄^2-质量浓度影响很小。SO₄^2-、Cl^-和F^-粒径谱分布相似,均呈双模态;NO₃^-和NO₂^-主要呈现单模态。SO₄^2-与NO₃^-、F^-与NO₃^-、SO₄^2-与Cl^-的相关系数均大于0.8,相关显著,说明其存在一定的同源性。NO₃^-/SO₄^2-的平均值在白天、夜间分别为0.058 2、0.048 4,说明南京北郊大气污染以固定源为主。分析NO₃^-、SO₄^2-前体物的转化率知道,采样期间SOR和NOR的平均值均大于10%,即SO₄^2-部分来源于SO₂的二次转化,而不是单一来源于一次污染物。     

铜川春季气候特征分析

利用铜川3站1964—2010年春季气温、降水、风、日照等观测资料,采用统计方法分析铜川春季气候变化规律,结果表明:铜川春季平均气温为11.6oC,平均气温年际变化呈现增暖趋势,气候倾向率为0.374oC/10 a,北部增暖显著,南部次之,中部最小;北部出现≤-2.0oC和≤-4.0oC的概率较大,中部次之,南部最小;≤-2.0oC出现频率为3.4%~12.4%,≤-4.0oC出现频率为1.1%~5.9%;平均降水量为115.9 mm,由北向南递减,降水随年际变化呈减少趋势,下降最显著的是4月;日照百分率3、5月最小,4月最大,平均总辐射量自北向南递减;地形原因导致风分布不均匀,平均风速北部最大,南部次之,中部最小,呈现4月明显偏大,3、5月基本接近的月际变化规律;一日内风速通常夜间较小,午后较大,春季大风一般伴有寒潮,降温天气;全市大风分布差异很大,北部宜君占53.4%,4月最多,占42.8%。     

2003年夏季中国地区降水的模拟研究

利用NCEP／NCAR大尺度再分析资料和区域气候模式RegCM-NCC，模拟了2003年夏季（6～8月）中国地区的降水和土壤含水量的分布。结果表明，RegCM-NCC较好地模拟出江淮地区的洪涝，但是对江南和华南发生的严重伏旱的模拟不明显；模式模拟的土壤含水量能够较好地反映不同地区的降水和洪涝状况，包括江淮地区的洪涝和江南、华南发生的严重伏旱；江淮地区前期高土壤含水量及后期强降水是该地区洪涝形成的重要因素。     

柳州盛夏一次下击暴流特征分析

2021年8月3日柳州市出现一次伴有短时强降水和下击暴流的强雷暴大风天气过程。利用观测资料以及柳州自动站分钟级数据、雷达、风廓线等资料,对此次过程中下击暴流的成因进行分析。结果表明：①此次过程是在大陆高压与热带辐合带间中低层为一致东北气流的背景下,弱垂直风切变与强不稳定能量、深厚干空气源、近地面的干绝热递减等有利环境条件下,由地面中尺度辐合线抬升触发的。②下击暴流初始回波具有脉冲风暴特征,之后发展成多单体风暴;下击暴流发生前有反射率核心下降,低层入流及中层径向辐合增强等特征,其垂直结构表现为低层辐散、中层辐合、中高层辐合旋转。③地面大风出现前风廓线雷达风场有明显高空动量下传和低层风速减小,大风出现在低层风速开始增强时刻,早于低层风速最强时。④下击暴流的产生与降水粒子的拖曳作用和负浮力有关;地形作用使得强对流回波沿地形运动,且下坡地形与峡谷效应对极端大风的形成有叠加作用。     

天津夏季大气消光性质的研究

利用2010年夏季天津城市边界层观测站颗粒物、黑碳气溶胶、氮氧化物(NOX)浓度、地面能见度和气象梯度观测资料,分析了天津夏季大气消光特性及低能见度事件产生的原因。结果表明,天津夏季主要污染物为PM10和PM2.5,大气气溶胶消光系数为529.06M.m-1,其中,吸收系数为50.17M.m-1,散射系数为478.89M.m-1,气体吸收系数为7.74M.m-1,气溶胶单次散射反射率为0.87。天津夏季边界层大气状态有近一半的时间为中性或偏稳定层结,当出现中性或偏稳定层结大气时则有接近一半的情况出现低能见度事件(能见度<5km),影响人们的日常生活。     

2019年广西临桂微下击暴流和广东湛江龙卷现场灾情调查对比分析

2019年3月21日21:13广西桂林市临桂区国家气象观测站测得60.3 m·s-1的瞬时极大风速,2019年4月13日14:11广东湛江市徐闻县下属和安镇镇政府自动气象站测得50.7 m·s-1的瞬时极大风速,两地均出现比较明显的风灾.通过分析监控视频、无人机航拍资料、现场勘察和走访目击者,获得如下结论:21:09-...     

Observations of in situ fluorescence of chlorophyll-a in Saanich Inlet

The possibility of using the in situ fluorescence line of chlorophyll-a in remote sensing studies of surface water productivity is investigated in a series of spectroscopic and water sampling measurements made from a launch in Saanich Inlet, British Columbia, Canada. The paper demonstrates the proportionality of the observed height of the line to measured chlorophyll concentrations. Weighting corrections are applied to allow for the observed vertical variations in chlorophyll concentrations. Changes in the blue/green region of the observed spectra are also considered as an indicator of the chlorophyll present, and the two methods appear capable of giving chlorophyll concentrations to a comparable accuracy for the relatively high levels observed.     

2008年洛阳地区雷暴初日的局地大暴雨分析

2008年4月7日夜间,洛阳市出现了入春以来的首次区域性雷暴天气,栾川县出现局地大暴雨,12 h降水量达到96 mm.利用常规气象资料和乡镇雨量站、新一代多普勒雷达资料,分析了此次区域雷暴过程中伴随的局地大暴雨成因,结果表明:这次局地大暴雨是在强垂直温度梯度条件下,低涡系统的东移,致使涡前切变线移入不稳定能量区,诱使不稳定能量暴发而产生的强对流天气,涡前切变线是这次过程的触发机制;前期晴朗高温天气所积蓄的不稳定能量释放是导致强降水形成的有利条件;K指数、SI指数等对流指数对此次局地暴雨有很好的反映;对流触发后生成的中β尺度对流系统稳定维持在栾川且获得发展是造成强降水的主因;栾川特殊的山地地形(伏牛山脉)对降水有一定的增幅作用.     

多种气象资料在荆门暴雨分析中的应用

本文利用常规气象观测资料、加密自动气象站降水资料、卫星云图和SWAP强对流路径预报资料、多普勒雷达以及风廓线雷达资料,用天气动力学诊断方法,对2013年一次影响湖北省荆门地区的江淮气旋暴雨过程进行分析,结果表明:(1)此次暴雨过程是由于中高纬有高原槽发展东移,槽前正涡度平流作用使得低层西南涡加强,低层减压形成江淮气旋,气旋东移发展而产生暴雨;(2)强降雨主要集中在两个时段,分别与西南涡加强东移和江淮气旋生成有很好的对应;(3)500h Pa垂直速度表明,强上升运动区的移动方向与雨带移动方向一致;水汽通量辐合中心发展并向东北方向移动,跟强降水有直接的对应关系;(4)风廓线雷达反演的热成风温度平流变化,大气折射率常数大值中心以及SWAP的强对流云团的路径外推预报对本地强降水发生位置具有重要的指示意义。     

大气遥感研究的进展

大气遥感是六十年代全面兴起的新型大气探测方法。它的发展将为掌握大气运动和变化规律提供更丰富、更深刻的观测资料,是推动近代大气科学研究进步的重要工具。早在六十年代中期,如何把空间、激光、红外和微波等近代技术迅速应用到我国大气科学研究,建立新的大气探测系统,适应气象为我国国防与国民经济现代化建设服务的实际需要,促进我国大气科学赶超世界先进水平的问题,就引起了我国著名地球物理学家赵九章和气象学家顾震潮的密切注意,并且着手组织力量,制定发展大气遥感的研究规划。从1965年到现在,在党的领导下,我们努力排除并克服了各种干扰和困难,全面开展了激