論三参变數的斜压大气模式

作者讨论了三个参变數大气模式的必要性,作者提出溫度平均遞減率(穩定性)是需要考虑的一个参变數,作者也將基培尔的理論推廣到三个参变數的大气模式,而得到天气系統發展的简单定性規律,即当(γ,h)<0時,地面气压降低,当(γ,h)>0時,地面气压升高。其中γ是对流層的平均遞減率,h是厚度,()代表Jacobian式。     

大範圍高空溫压场的流体力学預報法(下)

(二)各种模式(續) 二層模式 要顧到大气的斜压性,顯然至少得考慮兩層的或兩参數的大气模式。 最早的一个二層模式是給的。的簡化格式的大气模式中用來描寫大气的是p_0(x,y,t)和T_0(x,y,t)兩个参变數,相当於兩層的模式。这个模式也是     

乱流大气中地形对风压場的作用

本文从大气是乱流的介貭这一点出发,討論了地形对风場和气压場的作用,推导出了考虑地形作用的正压預报模式。在地轉近似的假定下得到:当气压梯度与地形梯度相重合而方向相同(反)时,发生加(減)压。还討論了地形对准常定气压波形成的各种作用,指出南北两半球緯圈平均气压、季际变化的不同,可以由地形作用来解释.     

北半球大气中角動量的年变化和它的輸送机構

把30°N以北大气角動量平衡方程由七月積分到一月,則其中各項都可計算:此緯度以北大气相对西風角動量的改变可用Mintz平均西風冬夏分佈圖算出;地轉角動量的改变可用冬夏地面平均气压圖算出;通过30°N緯度的角動量的渦動輸送已为Starr和White算出,因此利用積分結果可求得30°N以北地面应力和山脈东西兩側气压差所引起的角動量消耗,結果与别的作者用别的方法所得數值極为符合。 作者更指出: 1.从夏到冬大型天气系統的角动量輸送勝过地面摩擦的消耗,从夏到冬西風环流增强的主要部分(約85％)即由於二者之差,西風环流增强的其餘一小部分則由於大气的質量平流,而引起地轉角動量的傳送。 2.角動量的输送,角動量的消耗以及西風环流强度都有年变化。但这种年变化並非正餘弦型,即从夏到冬的变化並不正是从冬到夏变化的反面,此种非对称性可由加熱过程和减熱过程的不可逆性解釋。在北半球从冬到夏对大气來说是加熱的,而从夏到冬大气失去熱量,因为加熟过程和減熱过程都不是可逆的,故从夏到冬的变化也不与从冬到夏的变化对称。 3.东風帶向西風帶的角動量輸送,主要發生於西風环流破坏的時候;主要發生於“引伸槽”和“引伸脊”的經度帶;同時也主要發生於大气的高層。     

大气运动的特征参数和动力学方程

应用尺度理論及相似性原理分析大气动力学方程,可以揭露各种模式的相互联系并确定其适用范围。在准靜力平衡及气压梯度力与柯氏力同量級的假定下,对于无粘性流体的絕热运动,可以确定出三个由外部参数决定的特征尺度:由柯氏参数l_0决定的特征时間尺度l_0~(-1),由溫度层結及平均溫度决定的特征速度尺度C_0,及由此决定的水平距离尺度L_0=C_0L_0~(-1),这三个尺度与相应的大气运动的特征尺度之比值ε=1/Tl_0,μ=L_0/L及M_a~(-1)=C_0/U(或者λ=M_aμ)就是决定大气运动特性的三个基本参数。当o(ε)<相似文献   

“00.7”北京特大暴雨模拟中气象资料同化作用的评估

针对2000年7月4～5日北京地区的一次特大暴雨过程(24 h降水量达240 mm),文中利用MM5/WRF三维变分系统和MM5非静力模式,对此次特大暴雨过程中的各种气象监测资料(地基GPS大气柱水汽含量、常规探空、高空测风、地面常规观测和地面自动气象站)的同化作用通过观测系统数值试验进行了评估.结果表明与传统的客观分析方案相比较,MM5/WRF三维变分同化系统可直接引入非常规地基GPS大气柱水汽含量监测资料,提供更好的大气初始分析场.在三维变分同化方案下,各种大气监测资料均对改进此次特大暴雨模拟有不同程度的贡献,其中,常规探空和高空测风监测资料对改进预报结果的影响最大,地面常规观测和地面自动气象站观测资料作用次之,地基GPS大气柱水汽含量资料在与其他大气监测资料相互优势互补后,可很好地改善模式大气的分析质量,通过三维变分同化技术在区域数值天气预报模式初始场中引入地基GPS大气水汽监测网资料,使此次强降水个例的6 h和24 h测站降水预报的TS评分值在1,5,10和20 mm预报检验阈值下分别提高了1%～8%.研究结果对利用三维变分数值系统,评估气象监测网资料在改进高影响天气事件预报中的作用有借鉴意义.     

大气凝结水汽汇、凝结潜热作用与积云对流参数化

从引入包含质量(水汽)源、汇的连续方程出发,重新推导出大尺度凝结降水和积云对流凝结降水之水汽汇起作用的热力学方程,从而重新给出气压、气温预报方程及地面气压与高空位势高度预报方程。发现,在此基础上,才能实现凝结3个作用:气块水汽质量流失与气压降低;气块虚温降低;加热气块;和通过大气运动方程,实现大气凝结潜热“热机”作功。这时,对于预报气压、气温场,积云对流参数化方案中的参数在凝结3个作用中保持一致。否则,通过积云对流参数化方案,虽可以近似实现对于预报气压和气温场的凝结3个作用,但不可能调好参数的降水物理特性及其时空分布特征。且对于静力模式预报地面气压和高空位势高度场,不可能实现上述的第一凝结作用。最后表明,当模式分辨率提高到只用降水显式方案、不再用积云对流参数化方案后,则必须引入包含水汽源、汇的连续方程。因在热带海洋面上的水蒸发过程,水汽进入大气将改变地面气压场,且蒸发潜热可分为内潜热(水汽内能)和外潜热(水汽压力能),内潜热立即成为大气热能的一部分,而外潜热直接对大气层作功,使得大气位能增加。文中研究了大气中的大尺度凝结降水和积云对流凝结降水对气压场与位势高度场的影响。一般积云对流参数化方案都已考虑内潜热对大气的加热作用,但还须考虑因凝结与降水造成地面气压场及高空位势高度场的变化,后者应是外潜热作用的结果。在上述研究过程中,必须引入考虑凝结作用的连续方程,且最终可以改变有降水(包括大尺度凝结降水和积云对流凝结降水)发生时的数值预报模式动力框架。     

CMA-GFS与ECMWF模式预报产品不一致性特征

为讨论CMA-GFS模式与ECMWF模式对不同要素预报性能的差异,选用2019—2021年500 hPa位势高度、地面气压、地面2 m气温、12 h降水量的4种要素为对象,采用跳跃指数为评价指标,对比分析了不同区域CMA-GFS、ECMWF模式预报的不一致性特征。结果表明：1)在形势产品(500 hPa位势高度、地面气压)预报方面,两种模式多日平均预报跳跃指数和频率(即预报不一致性)随预报时效的延长而逐渐增大,总体而言CMA-GFS模式预报不一致性比ECMWF模式略显著。2)在要素产品(地面2 m气温、12 h降水量)预报方面,ECMWF模式预报的跳跃指数、频率都随预报时效的延长而逐渐增大;CMA-GFS模式预报的跳跃指数、频率随预报时效的延长出现“两头大、中间小”的变化;CMA-GFS模式预报不一致性比ECMWF模式显著,尤其短预报时效差异更明显。3)除CMA-GFS模式12 h降水预报外,同一模式相同要素预报区域范围越大预报跳跃指数越小,两者呈反比关系。4)两种模式的500 hPa位势高度、地面气压、地面2 m气温预报的跳跃指数分布均呈自南向北逐渐增大趋势,而12 h降水量预报的跳...     

CMIP5气候模式对东亚夏季平均环流场模拟能力的评估

利用第五次耦合模式比较计划(Phase 5 of Coupled Model Intercomparison Project,CMIP5)提供的30个全球气候模式模拟的1961~2005年的夏季逐月环流场资料及同期NCEP再分析资料,引入泰勒图及各种评估指标,探讨全球气候模式对东亚夏季平均大气环流场的模拟能力,寻求具有较好东亚夏季环流场模拟能力的气候模式。结果表明:1)全球气候模式能够模拟出东亚夏季平均大气环流的基本特征,CMIP5模式的总体模拟能力较第三次耦合模式比较计划(CMIP3)有较大程度的提高,如CMIP5模式对东亚大部分地区夏季海平面气压(Sea Level Pressure,SLP)场的模拟偏差在6 h Pa以内。2)模式对不同层次环流场的模拟能力存在差异,500 h Pa高度场的模拟能力最强,其次为100 h Pa高度场、850 h Pa风场,SLP场最弱;对东亚夏季主要环流系统的模拟对比发现,模式对印度热低压及东伸槽强度指数的模拟能力最好。3)综合CMIP5模式对东亚夏季各层次平均环流场以及主要环流系统的模拟能力,发现模拟较好的5个模式为CESM1-CAM5、MPI-ESM-MR、MPI-ESM-LR、MPI-ESM-P和Can ESM2。4)相对于单一模式,多模式集合平均(MME)模拟能力较强,但较优选的前5个模式集合平均的模拟能力弱。     

广东近60年一次最大范围的降雪过程分析

利用地面、探空实时业务观测以及NCEP 1°×1°分析数据等资料,对2016年1月下旬寒潮过程地面气压场、过程最低气温、广东降雪空间分布、大气温湿结构以及天气系统等方面进行了分析,结果发现:该次寒潮过程广东地面气压突破了有气象记录(1951年)以来的历史极值,但大部分市县最低气温未破历史记录;降雪南界较历史南界(1951—2015年)明显南压,即西部压到信宜、阳春一带,中东部则南压到了沿海;t8500℃或t9250℃的单层温度指标难以判断广东雨雪相态;当高空整层温度都在0℃以下,且近地面0℃层高度低时降水相态多为雪,0℃层高度过高时则降水相态为雨,其余为雨夹雪(霰);当高空有暖层存在时,出现纯雪的可能性较小,若地面0℃层高度低,且高空暖层厚度位于其下方的冷冻层,则有雨夹雪(霰)的可能;降雪时大气湿度呈下干上湿状态,90%以上的高湿度区主要在800~500 h Pa之间;降雪时的辐合抬升主要发生在700~500 h Pa,中层的槽和西到西南急流是重要的动力因子。     

中国西北大气沙尘的辐射强迫

利用CCM3的辐射模式CRM研究大气沙尘的辐射强迫特性。大气沙尘减小地面净辐射冷却地面同时增暖沙尘层大气，最大加热率出现在沙尘层的上部和贴近地面处。地表反照率对地面冷却和大气加热的大小有影响，地面净辐射的减幅和大气加热率在高地表反照率的沙漠大于低地表反照率的绿洲。大气沙尘对地一气系统的辐射强迫同样受地表反照率的影响，存在着一个“临界地表反照率”，其值在0．25～0．3之间。当地表反照率高于“临界地表反照率”(如沙漠)，大气沙尘减小行星反照率增暖地一气系统，反之(如在绿洲)，大气沙尘增大行星反照率冷却地一气系统。     

論气压波和温度波的移动

利用一个修正的二层模式,作者推导了在均匀基本气流情况下大气中层气压波和其以下平均溫度波的移速公式.其主要結果如下: 1) 在一般情况下除波数为3—10的波外,溫度波的移动速度大子气压波; 2) 当地面基本气流为西风时,气压槽接近地势高的地方加速,离开时減速,而气压脊則相反. 把这些結果和气压波、溫度波的发生发展联系起来,可以解释一些天气图上出現的現象。 作为上述情况的推广,对在不均匀基本气流情况下气压波和溫度波的移速也进行了討論,其主要結果是: 1) 气压波、溫度波的移速和基本气流的分布有极密切的关系,并主要由后者所决定; 2) 一般气压波和溫度波在高原北侧比在高原南側移动快,但在它們之間位相差很小而振幅差較大时則有例外. 最后,对这些結果和高原以西斜槽、急流沿高原分支、切断低压形成等的联系也作了討論。     

数值预报模式中双三次曲面地形与水平气压梯度力计算

利用C3连续双三次曲面拟合了全球数值模式地形曲面;讨论构建了有复杂地形数值模式引入地形追随高度坐标((z)坐标)后,同时引入包含定常斜率、曲率和挠率的双三次曲面地形,又进一步讨论了双三次曲面地形模式大气的水平气压梯度力计算问题.结果表明,对(z)坐标模式大气的压、温、湿场,通过做经、纬向三次样条拟合,求得地形斜率“静力平衡”气压差,从而插值(反演)任一水平面(海平面)上的气压场,同时可以求得时变的参考大气,则计算水平气压梯度(力)的精度,完全依赖于插值(反演)对应的水平面(海平面)气压场的计算精度.并指出,理论上可按三次样条的曲率判断,做变量场(地形)的局域或单点平滑.     

黔西南暴雨多时间尺度特征及其天气学成因分析

利用黔西南州8个台站1984-2013年逐日降水资料及美国国家大气中心和环境预报中心(NCEP/NCAR)的第二套再分析逐月资料,分析了近30年黔西南暴雨事件的多时间尺度气候特征,探讨了暴雨异常发生时的大气环流背景。结果表明:黔西南近30年平均暴雨日数东西多中间少;暴雨日数具有下降趋势;2-12月黔西南均会出现暴雨,但主要出现在5-9月,6月暴雨日数达到峰值,有明显的单峰结构特征;MK突变检验及滑动t检验结果表明近30年黔西南暴雨日数不存在突变点。在暴雨偏多年,黔西南地区地面气压上升,有冷空气补充南下,500h Pa等压面略有上升,空气柱厚度略增加,700h Pa平均垂直速度为负值,低层存在上升气流,水汽通量散度为负值,水汽辐合有利于降水产生。在暴雨偏少年,黔西南地区地面气压偏少,500h Pa等压面下降,700h Pa平均垂直速度为正值,低层存在下沉气流,水汽通量散度为正值,水汽辐散不利于降水产生。     

盖州市大气能见度与气象条件相关分析

利用2011—2012年盖州市大气能见度和地面气象要素(相对湿度、风速、气温、气压)的观测资料,分析了盖州地区大气能见度月和日的变化特征及大气能见度与气象要素的相关性。结果表明:盖州市大气高能见度事件多出现在3月和10月,低能见度事件多出现在6—8月;夏季能见度最低,14时能见度最大,20时能见度比08时略小。大气能见度与相对湿度相关性最大,与风速和气温相关性次之,与气压相关性最差;当相对湿度80.0%时,能见度最低值为10.4±3.2km,大气能见度与气压、气温、相对湿度的相关系数分别为-0.52、0.51和-0.52;其中较高的气温、较大的相对湿度、较小的风速及较低的气压是盖州地区低能见度(10km)事件发生的主要气象条件。     

地面气压测定中的订正

大气压强简称气压,是重要的气象要素之一,各地气象台站都把气压观测作为常规观测的基本项目。早在十七世纪就有人用气压的变化来预测未来的天气变化,曾把气压表称之为晴雨表,时至今日,气压及其变化仍是分析和预报天气变化的重要依据。地面气压的测定中,主要有本站气压和海平面气压两项。 人们知道,在地球重力场中,大气(即包围地球表面的这一层空气)是具有重量的。大气中任意位置上的气压就是该位置所在高度以上,直至大气上界单位截面积(如每平方厘米面积)上空气柱的重量。因此,任意地点的气压,总是随着高度增加而降低。在海平面上,每平方厘米面积上空气柱的重量大约为1     

东北地区两次历史罕见暴风雪天气过程的分析

使用地面和高空观测资料、NCEP/NCAR再分析的格点资料和WRF中尺度数值模拟结果,对1983年4月29日黑龙江省暴风雪天气和2007年3月3—5日辽宁省暴风雪天气过程进行了分析,阐明了暴风雪天气发生的环境条件及其出现的时间和位置特点,对天气预报和防灾减灾有重要意义。研究结果表明,两次有史以来最猛烈的、大范围的、持续性的暴风雪天气的影响系统为爆发性气旋,气旋在300 h Pa南支急流出口区北侧和北支急流入口区南侧之间的区域爆发性加深,气旋中心的海平面气压24 h平均加深率分别为1.2 h Pa·h~(-1)(观测)和0.71 h Pa·h~(-1)(模式)。单站上空风随高度顺转,风速随高度增长,4.5~8 km出现等风速层,对流层存在显著的垂直风切变。对流层高层辐散低层辐合,上升运动由于暖平流和高空辐散抽吸而发展,贯穿整个对流层。暴风雪天气主要出现在地面气旋中心区域的西部和北部,其中气旋中心西偏北方向110 km附近气压梯度最大的地方,出现7~9级的偏北风,12 h降水量达到20~35 mm,是暴风雪天气最猛烈的地方。在地面气压下降最快的时期,地面风速急剧增长,降水强度达到最大。9~10级东南风出现在气旋中心的东南方向约300 km,近地面有暖湿空气的入流急流。在气旋中心正北方3~5个纬度的范围内,仍有较强的暴雪和大风天气,出现暴风雪时的风力为6~7级,大部分测站的最大风出现在降水结束后。使用VAPOR对两次过程的风速进行三维显示,结果表明,风速大于25 m·s-1的区域在两支急流之间从对流层高层伸展至近地面,说明暴风雪天气过程中的地面强风能量来源于对流层高层大气。     

地面建筑物（群）对雷暴云大气电场影响的模拟研究

利用有限差分方法分析了地面建筑物(群)对雷暴云大气电场分布的影响,结果表明:①建筑物(群)的存在对周围大气电场存在较大的影响,建筑物顶部的大气电场明显强于地面,且随建筑物高度增加而增强.如建筑物的长、宽均为40 m,高度h=10、20、50、100 m时,楼顶的大气电场分别是地面(当建筑物不存在时地面相同位置)处的1.4、1.7、2.8和4.5倍.②地面建筑物(群)对地面电场存在明显的屏蔽作用,影响范围约为建筑物高度的3.5倍以内.因此,对大气电场的测量需要考虑周围建筑物(群)的影响.     

一种依据初始场构造的参考大气廓线及对高原地区预报的影响

地形追随坐标系下的动力学方程组通常都要引入参考大气的概念来减少气压梯度力的计算误差.参考大气的一般取法是满足静止和静力平衡关系,实际大气被看成在参考大气上的偏差.实际大气与参考大气越接近,它们之间的偏差就越小,计算就越精确.参考大气的取法一般有等温大气、定常温度廓线、初始资料进行水平平均的垂直温度廓线等.本文在一个非静力的中尺度模式中选取经过水平平均的初始温度场的垂直廓线构造模式的参考大气廓线.但是初始资料在三维空间是离散的,这里根据三次样条函数的分段连续光滑的性质,构造了随起报时间不同而不同的,只随高度变化的解析形式的参考大气廓线.构造的参考大气廓线完全满足静力平衡关系,方程中的静力平衡部分可以得到最大限度地扣除.试验表明,与等温大气相比,这种根据初始状态选取的参考大气和实际资料更接近,在大地形附近气压梯度力的计算误差更小,500 hPa高原附近的24 h气压预报更精确.     

上海区域数值预报模式集合预报系统的建立与试验

以目前运行的上海区域业务数值预报模式为基础,从预报模式的不确定性出发构造8个预报成员,建立了上海区域数值预报模式集合预报系统的初步模型,并对2004年夏季进行了逐日48 h预报试验。结果表明:集合平均对华东地区城市降水、温度、海平面气压等气象要素的总体预报能力与分辨率高3倍的业务模式相当,其中对雨量较大降水、最低温度、海平面气压(0~24 h)的预报效果好于业务模式;集合预报还能提供客观化、定量化的降水概率预报,对降水的发生、尤其是特大降水的发生有着很好的提示作用。