中国西北干旱区戈壁下垫面夏季的热力输送

以敦煌戈壁站2004年6月和2008年8月的常规观测和超声观测为例,分析了西北干旱区戈壁下垫面夏季热力输送的一般过程及特征。首先评价了湍流通量的观测质量以及仪器观测的地表能量通量闭合问题,结果表明敦煌戈壁站的观测在白天总体较好。夏季地表能量通量的平均日变化显示,潜热通量整天都很小,可以忽略,白天到达地表的短波辐射以及地表向上的长波辐射非常强,地表净辐射主要转化为感热输送（敦煌戈壁站在中午时平均分别达380W·m-2以上和250W·m-2以上）;夜间土壤释放热量以平衡地表的辐射冷却,感热通量略低于0。白天时地表大气经常触发自由对流活动,影响动量通量的观测质量,并有效输送地表热力至上层大气中,有助于形成超厚大气边界层。分析了戈壁下垫面的动量粗糙度特征和热力粗糙度特征（敦煌戈壁站动量粗糙度约为0．6mm）,热力粗糙度基本小于动量粗糙度一个量级,这符合目前对干旱区戈壁下垫面热力输送特征的初步认识。     

关于用台站资料估算西北干旱区夏季感热通量的热力参数化比较

气象台站观测的气象要素可能受城市化等因子的影响而与野外试验站的观测存在一定的差异,这影响野外试验获取的热力参数直接应用于西北干旱区台站感热通量的估算。本文选取了一些常用的热力参数化方案(包括Z10、B82、Z98、Y08和Z12等方案),通过敦煌站夏季估算的感热通量与野外观测的比较以及对整个西北干旱区夏季感热通量的估算,评价了这些热力参数化对动量粗糙度的敏感性和在西北干旱区的适用性。结果显示,热力输送系数取定值的方案计算西北干旱区的感热通量可能存在较大不确定;台站的动量粗糙度可能受城市化等因子的影响,但在感热通量计算时建议取台站下垫面的动量粗糙度;Y08方案估算的感热通量相对比较合理,可以用来研究西北干旱区的夏季地表感热输送特征。     

陆面模式CLM4.5对青藏高原高寒草甸地表能量交换模拟性能的评估

利用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站2013年9月1日至2014年8月31日一个完整年的观测资料,对陆面过程模式CLM4.5在青藏高原(下称高原)高寒草甸下垫面地表能量交换的模拟性能进行了评估。模拟结果表明,CLM4.5能够较好的模拟高原春季、夏季和秋季非冻结期地面长波、反射辐射和地表净辐射、感热和潜热通量以及地表土壤热通量等的季节变化和日循环特征。但对冬季冻结期地表温度的模拟偏低,导致模拟与观测的感热反相,对地面反射辐射模拟偏大。截断冬季降水的敏感性试验进一步指出,模式冬季反射辐射偏大主要是由于积雪引起的地表反照率偏高造成,进而造成地表温度以及感热通量的模拟偏低。因此,高原积雪参数化方案以及与积雪相关的反照率参数化方案还需进一步改进和完善。     

黄土高原半干旱区陆面温度和能量的气候特征分析

利用黄土高原半干旱区＂定西陆面过程综合观测试验站＂2004年11月至2005年10月的各种陆面物理量综合资料,比较系统地研究了黄土高原半干旱区土壤温度、降水量、地表反照率、地表辐射分量和能量平衡分量的年变化和日变化特征及其影响机制。结果显示,黄土高原陆面过程特征与其他地区有很大不同。土壤温度变化向下传播速度约为2.5~3.5 h/10cm;地表反照率随土壤湿度的增大而减小,两者的相关系数达到了0.5338;而地表反照率随降雪量增大而增大,与降雪量的相关系数为0.6645;长波辐射年最大值出现的时间比总辐射迟1个月左右,年平均日变化中地表和大气对太阳辐射加热大约需要1个小时的响应时间;潜热通量夏季是冬季的5倍多,感热通量有了两个比较明显的峰值,潜热通量、感热通量和土壤热通量的日峰值比净辐射滞后30 min~1 h。     

新疆东部黑戈壁地表辐射及能量收支演变特征

新疆东部黑戈壁作为气候恶劣、人迹罕至的生态脆弱区，具有丰富的太阳能资源。利用红柳河陆气相互作用观测站2019年4、7、9月观测资料，分析东疆黑戈壁地表辐射及能量收支演变特征。结果表明：（1）地表辐射及能量收支各分量日变化均为单峰型。就不同季节而言，太阳总辐射和净辐射为夏季>春季>秋季，反射短波辐射为春季>夏季>秋季，地表和大气长波辐射为夏季>秋季>春季。（2）能量收支各分量季节变化明显，感热通量为春季>夏季>秋季，潜热通量为夏季>秋季>春季，地表土壤热通量为秋季>夏季>春季；能量分配在不同季节均以感热为主，地表土壤热通量次之，潜热通量极其微弱。（3）地表反照率日变化均为“U”型，在不同季节表现为春季>秋季>夏季，依次为0.29、0.27、0.26。东疆黑戈壁地表反照率整体较高，这是下垫面为黑色砾石所致。     

典型干旱区陆面模式模拟检验

利用2000年9月至2001年8月"我国西北干旱区陆-气相互作用试验(NWC-ALIEX)"敦煌站的陆面过程观测资料,基于已有的参数化结果,模拟了敦煌主要陆面特征。结果表明:典型干旱区敦煌夏季感热通量与潜热通量差异显著,感热几乎是潜热的4倍,冬季二者都很小。模式对地表温度模拟较好,但高估了浅层土壤湿度峰值;对向上辐射模拟较好,但对净辐射的模拟存在较大偏差;同时高估了地表能量的峰值。模式结果表明参数化方案对干旱区陆面过程模式具有一定的改进作用。     

黄河源区玛曲土壤冻融过程中地表水热交换特征分析

土壤冻融过程显著影响地表含水量和能量收支变化。利用玛曲2017年8月至2018年7月的土壤温度/湿度、涡动观测资料以及公用陆面模式(Community Land Model,CLM)最新版本CLM5.0的模拟资料,其中冻结过程阶段的辐射和能量通量使用模式模拟的数据,通过分析土壤冻融过程中土壤温湿度、地表能量平衡各分量的时间演变特征,探讨冻融过程中地表水热交换的特征。数据分析表明：(1)土壤冻融过程包括冻结过程、完全冻结、消融过程及完全消融四个阶段,各阶段中的土壤温度/湿度、辐射和能量通量存在明显的日变化,在冻结过程和消融过程阶段,土壤湿度随土壤温度变化显示出明显的日冻融循环。(2)冻融过程通过影响表层土壤水分影响地表辐射收支和能量分配。冻融过程中土壤中的水相变为冰,改变下垫面性质影响地表辐射收支。土壤中的液态水通过相变影响地表潜热通量,完全消融(冻结)阶段,地气之间能量交换以潜热(感热)通量为主。相比于以潜热通量为主的冻结过程阶段,消融过程阶段净辐射通量逐渐增大,地气之间能量交换主要受感热通量影响。土壤中水分的昼融夜冻导致频繁的潜热通量释放影响地表热通量。土壤热通量在冻结过程(G     

珠峰北坡地区地表辐射和能量季节变化的初步分析

对青藏高原地区地表能量的研究是一个十分重要的问题.利用中国科学院珠穆朗玛峰大气与环境综合观测研究站2006年5月至2007年4月一年的观测资料,分析了青藏高原珠峰地区的地表能量,即净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量,得到了一些有关珠峰地区地表能量的结果,即太阳总辐射、大气长波辐射、地面长波辐射和净辐射呈现出明显的年变化特征,净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量得到的日变化是很明显的.并且讨论了计算地表能量通量的方法及其优缺点.     

夏季敦煌稀疏植被下垫面物质和能量交换的观测研究

利用2009年夏季敦煌地区加强期观测资料,分析了稀疏植被下垫面CO2、水汽的通量输送规律和地表辐射、能量平衡等微气象的变化特征。结果表明,敦煌地区夏季CO2、水汽通量有明显的日变化,其平均通量分别为-0.023mg.m-2.s-1和2.90mg.m-2.s-1;地表平均反照率为0.24,低于绿洲内部;感热是该地区地表热量流失的主要形式,潜热和土壤热通量相对较小,平均波文比为3.08;观测中也发现了有较大的能量不平衡现象,利用试验资料估算了土壤容积热容量,并在能量平衡方程中加入了土壤热储量,提高了能量平衡度。     

珠峰复杂地表区域能量通量的卫星遥感

珠峰地区地表状况十分复杂,既有冰川(雪山)、高寒草垫,又有裸露山地及荒漠戈壁.如何确定这样复杂下垫面上的地气间的区域能量通量,一直是困扰国内外科学家的难题.本文提出了一个利用卫星遥感资料结合地面观测求取珠峰地区区域地表特征参数(地表反射率与地表温度)、植被参数(NDVI、植被覆盖度、修正的土壤调整植被指数MSAVI及叶面指数LAI)和地表能量通量(净辐射通量、土壤热通量、感热通量及潜热通量)的参数化方案,并讨论了此方案的优缺点.     

Optimal estimation of Eddy viscosity and friction coefficients for a Quasi‐three‐dimensional numerical tidal model

Abstract

It is shown that the parameters in a quasi‐three‐dimensional numerical tidal model can be estimated accurately by assimilation of data from current meters and tide gauges. The tidal model considered is a semi‐linearized one in which advective nonlinearities are neglected but nonlinear bottom friction is included. The parameters estimated are the eddy viscosity, bottom friction coefficient, water depth and wind drag coefficient, the first three of which are allowed to be position‐dependent. The adjoint method is used to construct the gradient of a cost function defined as a certain norm of the difference between computed and observed current and surface elevations. On the basis of a number of tests, it is shown that very effective estimation of the nodal values of the parameters can be achieved using the current data either alone or in combination with elevation data. When random errors are introduced into the data, the estimated parameters are quite sensitive to the magnitude of the errors, and in particular the eddy viscosity is unstably sensitive. The sensitivity of the viscosity can be stabilized by incorporating an appropriate penalty term in the cost function or alternatively by reducing the number of estimated viscosity values via a finite element approximation. Once stabilized, the sensitivity of the estimates to data errors is significantly reduced by assimilating a longer data record.     

连云港市冬季降水天气过程对比分析

对连云港市近5 a冬季45个不同形态降水样本统计分析基础之上,利用常规天气图、物理量场以及新一代天气雷达资料,对发生在2007年冬季的三次不同形态(纯雨、雨夹雪、纯雪)降水天气过程进行了对比分析,归纳了冬季降水在物理量场及多普勒天气雷达图上的基本特征,总结了对降水形态预报具有指示意义的关键因子,同时探讨了连云港市冬季降水形态的预报着眼点,结果表明:降水区上空温度700 hPa是否低于-3 ℃、850 hPa是否低于0 ℃和地面温度是否小于3 ℃,以及雷达回波强度图上是否出现零度层亮带等,都可作为判断降水形态的重要指标.     

Statistical downscaling of daily climate variables for climate change impact assessment over New South Wales, Australia

This paper outlines a new statistical downscaling method based on a stochastic weather generator. The monthly climate projections from global climate models (GCMs) are first downscaled to specific sites using an inverse distance-weighted interpolation method. A bias correction procedure is then applied to the monthly GCM values of each site. Daily climate projections for the site are generated by using a stochastic weather generator, WGEN. For downscaling WGEN parameters, historical climate data from 1889 to 2008 are sorted, in an ascending order, into 6 climate groups. The WGEN parameters are downscaled based on the linear and non-linear relationships derived from the 6 groups of historical climates and future GCM projections. The overall averaged confidence intervals for these significant linear relationships between parameters and climate variables are 0.08 and 0.11 (the range of these parameters are up to a value of 1.0) at the observed mean and maximum values of climate variables, revealing a high confidence in extrapolating parameters for downscaling future climate. An evaluation procedure is set up to ensure that the downscaled daily sequences are consistent with monthly GCM output in terms of monthly means or totals. The performance of this model is evaluated through the comparison between the distributions of measured and downscaled climate data. Kruskall-Wallis rank (K-W) and Siegel-Tukey rank sum dispersion (S-T) tests are used. The results show that the method can reproduce the climate statistics at annual, monthly and daily time scales for both training and validation periods. The method is applied to 1062 sites across New South Wales (NSW) for 9 GCMs and three IPCC SRES emission scenarios, B1, A1B and A2, for the period of 1900–2099. Projected climate changes by 7 GCMs are also analyzed for the A2 emission scenario based on the downscaling results.     

Transport and diffusion in complex terrain (review)

This paper reviews activities over the past nine years involving the evaluation, verification and development of atmospheric transport and diffusion models applied to air pollution assessments in complex/ mountainous terrain settings. Results from experiments performed at different complex terrain settings under stably stratified flow conditions have been emphasized. Comparisons of model predictions to observations are made. Physical modeling laboratory tests simulating flow conditions for full-scale experiments complement the data bases and provide information on systematic variations of modeling parameters and input conditions for mathematical model development purposes. Principal findings from these and other experiments on specific technical issues are summarized.     

静止气象卫星反演海温及其分析技术方法的研究

用GMS5分裂窗通道和水汽通道的资料，以及船舶浮标站实测的海温资料进行反演海温和格点分析的试验研究。比较了三种不同的海温反演方法，其中用分裂窗通道资料并考虑削弱路径的方法，与用分裂窗通道资料并考虑水汽亮温的方法精度较好（平均约绝对误差分别为0．93℃和0．95℃）。文中还用递归滤波分析方法较好地解决了质量控制和客观分析的问题，分析出的格点场与实测海温分布基本一致。     

Homogeneity analysis of precipitation series in Iran

Assessment of the reliability and quality of historical precipitation data is required in the modeling of hydrology and water resource processes and for climate change studies. The homogeneity of the annual and monthly precipitation data sets throughout Iran was tested using the Bayesian, Cumulative Deviations, and von Neumann tests at a significance level of 0.05. The precipitation records from 41 meteorological stations covering the years between 1966 and 2005 were considered. The annual series of Iranian precipitation were found to be homogeneous by applying the Bayesian and Cumulative Deviations tests, while the von Neumann test detected inhomogeneities at seven stations. Almost all the monthly precipitation data sets are homogeneous and considered as “useful.” The outputs of the statistical tests for the homogeneity analysis of the precipitation time series had discrepancies in some cases which are related to different sensitivities of the tests to break in the time series. It was found that the von Neumann test is more sensitive than the Bayesian and Cumulative Deviations tests in the determination of inhomogeneity in the precipitation series.     

青海门源雨滴谱特征及降水机制的初步分析

利用青海省门源地区2个测站观测的雨滴谱资料,分析了降水雨滴谱微结构参量平均值随降水过程的变化和3种常见降水类型中雨滴谱微结构参量随时间的变化特征,以及雨滴谱型随降水的变化.根据微结构参量和雨滴谱型的变化,结合卫星资料和其他观测资料对三种降水类型降水的形成机制进行了初步研究.     

AN IMPROVED LAND-SURFACE PROCESS MODEL AND ITS SIMULATION EXPERIMENT——PART Ⅰ:LAND-SURFACE PROCESS MODEL AND ITS“OFF-LINE”TESTS AND PERFORMANCE ANALYSES

Based on the existing land-surface schemes and models,an improved Land-surface Process Model(LPM-ZD)has been developed.It has the following major characteristics:(1)The combination of physical equations and empirical analytical formulae are used to construct the governing equations of soil temperature and moisture.Higher resolution of model level and physical equations are adopted for the upper soil layers,and for the lower soil layers,lower resolution of model level is adopted and empirical analytical formulae are used.(2)In land surface hydrological process,the sub-grid distribution of rainfall and its effects are taken into account.(3)A simple snow cover submodel has been used,which includes effects of snow cover on soil thermodynamics and hydrology,as well as albedo.By use of this model and three groups of point observation data,a series of "off-line" tests have been carried out.The simulation results indicate that land-surface process model has good performance and can well simulate diurnal and seasonal variation of land surface processes for many kinds of land surface covers(forest,grass,crops and desert) in different climate zone.The results simulated by the model are consistent with the observations.Later,by use of one group of observation data and the model,a series of sensitivity experiments have been done.It is shown that the model is much sensitive to some parameters,such as initial soil moisture,vegetation physical parameters as well as the proportion of the grid covered with rain.Therefore it is much important for land-surface process model to define these parameters as accurately as possible.     

基于数据传输特性的卫星广播通道参数优化方法与应用

中国气象局卫星广播系统（CMACast）是全球对地观测广播系统（GEONETCast）框架下三大对地广播系统之一,在世界气象组织信息系统（WIS）和综合卫星数据分发服务系统(IGDDS)框架下,承担亚太地区气象数据广播分发的职责。随着气象业务的发展,广播系统数据量由180 GB/天增长至460 GB/天,在广播带宽资源有限而广播数据种类和大小各异的情况下,系统管理员越来越难以通过经验对广播通道参数调整以保持广播系统播发效率,造成部分通道数据播发时效下降严重,不能满足业务时效要求。通过对不同气象数据传输特性的定量分析,获得各类数据的精细化数据传输样本,在此基础上对各类数据广播通道参数进行科学、定量的计算和优化,使数据播发时效明显提升,应用到实际广播业务中效果明显。     

阵风因子与大气边界层要素的关系及预报试验

利用2008—2016年舟山4个海岛气象站大风资料和欧洲中心的ERA-interim再分析资料,分析了阵风因子随平均风速、风向、小时、月份等分布的气候特征,统计阵风因子与边界层的大气稳定度、250～1000m风速与10m风速的比值、6h变温等要素的相关后,选取最佳预报因子,利用BP人工神经网络方法,根据不同因子组合对阵风进行循环试报。结果表明:①平均风速较小时阵风因子波动范围大;靠近大陆站点的阵风因子及来自陆地方向气流的阵风因子偏大。②白天11:00—16:00受太阳辐射影响大气湍流相对较强,阵风因子偏大。7—9月沿海受台风影响频繁,其阵风因子要大些,而11—12月阵风因子偏大则与来流方向的地表粗糙度较大有关。③阵风因子和边界层不同高度的风速与10m风速比值,及气温具有明显正相关,与边界层大气稳定度参数具有负相关,相关结果印证了阵风主要物理成因与动量的垂直湍流输送有关。④阵风循环试报表明最佳组模型试报的绝对误差及方差均比对比组模型减少约11%～25%,具有较好的预报效果。