CMA-GFS V4.0模式关键技术研发和业务化

针对CMA-GFS V3.3强降水预报偏弱、西北太平洋副热带高压等天气系统预报衰减偏快以及模式计算效率偏低等问题,对模式物理过程与动力框架关键技术开展研发改进。在预报性能方面,通过在云微物理方案中增加霰粒子相关的微物理过程、调整蒸发速率,并在积云对流方案中改进触发条件、卷入率、准平衡闭合假定等关键因子的参数化方法,缓解模式强降水预报不足和小雨过多的问题;采用质量守恒修正算法解决模式长时间积分质量损失问题,改善天气形势预报。在计算效率方面,研制二维参考廓线方案延长模式积分时间步长,开发预条件经典斯蒂菲尔迭代（PCSI）算法提高Helmholtz方程的求解效率,对辐射方案、预估-修正算法等进行计算效率优化。通过上述关键技术的研发和应用,CMA-GFS在降水和天气形势方面的预报技巧得到显著提升,计算效率提高1/3左右,满足模式在0.125°分辨率下业务运行的时效要求,为CMA-GFS V3.3升级到V4.0奠定了基础。     

藏北高原土壤热传导率参数化方案的优化和检验

利用中国科学院大气物理研究所发展的冻土模式FSM中原始和优化的土壤热传导率参数化方案分别对青藏高原中部NewD66观测点土壤温度进行了模拟.结果表明,该模式中原始的土壤热传导率参数化方案高估了实际的土壤热传导率,因而导致模拟的土壤温度偏高.优化的参数化方案较原始参数化方案更能真实地模拟出土壤温度的变化,尤其对深层土壤温度的模拟效果更加显著.这些表明应用优化参数化方案的FSM模式对土壤温度模拟的准确性比原模式有所提高.     

GRAPES_TYM改进及其在2013年西北太平洋和南海台风预报的表现

2013年国家气象中心对GRAPES_TYM进行了改进,包括集成GRAPES-Meso模式相关改进（即基础模式升级）、对流参数化过程由Simplified Arakawa-Schubert（简称SAS）升级为Meso-SAS,并对涡旋初始化方案进行优化。7个典型个例试验统计分析表明,基础模式升级可使72 h平均路径误差减小10%,在基础模式升级的基础上对流参数化方案的升级可使72 h平均路径误差减小20%,涡旋初始化方案的优化可使72 h平均路径误差进一步减小10%。基础模式的升级和对流参数化方案的升级对GRAPES_TYM的预报路径系统右偏有明显改进;基础模式升级对强度预报的影响不明显,Meso-SAS的应用对12~48 h强度预报的改善效果较显著,而台风初始化方案的优化可以减小6~24 h预报时段内的强度预报误差。2013年全年台风回算结果表明,升级后的GRAPES_TYM其48~72 h后的路径预报误差较准业务系统减小15%~20%,最大风速预报误差减小4%~16%。      

AREM模式中引入MYJ边界层方案介绍及其试验

业务实践表明,AREM模式对中国暴雨有较好的模拟能力。当前AREM模式中可供选择的边界层参数化方案比较单一,而不同边界层方案对暴雨的模拟差异较大,所以在AREM中引入一种新的边界层方案是提高其性能的一个重要方面。本文介绍了在AREM模式中引入Mellor-Yamada-Janjic′（MYJ）边界层方案的关键技术与流程,并对MYJ方案的模拟能力进行了评估。模式对2008年四川暴雨的模拟结果表明,MYJ方案有助于改善模式预报的降雨落区位置。     

AREM模式中引入MYJ边界层方案介绍及其试验

业务实践表明,AREM模式对中国暴雨有较好的模拟能力。当前AREM模式中可供选择的边界层参数化方案比较单一,而不同边界层方案对暴雨的模拟差异较大,所以在AREM中引入一种新的边界层方案是提高其性能的一个重要方面。本文介绍了在AREM模式中引入Mellor-Yamada-Janjić(MYJ)边界层方案的关键技术与流程,并对MYJ方案的模拟能力进行了评估。模式对2008年四川暴雨的模拟结果表明,MYJ方案有助于改善模式预报的降雨落区位置。     

WRF模式中微物理和积云参数化方案的对比试验

为了研究微物理参数化方案对珠江三角洲(简称珠三角)降水模拟的影响,利用WRF中尺度数值预报模式,在3 km模式分辨率下,在微物理方案为WSM6方案条件下,选用KF、BMJ、GD以及G3等四种积云参数化方案对2010年5月14日广东珠三角地区的一次暴雨过程进行了模拟试验。结果显示,KF方案对于降水带和降水量的模拟与实况较为一致。在积云参数化方案为KF条件下,分别选用Kessler、Lin et al、WSM 3、WSM5、Ferrier(New eta)和WSM6等6种微物理方案再次对这次暴雨过程进行模拟试验,模拟结果的对比分析表明:选用Lin et al微物理方案时,模式较好地模拟出了强降水雨带的位置和降水强度;而其他5种参数方案的模拟效果均不好,降水量明显偏小,雨带位置偏差较大;同时对低空急流、K指数和上升速度等物理量分析可知,Lin et al方案能较好地模拟出降水实况。     

青藏高原夏季土壤有机质及砾石影响水热 传输特性的数值模拟

本文针对青藏高原部分地区土壤有机质和砾石含量较高的特点,在前人工作的基础上,发展了一个新的参数化方案以描述土壤有机质和砾石对土壤导热率、导水率的影响。通过对通用陆面模式CoLM中的土壤水、热参数化方案以及地表蒸发阻抗三方面的逐步改进,对青藏高原藏东南站和纳木错站两种不同下垫面进行单点数值模拟分析。对比原方案与最终优化方案的模拟结果表明:采用新方案的CoLM模式对藏东南站土壤湿度模拟性能明显提高,平均偏差减小到0.04,而对纳木错站浅层20 cm以上土壤湿度的模拟偏差略微增大。新方案在藏东南站对土壤内部温度的模拟改善较为显著,平均偏差减小了0.2℃;而在纳木错站40 cm以上有所改进。新参数化方案较好地模拟了两个观测站表面能量通量的时间变化,纳木错站7、8月份的潜热通量改进尤为明显,比原方案减少大约20 W m-2,与观测结果较为接近。     

青藏高原那曲地区冻融过程的数值模拟研究

利用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站冻融期(2013年3月1日至6月1日)的气象和土壤观测资料,通过陆面模式Co LM对那曲地区土壤冻融过程进行了数值模拟。模拟结果表明,Co LM模式对土壤温度、感热通量和潜热通量的模拟与观测较吻合,但对土壤湿度的模拟偏差较大,而模式冻融参数化方案的不足是造成这一较大偏差的主要原因。根据热力学平衡下土壤水势与温度之间的关系以及Clapp-Hornberger经验公式对冻融参数化方案进行了优化,优化冻融参数化方案后,模式能够更真实地模拟出土壤冻融过程特征,尤其是对土壤湿度偏低的现象改进较大。     

台风“莫拉菲”对不同边界层方案的敏感性数值模拟

利用WRF中尺度模式,在不同边界层方案下对2009年第6号台风"莫拉菲"登陆前后的主要过程进行了数值模拟,分析了边界层参数化方案对台风的大环境场、路径、强度和累积降水的影响。并通过对边界层过程中的感热通量和潜热通量进行分析,表明台风强度和累积降水主要是由水汽凝结潜热释放造成的。MRF方案为非局地K理论方案,YSU方案是新一代的MRF方案,增加了显式处理的夹卷层过程,而MYJ方案是Mellor-Yamada2.5级湍流闭合方案,主要是使用TKE闭合方法。模拟结果表明,YSU方案比MRF方案在模拟结果中有明显的改善,MYJ方案出现在模拟台风强度过强的情况。综合来说,YSU方案的模拟结果较好。     

多层城市冠层模式的建立及数值试验研究

为在城市气象数值模拟中更好地体现由城市发展引起的下垫面土地利用改变及人为活动对大气过程的影响,建立了基于建筑物三维分布的多层城市冠层模式,冠层内动力方程组考虑了建筑物冠层拖曳力的作用及雷诺应力的影响,通过引入建筑物宽度、间距以及垂直分布密度指数等建筑物形态特征参数,以更好地体现城市复杂地表对大气温度、湿度及动量方程的影响.同时,该模式分屋顶、4个侧壤及地面分别考虑辐射及能量平衡求解表面温度,计算各表面与大气的通量交换,并考虑辐射阴影效应、冠层内部各个面之间的可视因子、以及与冠层内建筑物密度指数、可视因子等相关的多重反射辐射导致的辐射截陷作用.模式的离线检验结果表明:(1)冠层模式计算风廓线与风洞实验测量数据吻合良好;(2)离线冠层模式能够模拟实际小区的风速、温度垂直廓线,并能够较好地体现小区内气温日变化.冠层模式与区域边界层模式耦合检验结果表明:(1)耦合模拟的近地面(2 m处)气温及地表温度的结果明显优于传统的水泥平板方案,尤其是在夜间,水泥平板方案与实测气温最大偏差4 K左右,耦合模拟方案为1-2 K;(2)耦合模拟方案考虑了建筑物对冠层之上的拖曳力影响以及建筑物形态结构对雷诺应力的影响,风速(10 m处)计算结果与观测值相差约在1 m/s,水泥平板方案偏差3 m/s左右.     

浅谈内蒙古地面气象资料新A文件的质量评估

90年代开始,全国地面气象站的地面信息化资料以A、A0、A1、A6、A7、V、V0、V1文件的形式保存和使用,其文件模式较多、内容分散,不便于管理和使用。采用中国气象局信息中心资料室统一下发的"地面自动站观测资料三级质量控制软件—省级软件(CDQC)"和全国地面气象A文件质量评估方法,对内蒙古71个一般站,现有的A、A0、A1、A6、A7、V、V0、V1文件转换生成新版A文件,对转换后的新版A文件,进行统一质量控制标准的综合分析和评估。这次评估,对全面了解地面气象历史资料整体质量状况、出现疑误数据类别和原因,为纠正和减少历史资料错误,进一步确定今后质量控制工作的重点和研究资料质量控制方法,提供了科学依据。     

Evaluation and Preprocess of Chinese Fengyun-3A Sea Surface Temperature Experimental Product for Data Assimilation

Validated satellite-derived sea surface temperatures (SSTs) are widely used for climate monitoring and ocean data assimilation systems. In this study, the Fengyun-3A (FY-3A) SST experimental product is evaluated using Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR)-merged and in situ SSTs. A comparison of AVHRR-merged SSTs reveals a negative bias of more than 2K in FY-3A SSTs in most of the tropical Pacific and low-latitude Indian and Atlantic Oceans. The error variance of FY-3A SSTs is estimated using three-way error analysis. FY-3A SSTs show regional error variance in global oceans with a maximum error variance of 2.2 K in the Pacific Ocean. In addition, a significant seasonal variation of error variance is present in FY-3A SSTs, which indicates that the quality of FY-3A SST could be improved by adjusting the parameters in the SST retrieval algorithm and by applying regional and seasonal algorithms, particularly in key areas such as the tropical Pacific Ocean. An objective analysis method is used to merge FY-3A SSTs with the drifter buoy data. The errors of FY-3A SSTs are decreased to-0.45K comparing with SST observations from GTSPP.     

基于微波辐射计和探空的FY-4A温度廓线检验

选取2021年1月1日—2022年3月31日山东济南地区探空、微波辐射计和FY-4A的温度廓线,评估FY-4A温度廓线偏差特征。结果表明：10 km以下,FY-4A温度比探空偏小0.51℃,两者偏差的标准差为0.50℃;FY-4A温度比微波辐射计偏大0.53℃,两者偏差的标准差为0.75℃。FY-4A与探空在00：00(世界时,下同)和12：00的温度偏差趋势一致;相对于00：00,12：00的FY-4A与探空温度偏差的离散程度较小。有降水时,600 m高度以上微波辐射计与FY-4A的温度偏差逐渐增大,在1500 m高度附近偏差达到最大值(约为9.35℃),在3000~8500 m高度内偏差为1.35~5.10℃,偏差的标准差为1.41~4.99℃。有降水时,FY-4A与探空的温度偏差和标准差在不同高度上不同,偏差变化范围为-0.31~3.60℃。有云时,微波辐射计与FY-4A的温度偏差为-0.40℃,偏差的标准差为3.79℃;探空与FY-4A的温度偏差为0.31℃,偏差的标准差为2.66℃。相对于有云时,晴空背景下FY-4A与另外两种设备的温度偏差和标准差均较小。     

Climate Change Projections for the 21st Century by the NCC/IAP T63 Model with SRES Scenarios

1. IntroductionFor the latest 15 years, the climate change hasbeen paid more attention by the policy-makers, scien-tists, and the public. The global warming of 0.4-0.8°Cfor the 20th century has been measured by the instru-mental observations. The atmospheric concentrationof CO2 increased from 280 ppm for the period 1000-1750 to 368 ppm in the year 2000 with an increase of27%-35%. In the light of new evidence and taking intoaccount the remaining uncertainties, most of the ob-served warming o…     

Impact of UV-A radiation on erythemal UV and UV-index estimation over Korea

Because total UV(TUV) in the UV-A region is 100 times higher than in the UV-B region,UV-A is a considerable component when calculating erythemal UV(EUV) and UV-index.The ratio of EUV to TUV in the UV-A value [EUV(A)/TUV(A)]is investigated to convert the EUV(A) from TUV(A) for broadband observation. The representative value of EUV(A)/TUV(A),from the simulation study,is 6.9 × 10-4,changing from 6.1 × 10-4to 7.0 × 10-4as aerosol optical depth,total ozone and solar zenith angle change. By adopting the observational data of EUV(B) and TUV(A) from UV-biometer measurements at Yonsei University [(37.57?N,126.95?E),84 m above sea level],the EUV irradiance increases to 15% of EUV(B) due to the consideration of EUV(A) from the data of TUV(A) observation. Compared to the total EUV observed from the Brewer spectrophotometer at the same site,the EUV(B) from the UV-biometer observes only 95% of total EUV,and its underestimation is caused by neglecting the effect of UV-A. However,the sum of EUV(B) and EUV(A) [EUV(A+B)] from two UV-biometers is 10% larger than the EUV from the Brewer spectrophotometer because of the spectral overlap effect in the range 320–340nm. The correction factor for the overlap effect adjusts 8% of total EUV.     

Quality Assessment of FY-4A Lightning Data in Inland China

The Lightning Mapping Imager (LMI) equipped on the FY-4A (FengYun-4A) geostationary satellite achieves lightning positioning through optical imaging and has the advantages of high temporal resolution, high stability, and continuous observation. In this study, FY-4A LMI lightning event, group and flash data from April to August 2018 are selected, and their quality are assessed through qualitative and quantitative comparison with the ground-based Advanced Time of Arrival and Direction system (ADTD) lightning observation network data and the American International Space Station (ISS) lightning imaging sensor (LIS) data. The results show that the spatial distributions of FY-4A lightning are consistent with those of the ground-based ADTD and ISS LIS. The temporal variation in FY-4A lightning group frequency is consistent with that of ADTD stroke, which reflects that FY-4A LMI can capture the lightning occurrence in inland China. Quantitative statistics show that the consistency rate of FY-4A LMI and ISS LIS events is relatively high but their consistency rate is lower in terms of lightning group and flash data. Compared with the lightning observations by the ISS LIS and the ground-based ADTD, FY-4A LMI reports fewer lightning events in the Tibetan Plateau. The application of Tibetan Plateau lightning data requires further processing and consideration.     

CINRAD/SA充电开关控制板工作原理及应用维护

新一代多普勒天气雷达SA/SB发射机采用回扫充电技术,使用充电开关组件3A10与充电变压器3A7T2,给线型调制器的脉冲形成网络充电.这种电路有许多优点,但其电子线路组成复杂,技术指标要求高,设备运行时故障率相对较多,台站运行维护保障有一定难度.讨论了该分机的工作原理,重点对充电开关组件的控制板3A10A1原理及其电子线路组成作了进一步分析,并提供了相应的原理框图,根据台站工作的实际经验,结合相关报警信息,探讨了基本维修思路,总结了一些快速有效的检修方法.     

地面气温对微环境空间差异的响应——以漠河站为例

测站附近微环境条件对地面气温观测记录的影响目前还不清楚。本文对2010年漠河国家基准气候站地面观测对比试验数据进行了分析,得到如下结论:(1)年平均地面气温近障碍物点低于标准观测场内,但1、6月的月平均气温近障碍物点偏高;(2)06:00—17:00和21:00,近障碍物地点的气温偏低;18:00至次日05:00(除21:00),近障碍物点气温偏高;(3)春季各时次近障碍物点地面气温均偏低;夏季06:00—17:00近障碍物点气温偏低,18:00至次日05:00相反;秋季仅01:00、03:00、19:00、23:00近障碍物点气温偏高,其他时次相反;冬季07:00—19:00近障碍物点气温偏低,20:00至次日06:00相反。冷季近障碍物点气温偏低;暖季昼间近障碍物点气温偏低,夜间相反;(4)日最高、最低气温出现时间不同地点大体相同,最高气温近障碍物点偏低,最低气温近障碍物点偏高,但最高气温偏低绝对值大于最低气温偏高绝对值;(5)有雾情况下近障碍物地点的气温偏高几率大;雨雪多云天气近障碍物地点气温均偏低;晴朗的白天近障碍物地点的气温偏低,有风天气更明显;而晴朗的夜间近障碍物地点气温偏高,无风天气更明显;晴朗天气条件下,无风时近障碍物地点与观测场内气温差值大于有风时。结果表明,地面气温观测记录对台站观测场附近微环境改变十分敏感,微环境条件的变化将导致地面气温观测出现明显不连续性,对气候变化分析产生影响。     

北京地区大气环流型及气候特征

以北京地区为研究对象,应用Lamb-Jenkinson大气环流分型方法对1948-2008年的逐日平均海平面气压场进行定量计算环流指数。通过对27类逐日环流分型结果的统计分析得出：北京地区主导环流类型依次为A型、C型和SW型,其频率分别为23.8 %、15.4%和7.0%;A和C环流型频率均呈逐年上升趋势,但A型频率上升速度远大于C型;春季北京主导环流类型为A型和C型,夏季主导环流型为C型和SW型,夏季CSW型环流所占比例也较大,秋季和冬季为A型。通过主导环流型和北京气温、降水之间变化规律的分析可知：冬季在A型环流的控制下北京地区多为低温晴好天气;夏季在C型环流的控制下北京地区降水增多,在SW型环流的控制下北京地区降水偏少,而CSW型环流控制下北京地区呈现干热天气状态,2000年后尤为明显。