一次辐射雾过程的数值模拟研究

利用中尺度模式MM5对2007年10月26日中国东部的一次大雾生消过程进行了数值模拟研究,并对影响辐射雾生消的辐射条件和模式的分辨率做了6组敏感性实验。结果表明,地面的长波辐射冷却是雾形成的决定性因子,太阳短波辐射是雾消散的主要因素;RRTM长波辐射方案模拟效果较云辐射方案更好,适当提高模式水平分辨率对水平尺度很大的雾模拟效果帮助不大,而适当提高模式垂直分辨率模拟则会更准确。     

辐射雾中振荡现象的数值研究

本文利用一维二阶矩闭合边界层土壤藕合模式模拟了夜间边界层中辐射雾的形成、发展和消亡过程。结果表明:湍流场和辐射场的相互作用对辐射雾的形成和发展有重要的影响。雾中液态水含量以及一些特征参量呈现准周期振荡变化，这种振荡和雾中湍涡的涨落有关。模拟结果和观测基本符合。     

二维平流辐射雾的数值模拟

本文采用二维非定常数值模式,模拟了大气边界层内辐射雾、平流辐射雾和在海陆交界处的平流辐射雾的形成、演变规律。研究了雾发展过程中湍流-辐射作用及风场、水汽平流和海陆风环流对雾发展影响的特点。模拟计算结果得出湍流-辐射作用是雾发展变化的主要物理因子。大气边界层风场及风场环流和水汽的平流输送对在不同地点,时刻雾的发展和强度变化也有重要的影响。     

珠江三角洲地区一次辐射雾的数值模拟研究

本文利用美国国家大气研究中心(NCAR)和宾夕法尼亚州立大学联合研制的第5代中尺度气象模式系统MM5对珠江三角洲地区夏季出现的一次辐射雾过程进行了数值模拟研究。模拟的结果在辐射雾出现的时间以及辐射雾的高度方面都与实况十分相近。我们对辐射雾的形成机制也进行了分析和数值试验．结果表明．地面的长波辐射冷却促使辐射雾形成．而短波辐射的加热是辐射雾消散的主要原因。另外．增加模式的垂直分辨率以及改变珠江三角洲地区的下垫面类型都可以使模式模拟的辐射雾的结果有明显的改善。     

北京地区一次辐射雾的数值模拟

利用非静力中尺度模式MM5V3对2006年11月20日北京地区的一次大雾天气过程进行了数值研究。模拟结果与极轨卫星监测图像以及十二通道微波辐射计观测资料的对比表明,模式对此次雾的模拟是比较成功的,尤其是在雾区的分布位置、雾的高度以及雾的维持时间等方面。针对不同的云物理方案、长波辐射项、短波辐射项以及模式的垂直分辨率进行了4组敏感性实验。结果表明,地面的长波辐射冷却促使辐射雾的形成,而短波辐射的加热是辐射雾消散的主要原因。另外,增加模式的垂直分辨率以及选取更加详细的云微物理方案可以使模式模拟的辐射雾的结果有明显的改善。     

辐射雾生消的数值研究(Ⅰ)——数值模式

本文建立了一个描述辐射雾生消过程的数值模式,预报量包括风速、温度、比湿、雾含水量及雾滴浓度等。 采用了新的雾微物理过程参数化方法及湍流交换系数公式,构造了考虑水汽、水滴对红外辐射吸收和发射及水滴对短红外辐射散射的辐射参数化计算方案。 对具有代表性的实际雾过程模拟,结果表明,模式可行。     

南京冬季辐射雾和平流辐射雾的化学特征差异

利用2006和2007年冬季南京雾外场试验中取得的雾水离子成分资料,分析了雾水化学组分特征,探讨了雾水酸度来源及辐射雾和平流辐射雾的化学特征差异。结果表明,南京冬季雾水中总离子浓度偏高,浓度最高的3种离子成份是SO^-24、NH^＋4和Ca^2＋,但雾水酸性不强,碱性离子成分的中和作用是pH值较高的原因。平流辐射雾中雾水离子总浓度约为辐射雾的2.2倍,平流辐射雾中浓度最高的阳离子为NH^＋4,辐射雾中为Ca^2＋。     

利用气象数值产品探讨辐射雾形成的气象条件

主要从气象数值产品,即气压场、高度场、温度场、涡度场、露点温度差(T—Td)等,来初步探讨分析辐射雾形成的气象条件,以便提高辐射雾的预报准确率,作好气象服务。     

浅水湖沼—陆面地区平流辐射雾的数值模拟

建立了一个二维时变数值模式,模拟了浅水湖沼—陆面地区平流辐射雾形成、演变和消散的基本过程。结果表明,地面温度迅速下降是成雾前的一个重要特征;浅水湖沼地区充沛的水汽对平流辐射雾的形成极为有利;平流作用可使辐射雾呈爆发性发展;长短波辐射与湍流混合的共同作用是辐射雾生消的主要物理机制;成雾后在雾顶的稍下方有长波辐射冷却率的极大区,最大值为２１×１０－３ｏＣ／ｓ（７６ｏＣ／ｈ）。模拟结果与观测事实基本一致。     

华东地区一次辐射雾的数值模拟分析

利用非静力中尺度模式WRF3.2对2010年11月17日出现在华东的一次辐射雾生消过程进行了数值模拟分析.结果表明:此次大雾是一次典型的辐射雾,稳定的环流形势、近地面层充足的水汽和辐射降温是造成此次大雾的根本原因.WRF模式对此次雾具有很好的模拟能力,模拟雾生消的时间、强度和范围都与实况比较接近,特别是雾中心的模拟,与...     

长江中上游平原地区冬季雾观测分析

长江中上游年平均雾日数达到20~106 d,是我国主要雾区之一。利用2010年12月在江汉平原观测获得的边界层廓线和雾滴谱资料,重点分析了该地区冬季雾过程的边界层结构及其生消过程。结果表明:荆州冬季雾多出现在寒潮过境1~2 d后,多为平流辐射雾;雾顶发展是水汽在上层逆温下积累,并伴随200~300 m高度冷平流降温引起;近地层冷平流降温导致饱和水汽压减小,同时上层系统性下沉增温引起逆温增强,水汽积累促使强浓雾过程产生;低空急流促使外界偏干气流与雾体混合后雾滴蒸发,是该地区雾顶迅速下降的主要原因;平均数浓度为150~406个·cm-3,极大值达到1 983个·cm-3,平均液水含量为0.014~0.118 g·m-3,极值达到0.786 g·m-3,与南京和重庆强浓雾观测值相似,超过其他地区观测值。城市地区高气溶胶浓度,配合充足的水汽条件,使得荆州雾过程微物理参量数值较大,易出现能见度小于50 m,持续时间4~9 h的强浓雾过程。     

长三角城市群下垫面变化气候效应的模拟研究

利用法国动力气象实验室发展的高分辨可变网格大气环流模式LMDZ,分别通过LMDZ的高分辨可变网格区域版及其全球版模式的数值模拟,研究长三角城市群下垫面变化带来的夏季气候效应,并尝试探讨大尺度环流的响应.其中LMDZ高分辨区域模式的模拟结果表明长三角城市群下垫面变化可导致夏季长三角地区接受的净辐射明显增加,感热通量上升,潜热通量下降,引起局地地表温度显著上升.同时西太平洋副热带高压西伸北抬控制长三角地区,反气旋性水汽通量异常,导致该地区降水异常减少.进一步对LMDZ全球模式的模拟结果分析,发现长三角城市群下垫面变化可能会引起大气基本模态的变化,进而引起南北半球中高纬异常波列结构的出现.     

1960年以来长江流域太阳总辐射的时空变化

基于长江流域147个站点的气象数据,利用气候学计算方法估算1960年以来的太阳总辐射数据,运用线性回归和相关分析等方法,探讨1960年以来太阳总辐射在长江流域的时空变化特征,并分析太阳总辐射的影响因子.结果表明:太阳总辐射在整个长江流域(除去上游源头区金沙江流域)自东向西递减,且上游地区变化波动大,中下游地区下降趋势显著;自1960年以来太阳总辐射在长江流域呈现下降趋势,1990年以后开始呈现上升趋势;近50a来太阳总辐射的减少趋势与云量和大气水汽含量没有显著相关性.     

Synoptic and mesoaerological study of radiation fog

Summary The present study was for the purpose of determining the conditions necessary to the formation of radiation fog. The temperature and relative humidity of the lowest stratum of the troposphere were sounded with a tethered balloon and radiosonde during a number of nights when the conditions were considered favourable for the formation of radiation fog: clear weather with effective net radiation, light wind, and high relative humidity at ground level. Advection fog was also studied on some occasions for comparison. The measurements were carried out in Uppsala. Meteorological phenomena of possible importance to the study were recorded concurrently with the measurements. The weather was analyzed synoptically and aerologically also on each occasion.The results of the investigation suggest that the conditions necessary to the formation of radiation fog are not only an effective net radiation, light wind, and high relative humidity at ground level, but also that the wind must be light and the relative humidity high at some distance above the ground. This permits the more or less marked surface inversion to leave ground level and to rise as a layer of rapid temperature transition. This is brought about by the radiation gradually emitting from the upper surface of the layer of mist or fog, formed in the lowest and chilled air strata, which are subsequently cooled from above until an unstable lapse rate develops. As a results, the layer of rapid temperature transition is maintained rather intact as it rises. If the radiation continues without obstruction and the wind is ligh aloft, this layer migrates upwards until it reaches a level at which the relative humidity is so low that the cooling necessary for condensation does not occur by radiation, limiting the extension of the underlying fog. If the relative humidity is high only in the undermost air strata, the surface inversion cannot leave ground level and no fog will be formed aloft. If the wind is strong aloft, the process is hindered by the increased turbulent exchange occurring between the high and low strata.

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Zusammenfassung Die vorliegende Untersuchung, die in Uppsala durchgeführt wurde, hat zum Zweck, die für die Bildung von Strahlungsnebel notwendigen Bedingungen festzulegen. Temperatur und relative Feuchtigkeit der untersten Troposphärenschicht wurden mit Fesselballon und Radiosonde während einer Anzahl Nächte ausgemessen, in denen die Bedingungen für die Bildung von Strahlungsnebel günstig erschienen, somit bei klarem Wetter mit effektiver Ausstrahlung, leichtem Wind und hoher relativer Feuchtigkeit am Boden. Zum Vergleich wurden auch einige Fälle von Mischungsnebel (Advektionsnebel) untersucht. Die Bestimmungen wurden in Uppsala durchgeführt. Gleichzeitig wurden auch weitere meteorologische Vorgänge, die für diese Untersuchung von Bedeutung sein konnten, aufgezeichnet. Zudem wurde das Wetter synoptisch und aerologisch bei jeder Gelegenheit un tersucht.Die Ergebnisse dieser Untersuchung legen die Annahme nahe, daß die für die Bildung von Strahlungsnebel not wendigen Bedingungen nicht nur in effektiver Ausstrahlung, leichtem Wind und hoher relativer Feuchtigkeit am Boden bestehen, sondern daß auch in gewisser Entfernung über dem Boden der Wind schwach und die Feuchtigkeit hoch sein muß. Dadurch wird es der mehr oder weniger ausgesprochenen Bodeninversion ermöglicht, das Bodenniveau zu verlassen und als Schicht eines schnellen Temperaturüberganges in die Höhe zu steigen. Dies wird bewirkt durch die Ausstrahlung, die allmählich von der Oberseite der Nebelschicht ausgeht, welche sich in den untersten und ausgekühlten Luftschichten bildet, die sich nach und nach von oben her abkühlen, bis sich ein instabiler Temperaturgradient entwickelt. Infolgedessen wird die Schicht des schnellen Temperaturübergangs beim Emporsteigen nahezu unverändert aufrechterhalten. Falls die Ausstrahlung ungehindert andauert und der Wind auch in der Höhe schwach ist, wandert diese Schicht aufwärts, bis sie ein Niveau erreicht, wo die relative Feuchtigkeit so niedrig ist, daß die für Kondensation notwendige Abkühlung nicht mehr durch die Ausstrahlung hervorgerufen wird, wodurch die Ausdehnung des darunter liegenden Nebels begrenzt wird. Wenn dagegen die relative Feuchtigkeit nur in den alleruntersten Luftschichten hoch ist, kann die Bodeninversion die Höhe des Erdbodens nicht verlassen und es bildet sich haher in der Höhe kein Nebel. Falls in der Höhe starker Wind weht, wird der Prozeß der Nebeldung durch die verstärkten Austauschvorgänge zwischen den hohen und den niederen Schichten verhindert.

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Résumé Le but de la présente étude faite à Uppsala est de déterminer les conditions de formation du brouillard de rayonnement. On a mesuré à cet effet la température et l'humidité relative des couches basses de la troposphère à l'aide de ballons captifs et de radiosondes pendant un certain nombre de nuits apparement favorables à la formation de brouillard, done par temps clair, vent faible et forte humidité au sol. Quelques cas de brouillard d'advection ont été aussi retenus à titre de comparaison. En même temps on a relevé d'autres processus météorologiuqes pouvant être utiles; la situation météorologique fit l'objet d'une analyse synoptique et aérologique dans chaque cas.Les résultats obtenus font penser que ce ne sont pas seulement le rayonnement, la faible agitation de l'air et la forte humidité relative au sol qui sont déterminants dans la formation du brouillard; le vent doit être faible et l'humidité élevée également à une certaine hauteur au-dessus du sol: c'est alors que l'inversion plus ou moins prononcée peut s'élever. Cela résulte du refroidissement par rayonnement de la surface du brouillard bas; la couche froide au sol augmente alors d'épaisseur jusqu'à ce qu'un gradient vertical instable apparaisse. La couche de décroissance rapide de température se maintient tout en gagnant vers le haut, et le processus ne s'arrête que lorsqu'un niveau à faible humidité est atteint; la couche de brouillard a alors acquis son épaisseur maximum. Si l'humidité relative n'est forte que dans les couches les plus basses, l'inversion ne peut par contre quitter le sol et il ne se forme pas de brouillard plus haut. S'il y a du vent fort a une certaine hauteur, le processus de formation du brouillard est rendu impossible par le brassage des couches basses et moyennes.

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With 12 Figures

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Dedicated to Dr.Anders K. Ångström on the occasion of his 70th birthday.     

长江重庆地段河陆风的模拟及三峡水利工程后河陆风变化的预测研究

本文利用所设计的包括水平及垂直扩散、牛顿冷却的二维46层非弹性运动方程模式来模拟冬夏长江重庆地段的河陆风。计算的结果表明,在白天长江重庆地段两岸坡面盛行河风,而在夜间盛行陆风;并且白天的河风比夜间的陆风大,夏季的河陆风要大于冬季的河陆风。 本文还利用上述模式来预测长江三峡水利工程之后(180m坝高的情况下)冬、夏长江重庆地段的河陆风的变化。计算结果表明长江三峡水利工程之后,其长江重庆地段两岸夜间的陆风变大,大约比未建坝时大25—30％,江面附近风约大30—40％;建坝后白天的河风约增大10％左右,江面附近的风约大10—30％。     

长江三角洲城市群对夏季日降水特征影响的模拟研究

利用耦合了单层城市冠层模型UCM的中尺度模式WRF,探讨了长江三角洲地区城市化对夏季日降水特征的影响。结果表明,WRF模式能较好地再现长三角地区2003—2007年夏季降水的空间分布,比较成功地模拟出了降水中心的位置及强度。城市化使得长三角地区夏季降水日数减少了1～5 d,这种降水日数的减少主要是由于城市化使小雨日数减少引起。城市化增强了长三角大部分地区的日降水强度。进一步对长三角地区4个典型城市群宁镇扬、苏锡常、上海和杭州湾城市群进行了夏季降水日变化分析,得出城市化对降水日变化的影响存在一定的区域差异。对于长三角整个大城市群,城市化对降水量、降水强度日峰值出现时刻以及降水强度日峰值大小无明显影响,而使得降水量日峰值减少。城市化使得苏锡常地区降水量日峰值略有增加,宁镇扬和上海地区降水量日峰值都减小,而杭州湾城市群区降水量日峰值出现时刻延后。城市化使得4个典型城市群降水强度日变化曲线形态发生改变,使得上海地区降水强度日峰值出现时刻延后,使得杭州湾城市群区夜雨增强。     

1985年夏季长江和黄河流域降水异常成因的数值分析

1985年，赤道东太平洋地区海温全年为负距平，冷水范围宽广；赤道西太平洋大部分地区为海温正距平区，距平值在0.5℃左右。该年盛夏我国华南、华中和江淮流域相继出现干旱高温天气，江淮地区6月份的降水不及常年的一半。本文应用中国科学院大气物理研究所的两层大气环流模式（IAP-AGCM）,分别以观测得到的1985年赤道东太平洋和赤道西太平洋月平均海表温度场为外强迫源进行了两个区域海温异常的敏感性试验，分析了造成1985年夏季华南、华中和江淮流域干旱，而华北多雨的原因。另外，为了便于分析和比较，本文还以气侯平均的海     

基于机器学习的重庆长江航道雾图像特征识别研究

基于重庆市境内长江航道雷达站拍摄的雾天气过程影像资料,利用K最近邻、支持向量机、BP神经网络、随机森林等机器学习算法,对无雾和5类有雾天气个例进行图像识别训练,构建雾图像识别模型,并检验了识别准确率。结果表明：机器学习能够有效识别雾图像,随机森林算法的识别效果优于其余3种算法。对于能见度超过1500 m的无雾天气,模型的识别准确率为100%,对于能见度在1000—1500 m范围内的轻雾、能见度低于50 m的强浓雾,模型的识别准确率在90%以上,对于能见度在50—1000 m范围内的雾、大雾和浓雾,识别准确率超过70%。     

Probability Distribution of Precipitation Extremes over the Yangtze River Basin

 Based on the daily observational precipitation data of 147 stations in the Yangtze River basin for 1960-2005, and the projected daily data of 79 grids from ECHAM5/MPI-OM in the 20th century, time series of precipitation extremes which contain annual maximum (AM) and Munger index (MI) were constructed. The distribution feature of precipitation extremes was analyzed based on the two index series. Research results show that (1) the intensity and probability of extreme heavy precipitation are higher in the middle Mintuo River sub-catchment, the Dongting Lake area, the mid-lower main stream section of the Yangtze River, and the southeastern Poyang Lake sub-catchment; whereas, the intensity and probability of drought events are higher in the mid-lower Jinsha River sub-catchment and the Jialing River sub-catchment; (2) compared with observational data, the averaged value of AM is higher but the deviation coefficient is lower in projected data, and the center of precipitation extremes moves northwards; (3) in spite of certain differences in the spatial distributions of observed and projected precipitation extremes, by applying General Extreme Value (GEV) and Wakeby (WAK) models with the method of L-Moment Estimator (LME) to the precipitation extremes, it is proved that WAK can simulate the probability distribution of precipitation extremes calculated from both observed and projected data quite well. The WAK could be an important function for estimating the precipitation extreme events in the Yangtze River basin under future climatic scenarios.