初始扰动对冰雹云发展影响的数值研究

在水平均一的初始场中触发对流的发生可采用热力扰动和强迫抬升两种方法,但扰动的方式、强度和范围的不同对模拟的对流云的发展有着重要的影响。本文利用一次冰雹云发展前期的实测探空资料,对热力扰动的强度、范围进行了数值试验,结果表明：在同样的层结条件下,随着扰动强度、厚度的增加,所模拟的冰雹云的强度也增加,且以湿热泡扰动触发的冰雹云最强,其次是湿泡,而热泡扰动最弱。但无论以何种方式启动,只要模拟的冰雹云的云顶高度相当,云体的宏微观特征差异就不大。     

雷暴云不同空间电荷结构数值模拟研究

利用一个三维时变双参数动力电耦合模式对决定雷暴云空间电荷结构的三个初始场：反转温度、中心最大扰动位温和扰动区域进行模拟对比研究。结果表明,选取不同的参数值,雷暴云电结构有很大差异,从而解释了在不同地区、季节、强度的雷暴云中所观测到得不同的空间电荷结构的原因。     

山地上冰雹云的数值试验研究

建立了一个适用于复杂地形的冰雹云模式。模式是二维、弹性、非静力、采用地形跟随价值、包含双变参数冰相微物理过程参数化。使用实测的初值条件和环境场进行试验。对理论对称型山地的不同初始位温扰动作模拟。结果表明,当初始位温扰动在迎风坡和山顶时冰雹云发展较弱,而当初始位温扰动在背风坡和平原时冰雹云发展较强。当初始位温扰动在背风坡时冰雹云的降雹量约为当初始位温扰动在迎风坡时冰雹云降雹量的６倍。山地上冰雹云的发     

低层环境风场对积云模拟的作用

采用二维和三维完全弹性参数化冷云数值模式模拟研究了低层单向切变风场中积云的发展演变过程和地面降水特征。结果表明:在低层切变风场中，用热泡扰动方式激发对流的启动条件提高，而冷出流方式激发对流则更加容易。适当强度的低层切变使对流峰值强度减小，但积云生命史延长，地面累计总降水量增大，雨区拓宽，峰值雨强则减小。采用二维模式来模拟单向切变风场的对流活动虽然存在严重歪曲，但积云最大升速以及地面总降水随时间的演变特征与三维模拟结果一致。     

启动对流的初始扰动对热带飑线模拟的影响

在中尺度数值模拟及数值预报中,正确的对流启动是模拟或预报是否取得成功的关键。作者针对一次热带海洋飑线过程,利用一个风暴尺度云分辨数值模式进行数值模拟,采用不同的初始扰动触发与启动对流发展,重点讨论这些不同启动对流的初始扰动对飑线演变、生命史及其成熟结构等模拟的影响。结果表明,初始扰动的结构、形态分布及其与环境场的不同配置对具有深对流的飑线生命史存在重要影响,而对飑线的成熟结构影响较小。     

积云对流和云物理过程调整对气候模拟的影响

本文利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室 (LASG/IAP) 的大气环流谱模式SAMIL, 结合观测与政府间气候变化专门委员会第四次评估报告 (IPCC AR4) 大气模式集合平均结果, 以大气辐射通量为例, 诊断分析了物理过程调整前后模式对气候模拟的影响。旧版本SAMIL对大气辐射通量的模拟存在较大偏差, 经过大气辐射过程、 积云对流和诊断云等物理过程的调整后, 新版本SAMIL模拟的全球辐射通量的年平均结果与观测的偏差大幅减小, 其中大气顶能量收支的年变化及其平均值与观测更为接近。在积云对流方案调整基础上, 通过对诊断云物理方案的进一步调整, 新版本SAMIL对云物理量模拟更为合理, 在赤道辐合带等区域, 在很大程度上克服了单一积云对流物理过程调整引起的云宏观和微观属性不匹配问题, 能模拟出夏季气候平均辐射通量的全球分布特征, 尤其在东亚区域有较好的模拟能力。研究还表明, 在热带和副热带对流活跃区域, 当前SAMIL中积云对流过程偏差对辐射通量的模拟偏差有很大影响, 而模式中较为简单的诊断云方案也会将云宏观物理量模拟偏差带入云微观量模拟中, 也是主要偏差源之一。本文结果表明, 要继续提高SAMIL的模拟性能, 急需更新云物理参数化方案以改进云辐射过程的模拟, 同时也需要有针对性的研究积云对流和云物理过程之间相互作用, 并作进一步协同调整。     

WRF模式中微物理和积云对流参数化方案对台风“莫拉克”模拟敏感性分析

基于WRF模式,研究了不同微物理和积云对流参数化方案对0908号台风"莫拉克"的路径移动、强度变化和降水过程模拟的敏感性。结果显示,积云对流参数化方案对台风"莫拉克"的路径和强度模拟起主导作用,采用Kain-Fritsch积云对流方案模拟的72 h平均路径误差较小;降水量的模拟主要取决于微物理参数化方案,而降水分布的好坏更依赖于积云对流参数化方案,而采用Thompson微物理和Grell-Devenyi积云对流方案的试验导致累积降水极值的偏干误差较大。积云对流方案对环境场和潜热释放模拟存在差异,导致路径和强度、温度廓线和垂直运动的模拟结果不同,而微物理方案对不同相态降水粒子的垂直分布结构模拟存在差异,从而导致降水模拟的差别。此外,由不同试验构造的集合平均能减少单个成员模拟路径和降水的不确定性,特别在强降水方面能减小空报数和漏报数,提高TS评分,改善模拟效果。     

东北地区一次积层混合云过程的数值模拟

积层混合云是中国主要的降水云型之一,它的动力和热力特征比单一的层状云或对流云都要复杂。利用NCEP的 1°×1°再分析资料,通过WRF模式对东北地区一次典型积层混合云过程进行数值模拟,通过对模拟结果分析并结合实际资料,从热力和动力方面研究了积层混合云的形成过程。结果表明：从稳定性上分析,此次过程属于潜在不稳定型,在积云初始生成时,对流有效位能并不大,假相当位温随着高度递减,有利于对流的发展;在积云嵌入大片层状云的过程中,水汽高低空辐合辐散场的变化起了决定性作用,热力作用为积层混合云过程提供了条件,动力因素起主要作用。     

华南中尺度暴雨数值预报的不确定性与集合预报试验

利用非静力MM5模式,分析了不同积云对流参数化方案对华南暖区暴雨数值预报的不确定性影响,进行了中尺度暴雨模式扰动集合预报试验。不同对流参数化方案的对流凝结加热引起不同的局地温度扰动,通过大气内部的热力动力过程,导致垂直速度的差异,进而影响网格尺度和次网格尺度降水时间、地点和强度。后续降水再通过凝结潜热释放形成新的扰动源。不同积云对流参数化方案还可引起扰动源能量传播方式不同,最终使模拟大气的动力和热力结构有差异。针对物理过程的不确定性,使用两种模式扰动方法构造集合预报扰动模式,第一种方法是随机组合不同积云对流参数化方案和边界层方案,第二种方法是扰动Grell积云对流参数化方案中主要参数振幅。集合预报结果表明,第一种方法的集合预报效果优于第二种方法,仅扰动参数振幅值似乎还不足以反映华南暴雨预报的不确定性。单一的确定性预报在暴雨落区和强度方面的可信度不稳定,集合产品能给华南暴雨过程提供更有用价值的指导预报,具有较高的应用价值。     

面向四维变分资料同化的NSAS积云深对流参数化方案的简化及线性化研究

GRAPES全球四维变分资料同化系统需要积云深对流参数化方案的线性化与伴随方案,直接采用原始复杂参数化方案进行线性化并不可行,需要发展简化光滑方案来减缓非线性与非连续性特征。GRAPES全球模式采用NSAS积云对流参数化方案,积云深对流对环境的反馈主要通过补偿下沉来实现,研究突出补偿下沉作用,忽略降水蒸发、动量反馈等贡献,形成简化方案。采用输入温、湿度廓线加入不同幅度小扰动方法,评估参数化方案计算的温度、比湿时间倾向对输入扰动的敏感性,检验非线性与非连续特征。提出避免或减缓非连续“开关”的方法,在简化方案的基础上发展了简化光滑方案。简化光滑方案与原始积云深对流方案相比,在对流触发上一致,在对流的位温与比湿倾向、降水的时序模拟等方面相似,而在减缓非线性、避免非连续性方面显著优于原始方案。基于简化光滑方案发展的线性化方案表明,对小于2倍分析增量幅度的扰动,线性化方案可以较好地模拟非线性方案的扰动发展。发展的简化光滑方案具有合理性和实用性。      

准噶尔盆地西南缘霜冻灾害的特征分析

兵团农七师春、秋季气温变化很不稳定,秋霜冻往往过早来临,春霜冻也常常结束较晚,致使历年均有不同程度的霜冻害发生。本文利用该区域霜冻灾害的特征资料进行分析,并提出防御霜冻的措施。     

An analysis on the physical process of the influence of AO on ENSO

The influence of the spring AO on ENSO has been demonstrated in several recent studies. This analysis further explores the physical process of the influence of AO on ENSO using the NCEP/NCAR reanalysis data over the period 1958–2010. We focus on the formation of the westerly wind burst in the tropical western Pacific, and examine the evolution and formation of the atmospheric circulation, atmospheric heating, and SST anomalies in association with the spring AO variability. The spring AO variability is found to be independent from the East Asian winter monsoon activity. The spring AO associated circulation anomalies are supported by the interaction between synoptic-scale eddies and the mean-flow and its associated vorticity transportation. Surface wind changes may affect surface heat fluxes and the oceanic heat transport, resulting in the SST change. The AO associated warming in the equatorial SSTs results primarily from the ocean heat transport in the face of net surface heat flux damping. The tropical SST warming is accompanied by anomalous atmospheric heating in the subtropical north and south Pacific, which sustains the anomalous westerly wind in the equatorial western Pacific through a Gill-like atmospheric response from spring to summer. The anomalous westerly excites an eastward propagating and downwelling equatorial Kelvin wave, leading to SST warming in the tropical central-eastern Pacific in summer-fall. The tropical SST, atmospheric heating, and atmospheric circulation anomalies sustain and develop through the Bjerknes feedback mechanism, which eventually result in an El Niño-like warming in the tropical eastern Pacific in winter.     

长白山积雪酸度初步研究

本文通过1985年12月对长白山积雪的考察资料,分析了针阔叶混交林带、山地晴针叶林带,山地岳桦林带和高山苔原带积雪的pH值、电导率和雪水化学组分的差异,积雪酸度呈弱酸性,局地大气污染物对雪水影响较小。     

地球自转年际变化作用于全球海温异常的观测事实和数值试验

本文通过12年144个月的全球海温距平格点资料分析得到El Nino和反El Nino事件只是全球海温异常变化的一个部分，全球各大洋海温变化具有一定的联系。通过一个简化的一层海洋模式对全球海温异常变化的模拟发现，地球自转速度变化首先引起纬向风的异常，再由异常的纬向风切应力作用于洋流和海温的异常，这一简化的海洋模式基本上模拟出了全球各大洋海温时空分布实况的变化特征。具体表现为:地球自转速度减慢（加快）时，大洋低纬度东部升温（降温），太平洋的西北部和西南部降温（升温），大西洋和印度洋中高纬海域降温（升温）。     

大气冰核对雷暴云电过程影响的数值模拟

利用已有的二维雷暴云起、放电模式模拟了一次雷暴天气,并通过敏感性试验研究了冰核浓度变化对雷暴云动力、微物理及电过程的影响。结果表明：随着大气冰核浓度的增加,雷暴云发展提前,上升气流速度和下沉气流速度均呈现降低的趋势。大气冰核浓度提升有利于异质核化过程增强,冰晶在高温区大量生成,而同质核化过程被抑制,因此冰晶整体含量降低,引起低温区中霰粒含量降低和高温区中霰粒尺度降低。在非感应起电过程中,正极性非感应起电率逐渐减小,负极性非感应起电率逐渐增大。由于液态水含量随大气冰核浓度的增加逐渐降低,高温度冰晶携带电荷的极性由负转变为正的时间有所提前。在感应起电过程中,由于霰粒尺度减小及云滴的快速消耗,感应起电率极值逐渐降低。冰晶优先在高温区生成而带负电,不同大气冰核浓度下的雷暴云空间电荷结构在雷暴云发展初期均呈现负的偶极性电荷结构。在雷暴云旺盛期,随着冰核浓度增加,空间电荷结构由三极性转变为复杂四极性。在雷暴云消散阶段不同个例均呈现偶极性电荷结构,且随着冰核浓度的增加电荷密度值逐渐减小。     

青藏高原地形对孟加拉湾热带气旋影响的对比研究

本文用我们的实验室模拟、个例诊断分析的结果与综合分析方法得到的热带气旋的典型结构相对比，进一步探讨了高原地形对孟加拉湾热带气旋的影响（消亡及降水等）机制问题。     

气候变化对内蒙古草原退化的影响

文章综述了草原退化现状、气候变化对内蒙古草地退化的影响,提出了国内在该方面的研究成果及不足。建议应加强多学科、多部门联合攻关、针对薄弱环节加大研究力度、构建长期稳定监测预警的体系。