并行效率的初步研究

用有限区域中尺度差分网格模式，采用分区域并行计算方法，在TRANSPUTER并行计算机上研究大规模并行计算中计算问题复杂度与并行计算效率的关系。结果表明，采用适当的并行计算法，增加处理机个数和计算问题的复杂度可使并行加速比增大；并行效率则随着处理机个数的增加而降低，随着计算问题复杂度的增加而提高；大规模并行计算能明显地提高计算速度，很适合于解决大量计算的问题，在数值预报方面具有广阔的发展前景。     

1992年16号台风的数值研究

利用北京大学地球物理系暴雨监测与预报国家重点实验室发展的有限区域数值预报模式，对１９９２年１６号台风进行了１２ｈ数值模拟。时间是从８月３１日１２时（世界时）到９月１日００时。结果显示：模式预报的台风和实际台风的移动方向一致，移动距离相当。模式清楚地预报出了由台风倒槽所造成的强降水。这表明模式对台风路径、台风降水等都有较强的预报能力。还进行了对比实验，研究地形和积云对流等对登陆台风发展和降水的影响。结果表明：地形对台风的位置和降水有重大影响，积云对流除了对台风强度有影响之外，对台风环流的位置和台风的移动速度也有影响。     

下垫面特性突变时的内边界层数值研究

本文建立了一个考虑层结的二维内边界层数值模式,研究了下垫面粗糙度、温度、湿度突变引起的内边界层。结果表明:下垫面温度突变引起的温度内边界层与下垫面粗糙度突变引起的速度内边界层具有明显的差异。     

巢湖对周边城市热环境影响的模拟研究

应用WRF模式,耦合考虑室内外大气能量交换的多层城市冠层模式BEP+BEM(building effects parameterization and building energy model),对2016年7月24—26日巢湖地区的一次夏季高温过程进行模拟。结果表明:巢湖表面的日间气温较周围陆地低4~5℃,巢湖的存在使合肥、巢湖两地日间平均近地面气温分别下降了0.18℃和0.28℃;巢湖对城市热岛的垂直发展有日变化特征,日间随着湖陆温差的增大与减弱,城市热岛得以发展与削弱,夜间有无巢湖的影响趋于减弱;巢湖的存在使合肥边界层高度最多下降约200 m,巢湖市下降约310 m。     

地形影响沙尘传输的观测和模拟研究

文中基于观测资料和数值模拟方法,研究了东亚地形对中国沙尘传输的影响,结果表明:东亚地区沙尘天气多发区主要位于中国南疆盆地和内蒙古西部及蒙古南部.南疆盆地沙尘天气集中在盆地南缘;而蒙古、内蒙古西部沙尘天气主要出现在沙漠腹地.青藏高原东北侧到黄土高原中部是沙尘天气次多发区.蒙古、内蒙古西部沙漠腹地多发区的形成不仅由于这里提供了丰富的沙源,同时也具备了沙尘暴迅速增强的条件:阿尔泰-萨彦岭南侧的峡谷地形强迫形成峡谷急流,明显增强了该区域地面风速;萨彦龄山地南坡携带大量沙尘的向南下坡气流遇到东-西向的峡谷气流时受到阻挡形成聚集;同时,这一地区起伏的地表产生的地形波加强了地面起沙.这种大量沙尘在大气中聚集之后再进行传输的特征可以视为在大气中形成了沙尘"中继站".导致沙尘进一步向东输送的地形因素是阿尔泰-萨彦岭山地南侧的峡谷地形,而萨彦岭山地南坡的下坡气流和青藏高原东北侧的地形强迫绕流是导致沙尘向南输送的原因.由于青藏高原地形绕流的强大以及冷锋过程的相对频繁使得沙尘的向南输送更为强盛,这也是青藏高原东北侧沙尘天气多发区的形成原因.     

一次热带风暴造成辽宁暴雨的数值模拟研究

利用非静力平衡的中尺度模式MM5V3,对1997年8月20日Winnie台风减弱的热带风暴,进行了48h数值模拟。结果表明：MM5不仅比较好地模拟出高空形势场,还成功地模拟出了强降水的时间和强度。应用模拟出的物理量对这次过程进行了诊断分析,并对暴雨形成机制进行了讨论。     

大气环境数值模拟研究新进展

近五年来,中国科学院大气物理研究所(简称大气所)在大气环境数值模拟方面取得了丰硕的成果,通过自主发展和引进,建立了完备的多尺度、多成分的大气环境数值模式,包括全球大气化学输送模式、区域和城市空气质量预报模式。大气所利用这些模式研究各种空间尺度上污染物浓度时空分布以及污染物的输送和演变,研究了多种污染过程的成因和污染变化规律,在污染物输送、低对流层臭氧高污染、区域及城市污染等方面取得了很多成果,并对区域或城市空气质量进行业务化实时预报。大气所还拓展了我国大气环境模拟研究的新领域:大气化学资料同化、污染模式集合预报、污染源反演新方法。初步建立了空气质量模式的资料同化系统(分别基于最优插值技术和集合卡曼滤波技术)和多模式集合预报体系,提高了模式预报水平;在污染源反演新方法方面进行了初步的探索。结合我国目前仍然面临着的大气环境问题,对今后大气环境数值模式的发展方向进行了展望。     

西太平洋区域二甲硫酸及其他硫化物的模拟研究

本文利用一维光化学模式，以二甲硫醚（ＤｉｍｅｔｈｙｌＳｕｌｆｉｄｅ，简称ＤＭＳ）为源模拟了西太平洋对流层的硫化物循环。ＤＭＳ海－气通量由“ｓｔａｇｎａｎｔ－ｆｉｌｍ”模式进行计算。尽管海洋大气中ＯＣＳ浓度比ＤＭＳ大一个量级，但它对ＳＯ２的贡献很小，ＤＭＳ仍是海洋大气中ＳＯ２的主要源。在大气垂直湍流输送过程中，ＤＭＳ白天与ＯＨ反应，夜间与ＮＯ３反应被氧化成ＳＯ２，ＳＯ２大部分通过非均相转化形成Ｈ２ＳＯ４。模拟结果与ＰＥＭ－ＷＥＳＴ－Ａ观测资料对比，取得了较好的一致性。     

阳江复杂地形对特大暴雨影响机理的数值研究

采用中尺度天气预报模式WRF (Weather Research Forecast)对广东省阳江地区2019年5月26日00时—28日00时暴雨事件进行数值模拟,并通过一系列的地形敏感试验,讨论地形对暴雨发生和发展的影响。结果表明:地形对暴雨的影响显著,地形的高度影响暴雨的强度和位置;与未作任何改变的控制试验相比,地形降低试验和细网格地形高度取平均试验无山脉的阻挡,阳江地区无爬流和绕流运动及相对涡度减小,南风将低层水汽和能量带到更北的位置,暴雨中心随之北抬;增高地形试验,由于山脉阻挡,更多水汽和能量堆积,以及地形的阻挡产生绕流和爬流运动,绕流有利于局地涡旋生成,爬流运动会增加垂直运动速度,正涡度中心增强,低层的水汽辐合上升凝结,造成更大暴雨。      

风能资源评估技术方法研究

全球性的能源危急和气候变化,驱动了风力发电在世界范围内迅速发展,搞清风能资源是大规模发展风电的关键步骤。文中首先回顾了近10年来开展风能资源评估的技术方法发展历程,阐述了数值模拟技术的应用对风能资源评估技术方法的发展所起的重要作用。风能资源的数值模拟可以给出风能利用高度上的风能资源分布;可以模拟出基于气象站观测资料的统计分析无法找到的风能资源;可以弥补海上测风资料不足的缺陷,进行海上风能资源的评估。文中运用中国气象局的风能资源数值模式系统地对江苏省和青海省的风能资源分布进行了高分辨率的数值模拟,并采用气象站观测资料对数值模拟结果进行了检验,结果表明数值模拟可以较准确地模拟区域风能资源的分布趋势,但在风速值大小会有系统性偏差,需要有测风塔观测资料对数值模拟结果进行订正,说明了数值模拟技术与风能资源测量相结合是风能资源评估的有效技术手段。最后对中国风能资源数值模拟技术的发展进行了展望,表明了中国风能资源的开发利用对自主发展小尺度数值模式的迫切需求。     

台风环流对远距离暴雨水汽输送影响研究

利用NCEP再分析资料,结合WRF模式对2008年7月17—19日发生在山东省的台风远距离暴雨水汽输送过程进行分析。结果表明：台风环流不仅有利于低纬度西太平洋水汽输送到山东内陆地区,而且迫使来自孟加拉湾的气流强度和方向发生变化,进而对远距离降水强度和持续时间产生重大影响;台风环流对鲁东南地区的水汽贡献远大于鲁西南地区,移除台风环流能间接地增强鲁西南地区的水汽供应;台风环流使远距离降水区水汽辐合范围集中,辐合强度增强,从而增强降水强度。     

副热带高空急流的非地转平衡特征

利用数值模式的高分辨率模拟结果研究了夏季东亚副热带西风急流短期强度变化过程中的非地转平衡特征。结果表明,急流区为非地转风的正值区,最大值区域位于急流中心北侧,主要的负值区位于急流入口区附近。急流核南侧非地转风呈反气旋式切变,入口区呈反气旋式切变,入口区北侧和出口区北侧有弱气旋式切变。非地转风对急流的强度变化及其程度均有一定的指示性,地转偏差与急流短期强度的变化有密切的联系。最大偏差风的变化超前于纬向风的变化约6h。非地转风涡度的分布存在着中尺度的特征：极值区域大小只有中尺度的范围,且正负相间。中尺度涡度极值区主要集中于3个区域：太行山脉、长白山脉以及日本本州岛。这3个区域均对应于高度超过1000m的中尺度地形区域,高空急流的非地转涡度大值区与中尺度地形对应相关。中尺度降水区分别与非地转风涡度极值密集区相对应。     

东风急流对孟加拉湾热带气旋Nargis初始涡旋形成的影响

利用NCEP-CFSR(National Centers for Environmental Prediction Climate Forecast System Reanalysis)再分析资料和WRF模式,研究了2008年4月孟加拉湾热带气旋Nargis的初始涡旋的形成过程。结果表明:受到印度洋赤道西风急流爆发及其伴随的东传MJO事件的影响,Nargis的初始扰动生成于苏门答腊岛北部地区。另外,源于中纬度地区经南海进入孟加拉湾的东风急流(4月22—25日)对Nargis初始扰动发展到热带低压起到了重要的作用。东风急流及其携带的冷空气使得孟加拉湾东部海洋向大气输送的感热通量迅速增加,低层大气的有效位能通过非绝热加热获得能量,并向总动能转化,从而近海表涡旋性环流得到增长,Nargis初始扰动向西北移动并最终发展为热带低压。数值试验结果进一步证实了东风急流对Nargis初始涡旋生成的作用,如果没有东风急流的出现,Nargis初始扰动将不能北上发展成为热带低压。     

A case study on the role of water vapor from Southwest China in downstream heavy rainfall

Based on the observation data analysis and numerical simulation, the development of an eastwardmoving vortex generated in Southwest China during the period 25 27 June 2003 is studied. The water vapor budget analysis indicates that water vapor in the lower troposphere over Southwest China is transported downstream to the Yangtze and Huaihe River valleys by the southwesterly winds south of the vortex center. A potential vortieity （PV） budget analysis reveals that a positive feedback between latent heat release and low-level positive vortieity plays a vital role in the sudden development and eastward movement of the vortex. Numerical simulations are consistent with these results.     

三江源地区暴雨的水汽输送源地及路径研究

利用NCAR/NCEP再分析数据,首先分析了 2018年7月22-23日(简称"0722")和8月2-3日(简称"0802")三江源地区两次暴雨天气过程的天气形势和水汽输送特征,然后用WRF模型输出数据驱动HYSPLIT模型,定量分析两次暴雨的水汽输送路径及各路径的水汽贡献率.研究表明:两次暴雨的主要影响系统均为三江源...     

东亚副热带高空急流短时间尺度增强的机理研究

本文利用中尺度非静力模式WRF输出的高时空分辨率模拟资料研究了东亚副热带高空急流(EASJ)短时间尺度强度变化特征,并结合大气运动方程解释了EASJ增强的可能机制。结果表明,在6 h时间间隔内,急流区纬向风增量的水平尺度大于2 000 km。急流轴北侧高频扰动较少,南侧出现大量高频扰动,相应地,急流轴北侧纬向风大尺度整体增强,而急流轴南侧纬向风增量正值区中还存在水平尺度为几百公里的负值区。高频扰动的周期约为1～6 h,向东传播速度为20～40 m·s-1,与惯性重力波相似。造成EASJ短时间尺度增强的主要物理因子为水平平流作用和非地转效应。水平平流项和非地转项量级相同,但变化趋势几乎相反。两者之和的量值与纬向风局地加速度项相近。此外,垂直平流作用对EASJ强度变化也有一定贡献。     

一次高空急流增强过程中的中尺度扰动和动量输送特征

本文利用中尺度数值模式的高分辨率模拟结果,研究了夏季东亚副热带西风急流一次短时间尺度强度变化过程中的中尺度西风扰动特征和相应的动量输送特征。结果表明,此次急流强度短时间尺度变化以急流轴线为界,北侧增强,南侧减弱。急流整体增强和急流内部中尺度西风扰动的积累效应有关。急流入口区(出口区)南侧主要为西风动量水平通量辐散区(辐合区),北侧为辐合区(辐散区),西风动量水平辐合辐散区的水平尺度只有百公里左右,也属于中尺度范围,并且辐合辐散区一般位于地形坡度较大区域上空。西风动量的垂直输送与西风动量水平通量散度分布几乎一致,但数值小一个量级以上。     

水汽对梅雨期切变线大暴雨影响的数值试验

利用WRF （Weather Research Forecasting）中尺度数值模式对2010年7月12—13日梅雨期影响江苏的江淮切变线大暴雨过程进行数值试验,重点研究切变线南侧水汽强度、垂直厚度和输送位置变化对降水发生、发展的影响,并揭示湿位涡对江淮切变线降水的指示性。结果表明：对流层高层水汽对降水强度和雨带分布影响较小;中层水汽对整体雨带形态的维持起了重要作用;低层水汽强度的变化主要对大暴雨区域及大暴雨中心降水强度存在影响;而水汽输送位置离切变线越近越有利于暴雨的发生发展。同时,切变线南侧水汽变化对江淮切变线和西南风低空急流发生发展,以及相关高低空散度和上升运动也存在影响,切变线南侧水汽供应越充足、水汽强度越强、水汽柱愈深厚、输送位置离切变线越近,则高低空散度发展耦合愈充分,垂直上升运动愈旺盛,切变形势及切变线上低涡越活跃,相应的降水强度越强、雨带分布越宽阔连续。分析发现湿位涡（Moist Potential Vorticity,MPV）对江淮切变线降水有较好的指示性,且以正压项MPV1的影响和指示为主。MPV1负峰值的出现指示降水峰值出现,当MPV1 <-1.5 PVU时,切变线附近有小时降水量大于20 mm的短时强降雨发生。在MPV1<0条件下,若︱MPV2︱>0.05 PVU且尤其当MPV2>0时,降水强度明显增强,而MPV1为负、MPV2为正维持时间越久、︱MPV1︱和︱MPV2︱峰值越大,则江淮切变线降水持续时间越久、强度越强。     

边界层急流与北京局地强降水关系的数值研究

应用3 km分辨率的中尺度模式,成功模拟出了2005年8月3日凌晨北京地区一次局地强降水过程,在此基础上探讨了地形热力作用和局地强降水与边界层急流的关系,结果表明,局地强降水与边界层急流之间存在正反馈作用,降水过程通过改变局地大气温度场的分布,导致边界层气流加速和急流的形成。而边界层气流的加速又加强了急流前方的风速辐合,为降水提供更多的水汽和更有利的动力条件。     

2011年6月江西省北部一次大暴雨天气过程成因分析

利用常规气象观测资料、高时空分辨率TBB资料以及NCEP/FNL再分析资料,对2011年6月14—15日江西省北部梅雨锋暴雨过程进行了天气分析。同时,利用中尺度数值模式WRF对此次梅雨锋暴雨过程进行数值模拟,分析暴雨的中尺度系统结构特征。结果表明:稳定的环流形势下,500 h Pa低槽后部冷空气与强盛的西南暖湿气流在江南北部持续对峙,使得暴雨区稳定维持在江西省北部。低层充沛的水汽供应、强的热力不稳定及强烈的天气尺度、中尺度辐合和地形抬升是此次暴雨产生的有利环境场和触发条件。锋区及其附近的锋生过程与强降水密切相关,冷暖气流在地面至对流层中低层的交馁,激发正涡度柱沿锋区倾斜爬升,强烈的上升气流穿越锋区激发大量不稳定能量释放。超低空急流的脉动和稳定维持为暴雨发生的有利水汽输送机制,高低空水平距离的缩短有利于高低空急流的耦合、垂直运动的发展和降水强度的加强。强降水区上空β中尺度对流扰动在冷、暖气流对峙区内不断生成、发展、东移,加之局地地形等作用致使大暴雨的发生。