统计气候诊断与预测方法的重要性

主要论述现代气候诊断与预测业务和研究工作中，统计学方法的重要性。在理论上，系统的内在随机性及外在随机性几乎不可避免，气候具有概率性；从实践中看，历来许多重要观测事实的揭示往往都是通过统计学方法。文中以大量事实和理论观点证明统计气候诊断预测方法具有不可替代的重要作用。     

“98.7”武汉及其附近地区特大暴雨中若干观测事实的分析

利用高空和地面加密观测资料、常规观测报告及每小时GMS IR卫星云图, 分析了1998年7月20~23日出现在长江中下游各省的暴雨过程, 重点揭示发生在武汉及其附近地区特大暴雨的若干观测事实。研究指出, 造成该地区特大暴雨的直接影响系统是对流层中低层的中α尺度辐合中心, 该系统具有冷心结构特征, 它的上空对流层上部为暖心, 出现强烈的增温。高层扰动、地面流场的中小尺度扰动与暴雨增幅紧密关联。     

递归相似

为观测研究提出一种动力学模型。新模型将不依赖统计概念，也不依赖对象的任何先验的理论模型，因此它具有极大的一般性。递归相似是核心概念，由此产生邻域函数、跃度和演化相似等概念和可计算的指标，它们描述了观测序列的演化性态。从观测序列（向量的或函数的）重建动力系统是我们的总体工作，本文是这项工作中的独立部分。     

CHINA’S FOUR MAJOR METEOROLOGICAL SCIENTIFIC EXPERIMENTS

China lies in East-Asian monsoon region,which is one of the well-known active monsoon zones around the world.Monsoon anomaly results in frequent natural disasters,such as drought,torrential rain and flood.In 1998,joint intensified observations for 4 major meteorological scientific experiments have been carried out over Chinese major monsoon affected areas.A number of valuable data have been obtained and some observational facts have come out after initial analysis.The present paper is to give an introduction to the 4 major meteorological scientific experiments conducted in 1998 in China.including its origin and scientific goals,implementation and planning,equipment and progress,and initial findings from the important observational facts.It aims to provide a comprehensive report on the progress of the above experiments for those who are interested in.     

CHINA'S FOUR MAJOR METEOROLOGICAL SCIENTIFIC EXPERIMENTS

China lies in East-Asian monsoon region,which is one of the well-known active monsoonzones around the world.Monsoon anomaly results in frequent natural disasters,such as drought,torrential rain and flood.In 1998,joint intensified observations for 4 major meteorologicalscientific experiments have been carried out over Chinese major monsoon affected areas.A numberof valuable data have been obtained and some observational facts have come out after initialanalysis.The present paper is to give an introduction to the 4 major meteorological scientificexperiments conducted in 1998 in China.including its origin and scientific goals,implementationand planning,equipment and progress,and initial findings from the important observational facts.It aims to provide a comprehensive report on the progress of the above experiments for those whoare interested in.     

夏季副热带相当正压切变线的动力学性质

切变线风场除伴随温度锋区出现以外，也可以在夏季副热带大尺度弱环境风场中伴随狭窄、深厚的强对流加热带而出现。后者的结构是相当正压的（本文称为EBtSL）。除Rossby数Ro=O(du/dt)/f0U以外，决定带状准二维运动系统性质的另一个重要参数是H=(CZ/f0l)2，EBtSL的特点是在跨带水平尺度#Al#a收缩的同时，铅直尺度Z（无量纲）并不随之收缩，因而H～10（斜压锋面，H≤1）。在这种情况下，即使非绝热加热率比温度平流大一个量级，且Ro=10-1／2；O(|d→Va／dt)=10-1／2O(|d→Vg／dt)已不符合经典的地转动量近似，但仍旧能够成为排除重力-惯性波的准平衡运动系统。变化的欧拉时间尺度仍取决于平流，即EBtSL能持续地容纳特大的潜热释放（和降水）。本文给出EBtSL的发展方程和次级环流方程，讨论了EBtSL的基本动力学性质。这些结果把关于典型EBtSL的一系列观测事实逻辑地联系起来，并给予理论解释，表明EBtSL是一种特别有利于持续大暴雨的动力学结构。 典型的EBtSL是长江流域梅雨晚期自由大气层的切变线。其初生机制是低层干-湿气团界带紧南侧бθe/бy2负值最大轴附近的带状CISK。自由大气层中EBtSL形成后，在边界层维持着浅薄温度锋区。本文结合Arakawa-Schubert平衡理论，简要讨论了关于这种系统的动力学全貌。     

递归相似

为观测研究提出一种动力学模型。新模型将不依赖统计概念,也不依赖对象的任何先验的理论模型,因此它具有极大的一般性。递归相似是核心概念,由此产生邻域函数、跃度和演化相似等概念和可计算的指标,它们描述了观测序列的演化性态。从观测序列(向量的或函数的)重建动力系统是我们的总体工作,本文是这项工作中的独立部分。     

IPCC气候变化自然科学认知的发展

过去20年来,随着观测手段的改善、气候模式的进步以及分析方法的提升,人类对气候变化事实、原因和未来趋势的认识水平不断深化,进一步确认全球气候系统变暖是毋庸置疑的,人类活动是20世纪中叶以来气候变暖的主要原因,未来气候系统仍将继续变暖。IPCC评估报告极大地促进了气候变化自然科学的进展,并为适应和减缓气候变化奠定了坚实的科学基础。     

热带森林砍伐对气候的可能影响——国外研究综述

根据国外观测事实和数值试验研究，评述了砍伐热带森林对气候产生的可能影响。重点介绍了亚马孙河流域砍伐森林引起气候变化的数值研究结果。     

大尺度大气运动年际变化的数值研究

大尺度大气运动的流型和区域性气象要素随时间的演变,均具有比较清楚的年际变化。流型和要素年际变化的若干统计规律,正在长期天气预报和气候预报的业务中被广泛运用。目前,关于年际变化形成机理的问题已日益受到重视,这将为相应的预报方法提供动力学的理论基础。 气象要素(如地面气压)的年际变化往往用该要素多年时间序列的标准差来表征。各地时间序列的     

Application of Linear Thermodynamics to the Atmospheric System.Part Ⅱ: Exemplification of Linear Phenomenological Relations in the Atmospheric System

将边界层相似性理论同线性热力学理论结合，间接地以观测实验事实证明大气边界层内线性唯象关系是成立的，而且线性湍流输送系数同相应的线性唯象系数成正比关系。但实验事实表明，大涡对流的混合层线性唯象系数成正比关系。但实验事实表明，大涡对流的混合层线性唯象关系是不成立的，混合层内湍流输送过程是一种强的非线性过程。所以，对流边界层是一种远离平衡态非线性区的热力学状态。地转风和热成风是一种大气系统特有的动力过程和热力过程和交叉耦合现象，这是大气系统交叉耦合现象的一个实际例证。     

A THEORETICAL STUDY ON THE URBAN HEAT ISLAND EFFECT

The atmospheric thermodynamic equations are solved analytically to study the urban circulation caused by city heating.The perturbed flow and temperature fields are obtained and compared with observational facts from some urban boundary experiments.The agreement between the theoretical and observational results shows that this study may shed light on the physical characteristics of heat island circulation.     

DIAGNOSES OF THE SEVERE DROUGHT OVER YUNNAN AREA IN THE EARLY SUMMER OF 2005

High temperature and drought occurred in Yunnan province during the late spring and early summer in 2005, which was the most severe event in this region since 1950’s. Based on the observational data and relevant diagnoses, this extreme weather event was studied and discussed. The results show that the occurrence of this event could be due to the following observational facts that happened in 2005. (1) The seasonal adjustment of middle-high-leveled atmospheric circulation was delayed. (2) The cold air activity center was deviated north. (3) The onset of summer monsoon over South China Sea was delayed. (4) The tropical convection activity was much weaker than usual. (5) The subtropical high over the western Pacific was located southwestwards and relatively strong.     

大气环流持续异常的研究进展

对大气环流持续异常观测事实及其形成理论研究进行了比较系统的总结,并重要总结了自８０年代以来这一领域所取得的进展,最后简要地分析了尚存在的问题及不足。     

闪电先导随机模式的建立与应用

根据地闪先导发展特征,建立了一个闪电先导的二维随机模式,并模拟研究了下行先导与避雷针或地面的连接过程。模拟得到下行先导感应电荷的数量级为10-4 C/m;下行先导出现明显的分叉,且先导接近地面时分叉逐渐增多;模拟的连接过程形态呈现多样性的特点;建筑物上的避雷针在绝大多数情况下可以有效拦截闪电下行先导,但避雷针正上方的下行先导并不是百分之百击中避雷针,远离避雷针的下行先导仍有很大概率被避雷针拦截;在下行先导与避雷针水平距离一定的条件下,建筑物越宽越矮,避雷针有效拦截闪电先导的概率就越小。     

气象台站历史沿革信息及其对观测资料序列均一性影响的初步分析

气象台站历史沿革信息包含了可能影响气候资料序列均一性的重要信息, 是分析、检验、订正气候资料序列的科学参考依据。文章介绍了气象台站历史沿革信息的基本内容及我国气象台站变动的基本情况, 通过对气象观测资料比较分析, 说明台站迁移、环境变化、观测仪器类型以及观测时制改变, 直接影响到观测记录的比较性和连续性, 对长年代气候资料序列的均一性也有不同程度的影响。     

大同市空气污染对太阳辐射的影响

根据大同市辐射、日照条件变差、烟幕日数增多等事实，利用大同市1963—1987年地面实测的太阳辐射资料分析了大同空气污染对太阳辐射的影响及其长期变化情况。结果表明，到达地面的太阳辐射量的减弱与空气中混合污染物的影响有较密切的关系；空气污染对太阳辐射量减弱的逐年变化情况，与混浊度因子的变化有很好的相关关系。     

The GRAPES Variational Bias Correction Scheme and Associated Preliminary Experiments

The variational assimilation theory is generally based on unbiased observations. In practice, however, almost all observations suffer from biases arising from observational instruments, radiative transfer operator, precondition of data, and so on. Therefore, a bias correction scheme is indispensable. The current scheme for radiance bias correction in the GRAPES 3DVar system is an offline scheme. It is actually a static correction for the radiance bias before the process of cost function minimization. In consideration of its effects on forecast results, this kind of scheme has some shortcomings. Thus, this study provides a variational bias correction (VarBC) scheme for the GRAPES 3DVar system following Dee’s idea. In the VarBC scheme, the observation operator is modified and a new control variable is defined by taking the predictor coefficients as the control parameters. According to the feature of the GRAPES-3DVAR, an incremental formulation is applied and the original bias correction scheme is maintained in the actual process of observations. The VarBC is designed to co-exist with the original scheme, because it is a dynamic revision to the observational operator on the basis of the old method, i.e., it adjusts the model state vector along with the control parameters to an unbiased state in the process of minimization and the assimilation system remains consistent with available information automatically. Preliminary experimental results show that the mean departures of background-minus-observation and analysis-minus-observation are reduced as expected. In a case study of the heavy rainfall that happened in South China on 11–13 June 2008, the 500-hPa geopotential height is better simulated using the analyzed field from the VarBC as the initial condition.     

熵流与大气系统的演变

熵流是大气耗散结构理论的核心概念。作者从强天气现象观测事实分析与理论研究两个方面入手，讨论了熵流与大气系统演变的关系。前者主要涉及美国近50年龙卷、雷暴大风和冰雹事件的时间演变，后者从Gibbs关系出发导得熵平衡方程，并对一个强天气系统台风麦莎（2005）进行熵流分析，从而揭示出熵作为一个热力学无序度的度量对大气系统的适用性。研究显示，负熵流有助于大气系统的发展，而大气圈作为一个整体将朝着愈益背离平衡态的高度组织化的方向演变。     

观测资料与模式的协调性对同化效果的影响

针对资料同化时模式与观测资料不协调导致的同化失效问题, 利用国家气候中心NCCo简化海气耦合模式, 基于一种提取观测资料中与模式相协调信息分量 (也称模式可协调信息) 的资料重构方法, 探讨了观测资料和模式的协调性对资料同化效果的影响。结果发现: 利用简单海气耦合模式同化海表温度距平资料时, 由于模式与资料不匹配使同化后的初始场中产生与模式动力特征不协调的小尺度扰动, 这些小扰动在预报阶段会迅速增长, 污染预报结果, 使得预报失败。研究还发现, 无论在耦合或不耦合同化形式下, 对海温资料中的模式可协调分量进行同化时, 预报效果明显好于对原观测资料的同化。其缘于对观测海温中模式可协调信息分量同化生成的初始场中, 消除了与模式动力特征不协调的小尺度扰动, 突出了原始资料中与模式协调的ENSO尺度信息分量, 改善了初始场与模式的协调性, 从而提高了模式的预报技巧。