沙瓦特指数的一种迭代算法

为了提高沙瓦特指数的计算精度, 在沙瓦特指数计算方案中引入二分法:先用于计算抬升凝结高度上的要素, 进而计算假相当位温, 再依据假相当位温守恒性质用于计算500 hPa气块温度。与其他方案对比表明, 该迭代算法计算的沙瓦特指数精度较高; 与查表法所得的气块温度对比表明, 该迭代算法得到的气块温度的最大绝对误差为1.36 ℃, 平均误差 (-0.68 ℃) 与平均绝对误差 (0.69 ℃) 数值接近; 迭代算法与查表法之间以系统性偏差为主; 此外, 该迭代算法计算量小, 收敛速度快, 具有推广应用价值。     

沙瓦特指数的数值计算方案比较研究

比较了三种假相当位温(θse)计算式的精确度,分析了θse对沙瓦特指数(SI)计算的重要影响,提出精度较高的SI计算实用方案。该方案首先利用干绝热过程中位温和比湿守恒性质迭代求解抬升凝结高度处温压变量;计算起始气块的θse;然后基于湿绝热过程假相当位温的守恒性质,采用Stackpole迭代方法计算湿绝热上升到500 hPa的气块温度,进而计算SI。研究发现,θse的误差是SI计算误差的重要来源,采用准确的θse计算方案非常重要。经计算比较,发现θse的Bolton公式和李任承公式计算精度较高,而经典的Rossby公式计算得到的θse表现为系统性偏低,偏低量随气块温湿的增加而增大。相应地,采用Bolton公式计算θse所得到的SI之精度最高,与查表值703个算例之间的平均绝对误差仅0.45℃,李任承公式效果与之接近;而传统的Rossby公式相应的平均绝对误差为0.66℃。与前人的SI算例对比表明,本方案计算精度得到进一步提高,在预报业务中具有一定实用价值。     

沙氏指数计算方案探讨

从沙氏指数的物理定义出发,给出了计算沙氏指数的4种方案并进行了误差分析。A方案没有考虑水汽凝结潜热,计算结果误差大;B方案虽然考虑水汽凝结潜热,但计算方法没有考虑湿绝热线的曲率等问题,计算结果虽优于A方案,但误差仍较大;C方案不仅考虑水汽凝结潜热,并从计算方法上作了改进,不仅考虑了湿绝热线的曲率等问题,同时避免了由气压直接求取气温造成误差较大的问题,计算结果优于A、B方案,比较理想,可在实际工作中使用;D方案由假绝热方程经过转化求得上升气块的温度,然后算出沙氏指数,虽然精确,但计算复杂,实际应用较困难。     

卷挟理论在对流研究和预报中的应用

一、引言 经典的气块绝热上升理论给出了静力稳定度的判据,以气块作有限位移时,由能量面积来分析条件性不稳定,并计算对流发展的强度和高度。但是,按绝热理论计算,往往夸大了对流的发展;在预报工作中,又不直接使用这些判据,而是综合层结稳定度和湿度因子的作用来建立各种预报指数,例如沙瓦特指数、K指数和平均不稳定能量指标等。其中沙氏指数由于计算简便和物理意义明确而为实际工作者所     

一个高精度的测温方法

本文介绍一种经补偿的不平衡电桥测温方法,电桥输出和测量温度成直线性关系,温度测量范围为-20℃—十45℃,测量精度好于0.l℃。     

饱和湿绝热方程的精确数值计算

本文根据大气热力学基本原理,探讨了各种不同情形下饱和湿绝热上升气块中温度变化的规律,提出了由饱和湿绝热变态方程进行精确数值计算的结果。     

露点温度计算方法对比研究

本文整理了3种计算露点温度的方法,分别为利用干球温度和相对湿度直接计算,利用干球温度、相对湿度和环境水汽压间接计算,用干球温度、湿球温度和大气压计算,并以长春、西安、武汉和广州地区代表站为例,将前两种计算露点温度方法的结果与实际观测的露点温度进行对比分析。结果表明:露点温度的直接法与间接法均有其优点,当干球温度为0.0—30.0℃且相对湿度为40%—100%时,直接法计算的露点温度与实际观测露点温度的误差主要集中在0.5℃以内,适用于温度高且相对湿度较大的地区;间接法计算的露点温度精度较高,与实际观测露点温度的误差在0.2℃以内,具有一定的推广意义。     

应用KY指数作广州前汛期降水预报

一、KY指数简介 KY指数是日本气象研究所山崎考治于1976年提出,因而又叫做山崎指数,其计算公式为: KY指数=(βTA—SI γ)/(α (T-Td)_(850)) 由上式可见,KY指数主要由温度平流TA,沙氏指数SI和850hPa温度露点差等     

气溶胶的核化清除效率及其物理、化学因子

在Junge气溶胶谱分布的条件下,推导出气溶胶粒子的核化清除效率的近似公式。与分析解相比较,在一定范围内,数值计算结果与分析解相符。模式计算结果表明,夹卷的上升气块对于大陆和海洋性气溶胶粒子的核化清除效率,除了气溶胶谱分布以外,决定于以下的物理、化学因子:气溶胶化学成分、上升气块的夹卷率、水汽凝结的调节系数(accommodation coefficient)、云底温度等。      

计算参考气压的一种新方案

本文根据位相当温度与相当温度以及气压之间的内在关系指出,在气压给定的情况下,位相当温度与相当温度之间存在线性关系;而当相当温度确定时,位相当温度与气压的关系是非线性的。进而提出在第一次调整中应当先线性内插得到对应的相当温度、再由三者关系的另一种表达式计算对应的气压的新方案。同时也指出,由于时间平均可能造成某些θ_e。无对应参考气压P_r,在考虑区域问题时,第二次调整宜用空间平均,以及为了避免再出现不稳定层结,宜在计算程序中增加一次类似于第一次的调整。文章最后通过实例对比,证实了新方案在客观地确定参考气压、准确地计算湿有效位能等方面都比原方案有较明显的改进。      

温度初值确定之合理性与气压梯度力项的计算

本文讨论数值试验中两个基本问题:温度初值确定和气压梯度力的计算。首先比较几种利用静力方程差分解求温度初值方案所引起的误差,提出一种把等压面高度场插值与静力方程微分解结合起来求取等σ面温度初值的方法,结果表明用这种方法确定的温度初值及其水平分布和垂直递减率接近实测值。文章又讨论山脉地区气压梯度力计算问题,表明气压梯度力的计算精度不仅与计算方案有关,而且与温度初值有很大的关系。利用本文提出的方案得到的温度初值来计算气压梯度力,误差达到比较满意的精度。     

成飞飞行区域短时强降水时空分布特征及强降水指数分析

成飞飞行空域包含高原、盆地、山区等多种地形,局地气候显著,短时强降水频发。该文使用国家气象信息中心2017—2021年多资料融合逐小时降水数据、国家自动站探空观测数据。统计分析发现,盆地周围沿山地区为盆地短时强降水高发区;101～102°E,31～32°N区域为高原短时强降水高发区。利用百分位法得到高原地区强对流指数阈值：CAPE值≥1930.5 J·kg^-1,BCAPE值≥1974.7 J·kg^-1,抬升指数≥2.6℃,大气可降水量≥86.1 mm,K指数≥37.2℃,SI指数≤-0.9℃。盆地地区强对流指数阈值：CAPE值≥2230.6 J·kg^-1,BCAPE值≥2264.4 J·kg^-1,抬升指数≥1.8℃,大气可降水量≥93.0 mm,K指数≥40.8℃,SI指数≤-1.8℃。建立短时强降水不同下垫面强对流指数阈值,为今后短时强降雨客观预报提供新的思路和方向。     

结合模式性能和独立性加权的全球增暖1.5/2℃下中国区域气候的未来预估

基于耦合模式比较计划第6阶段(CMIP6)中的全球气候模式的模拟结果,采用考虑模式性能和独立性结合(Climate model Weighting by Independence and Performance,ClimWIP)的加权方案进行中国区域气候的多模式集合预估及不确定性研究。结果表明,ClimWIP方案在历史阶段的模拟优于等权重方案,降低了多模式模拟的气候态偏差。温度指数的未来预估不确定性较大的区域主要集中在中国北方和青藏高原,而降水指数主要集中在华北和西北地区。ClimWIP方案的预估不确定性与等权重方案相比有所降低。ClimWIP方案预估的温度指数的增温大值区主要集中在中国北方和青藏高原;降水指数在西北和青藏高原增加最为显著。全球额外0.5 ℃增暖时,中国区域平均的温度指数变化更强,平均高于全球0.2 ℃,最低温在东北部分地区的额外增温甚至是全球平均的3倍;总降水额外增加5.2％;强降水额外增加10.5％。全球增暖2 ℃下,中国大部分区域温度指数较当前气候态增加可能超过1.5 ℃(概率>50％),在中国北方和青藏高原的部分地区增温超过1.5 ℃的可能性更大(概率>90％);总降水,强降水和连续干日在西北和华北增加幅度有可能超过10％、25％和-5 d(概率>50％)。     

清远地区前汛期雷雨大风和冰雹天气的物理量指标

选取清远地区7个国家气象观测站2006—2015年前汛期的地面观测记录资料和清远、梧州探空站的t-logp探空资料,统计分析沙氏指数SI等8个物理量对雷雨大风及冰雹天气预报的指示作用。结果表明:(1)清远探空站数据中,整层比湿积分IQ、沙氏指数SI、瑞士雷暴1(SWISS00)对雷雨大风天气预报的指示性较好;整层比湿积分IQ、瑞士雷暴1(SWISS00)和0℃层高度对冰雹天气预报的指示性较好。(2)梧州探空站数据中,整层比湿积分IQ、抬升指数LI和沙氏指数SI对雷雨大风天气预报的指示性较好;整层比湿积分IQ、0和-20℃层高度、潜在下冲气流指数(MDPI)和强天气威胁指数SWEAT对冰雹天气预报的指示性较好。合理利用物理量指标对清远地区前汛期雷雨大风和冰雹天气的潜势预报具有一定的可行性。     

静力稳定度的能量分析

目前,在天气分析和研究工作中,讨论强对流天气的发生条件时,对静力稳定度的使用常有混乱之处。理论上多采用条件不稳定,以铅直减温率大于湿(饱和)绝热减温率为判据;气象台业务上多使用潜在不稳定,即气块绝热上升到达某一参考高度后,其气块温度比环境空气温度高;近年来,国内又流行使用所谓“位势不稳定”,实际上是狭     

复合气块模型与静力稳定度

本文提出了复合气块概念模型,认为大气微团（或气块）是由一些性质不同的尺度更小的子微团所组成,微团的密度与环境场密度比较存在三种情况,一是微团密度与场密度相等,称为中性微团：二是微团密度大于场密度,称为重微团（或称正微团）;三是微团密度小于场密度,称为轻微团（或称负微团）。复合气块的分离是对流启动的重要机制,当复合气块分离时,即使在稳定的层结状态下,也会发生对流;相反,如果不具备分离条件,即使在不稳定层结状态下,对流也不会发生。在高空,分离后的重微团的温度明显低于环境（密度大于环境）,是产生下沉运动的主要原因。引起气块发生分离的因子有太阳辐射、冷空气的微物理作用和大气环境场的宏观动力作用。水汽的存在和交换是对流维持和发展的必要条件。轻微团中水汽凝结所产生的水分子脱离,保持了轻微团密度轻于环境场的密度,重微团在下沉的过程中不断吸收水汽分子以保持其密度大于环境。     

近10年广东冰雹的统计特征及天气形势

对2004—2013年广东冰雹天气的时空分布、天气形势、物理量进行了分析。广东的冰雹天气主要出现在3—5月并且集中在粤北山区和西江流域河网地带。可将广东出现冰雹时的天气形势分成锋面低槽型、暖区型、高架雷暴型3种典型的类型。锋面低槽型,大冰雹多出现在这类天气形势下,地面冷锋、低层切变线(低涡)、高空槽(温度槽)互相配合,地面冷空气和中层温度槽的侵入,使得大气层结变的不稳定;锋面、切变线、高空槽的动力作用触发对流;冰雹出现在锋面、切变线附近,高空槽前。暖区型,地面在长江流域以南没有冷空气活动,低层存在西南风与东南风的辐合,高空槽带来干冷空叠加在低层暖湿气流之上,形成不稳定层结;冰雹出现在高空槽前、低层辐合区内。高架雷暴型,地面为冷高压控制,低空存在逆温层,暖湿气流沿着低层冷垫爬升,对流在逆温层之上发展;冰雹出现在切变线附近,多为小冰雹。在广东,适宜大冰雹生长的物理量平均值是:0℃层高度4505m,-20℃层高度7632m,K指数35℃,SI指数-0.99℃;垂直风切变2.67×10-3 s-1;最大上升速度-28×10-2 Pa/s,400hPa与700hPa之间的差动温度平流-23.9×10-5℃/s。大冰雹要求更大的K指数、更小的SI、更大的垂直风切变、更加充足的水汽、更加强烈的垂直上升速度、更大的差动温度平流。     

锢囚气旋钩状云区暴雪过程的水汽源地及输送分析

利用常规高空、地面观测资料、FY-2E卫星云图和NCEP再分析场,分析了2013年11月25日发生在中国东北东部的暴雪天气过程,并用HYSPLIT模式模拟了暴雪区上空气块的轨迹。结果表明:卫星云图显示暴雪发生在锢囚气旋的钩状云区中,且具有中尺度特征。钩状云区不同代表点、不同层次25日08时120 h气块的后向轨迹计算结果表明,在每个代表点的6条轨迹中,只有1条轨迹来自新疆以西地区的对流层上层,其他5条轨迹均来自蒙古国或我国北方地区的对流层中低层。几乎每条轨迹对应的气块在东移或南移时先以水平运动为主,伴有弱的下沉;中低层气块在72～24 h经过渤海湾和日本海;而中上层气块则主要经过黄海或东海,到达降雪区前几小时气块移速快并有明显的上升运动。对钩状云区不同代表点1500和3000 m上空120 h后向轨迹中气块湿度分析表明,来自东亚大陆的气块水汽含量并不大、相对湿度也小于60%,但在经过渤海湾和日本海时,海气交换使得气块的含水量和相对湿度均呈增加的趋势;特别是气块途径日本海的时间和距离越长,水汽含量越多。因此暴雪区的水汽主要来自日本海,其次是渤海湾。在降雪发生前几小时,气块随偏南风或东南风快速北移,相对湿度接近饱和并伴有上升运动,从而引起降雪。     

中国沿海城市的气块后向轨迹分析

该文讨论了大连、青岛、上海、福州、厦门和广州６个沿海城市的气块长距离后向输送轨迹。输送层假设在１５００ｍ上。计算了１９８５年１、４、７、１０月份的轨迹。轨迹分析得出：①气块后向轨迹与天气形势和季节有关，且南北方有差异；②北方沿海城市的７２小时气块后向轨迹输送距离要比南方沿海城市远些。     

数值模式中温压场垂直插值和初值处理若干方法的讨论

本文对如何提高气象要素的垂直插值精度以减少数值模式中的计算误差的问题作了详细讨论。文中提出了三种温度对气压的分布关系,并检验了它们在数值模式中应用时的优劣。结果表明,温度随气压对数和随高度成线性关系的分布假设较好。试验还证明,当模式中具有高和陡的地形时,用模式大气底层的温压关系去外插地面以下的温度和位势高度时,会造成很大的不规则的误差。用等压面上局地温度相等的假定以及用水平热力结构相同的假设可大大减小外插误差并改善气压梯度力的计算方法。