初夏季风期中国大陆上热量与水汽的收支

利用天气尺度的控空与地面资料来计算１９８７、１９８８处１９８９年梅雨期前与梅雨期中国大陆上的热源与水汽汇。     

2008年夏季风期间西沙海域海-气通量交换及热量收支

2008年4—10月在中国南海西沙永兴岛近海进行了第4次海-气通量观测试验,获得了整个夏季风期间近海面层湍流脉动量及辐射、表层水温、波浪及距水面3.5、7.0、10.5m高度温、湿、风梯度观测资料,根据涡动相关法和COARE3.0法计算结果研究了2008年南海西南季风爆发、发展、中断、衰退包括暴雨、台风、冷空气影响等天气过程中海-气通量交换和热量收支变化。结果表明:(1)季风爆发前的晴天太阳总辐射强,而海洋失热量较小,热量净收支为较大正值,海面温度迅速升高。季风爆发期太阳总辐射仍然较强,大气长波辐射也有所增强,而海面长波辐射变化很小,故海面净辐射收支仍为正值;(2)季风活跃期特别是降水阶段感热通量增大,季风中断阶段变小;季风活跃期虽然潜热通量增大,由于太阳短波辐射没有减少,海洋净热量收支稍有盈余;中断阶段潜热通量、感热通量减少,海洋吸热大于季风活跃期;降水阶段由于太阳短波辐射减小,感热通量增大,海洋热量收支出现较大负值,海面温度很快降低。季风衰退期风力减弱,湿度减小,潜热通量减小,海洋热量收入又出现较大正值,海面温度回升;(3)台风影响过程中潜热通量随着风速增强迅速增大;感热通量因降水情况不同而有差异,晴天时减小,大雨时剧烈增大;由于太阳短波辐射减少、潜热通量剧增,海洋热量净收支出现负值,促使海面温度迅速降低;(4)动量通量主要与海表面风速有关;动量通量τ与风速V的关系可以表示为τ=0.00171v~2-0.003809v+0.02213。     

“93.5”黑风暴发展期中尺度期热量和水汽收支诊断

１９９３年５月４－６月（“９３．５”）在我国西北地区发生了一次极具破坏力的“黑风暴”。为了诊断这次黑风暴发展期的热量和水汽收支，使用了具有高分辨ＰＢＬ，参数化及４０ｋｍ经网格的ＭＭ４对该例控制模拟的输出资料和热量与水汽睡支方程，对视热源（Ｑ１）和视水汽汇（Ｑ２）的诊断结果指出，Ｑ１的垂直积分在黑风暴的前部和后部分别呈现一条显著的加热带和冷却带，在黑风暴区，Ｑ１和Ｑ２的区域平均垂直廓线揭示，黑风暴Ｑ     

“93.5”黑风暴发展期中尺度期热量和水汽收支诊断

１９９３年５月４—６日（“９３．５”）在我国西北地区发生了一次极具破坏力的“黑风暴”。为了诊断这次黑风暴发展期的热量和水汽收支，使用了具有高分辨ＰＢＬ参数化及４０ｋｍ细网络的ＭＭ４对该例控制模拟的输出资料和热量与水汽收支方程。对视热源（Ｑ１）和视水汽汇（Ｑ２）的诊断结果指出，Ｑ１的垂直积分在黑风暴的前部和后部分别呈现一条显著的加热带和冷却带。在黑风暴区，Ｑ１和Ｑ２的区域平均垂直廓线揭示，黑风暴的Ｑ１加热主要发生在对流层的上部，而其中部加热主要出现在发展初期；与Ｑ１相应，Ｑ２在低空和中空分别发生明显的增湿变冷和变干加热。这些结果不仅与因黑风暴过程而观测到的强剧强降温率一致，而且也为改进和发展用于模拟和预报黑风暴的中尺度数值模式提供了一些物理依据     

热带西太平洋海-气热量通量研究 II. 热带气旋状况下海-气热量交换的特征

本文根据TOGA研究计划第1，2，3，8个航次考察结果，计算了热带西太平洋海-气热量交换值。研究结果表明:在热带气旋环流内海-气界面热量交换非常强烈，在双子台风环流内Qk出现负值，在台风环流内Qe也出现减弱现象。1986/1987年El Ni?o事件发生后，热带中太平洋水温异常增暖，热带西太平洋西部洋域表层水也在增暖，但是，热带西太平洋洋域海-气界面间热量交换反而减弱。西风爆发首先出现在中太平洋热带洋域，然后逐渐往西扩展。     

青藏高原牧区大雪期间的水汽和热量平衡

本文通过对１９９６年１月青藏高原牧区大雪期间的水汽和热量收支的计算，分析了大雪期间对流活动的作用和贡献，并与其他地区夏季暴雨期间的能量平衡进行了比较。结果表明，二者都只有一个无辐散层和整层维持上升运动，不同的是降雪期间：１）视水汽汇气柱平均潜热加热率要小得多；２）视水汽汇和视热源的垂直分布差异较大；３）次网格尺度涡动垂直输送主要发生在对流层顶附近     

1998年夏季HUBEX/GAME期间热量和水汽收支

使用1998年夏季高分辨率的GAME再分析资料，通过计算热量和水汽收支，分析了江淮梅雨的热力和动力特征。梅雨期间，江淮整个地区为强热源及水汽汇控制，并伴有强上升运动。热量和水汽收支计算表明，非绝热加热主要是降水产生的凝结潜热释放，地面感热和蒸发耗热均较小。江淮梅雨降水是对流云和层状云共同产生的混合性降水。子波分析显示，热源、水汽汇和垂直运动有相似的时间变化和多尺度特征。江淮梅雨期间，周期约为6天的天气尺度扰动以及周期约为2天和12小时的中尺度扰动同时发展，使江淮地区产生暴雨，亚引起了热源、水汽汇和上升运动的最大值，对此中尺度扰动起了主要作用。     

1998年夏季HUBEX/GAME期间热量和水汽收支(英)

By using the high-resolution GAME reanalysis data, the heat and moisture budgets during the period of HUBEX/GAME in the summer of 1998 are calculated for exploring the thermodynamic features of Meiyu over the Changjiang-Huaihe (CH) valley. During the CH Meiyu period, an intensive vertically-integrated heat source and moisture sink are predominant over the heavy rainfall area of the CH valley, accompanied by strong upward motion at 500 hPa. The heat and moisture budgets show that the main diabatic heating component is condensation latent heat released by rainfall. As residual terms, the evaporation and sensible heating are relatively small. Based on the vertical distribution of the heat source and moisture sink, the nature of the rainfall is mixed, in which the convective rainfall is dominant with a considerable percentage of continuous stratiform rainfall. There are similar time evolutions of the main physical parameters(〈Q1〉,〈Q2〉,and vertical motion ω at 500 hPa).The time variations of〈Q1〉and〈Q2〉are in phase with those of -ω500, and have their main peaks within the CH Meiyu period. This shows the influence of the heat source on the dynamic structure of the atmosphere. The wavelet analyses of those time series display similar multiple timescale characteristics. During the CH Meiyu period, both the synoptic scale(～6 days) and mesoscale (～2 days and ～12 hours) increase obviously and cause heavy rainfall as well as the appearances of the maxima of the main physical parameters. Among them, the mesoscale systems are the main factors.     

1998年南海季风试验期间海 气通量的估算

根据1998年南海季风试验西沙海面铁塔梯度观测资料，利用总体（Bulk）系数法和多层结通量廓线法对西沙海面的海-气通量进行了估算，得出两种方法估算的潜热通量、感热通量基本一致。总体系数法估算的潜热通量比多层结通量廓线法略大1～3 W·m-2，感热通量小0～1.5 W·m-2。一般而言，季风爆发期间潜热输送逐渐增加；季风爆发前期夜间潜热通量比季风爆发后期大；季风爆发后期，白天潜热通量明显大于爆发初期和中期。感热通量季风爆发前海面向大气输送，爆发后期大气向海面输送。动量通量和摩擦速度随风速增加。     

我国南方MCC的涡度、水汽和热量收支平衡

采用合成分析方法 ,将我国南方中尺度对流复合体的生命史划分为 7个子阶段 ,详细探讨MCC演变过程中的涡度、水汽和热量收支平衡演变特征 ,着重分析了中小尺度系统在MCC过程中的作用。结果表明 :( 1)在MCC过程中 ,中γ尺度和中 β尺度系统活动是引起涡度不平衡的重要原因。( 2 )在MCC初始阶段有中小尺度对流系统消耗MCC的水汽、热量而积极活动 ,造成MCC的视热汇、视水汽汇。成熟阶段的源区域表明有中小尺度系统的活动造成MCC的视热源、视水汽源 ,这是MCC具有长生命史的原因。MCC后期 ,中小尺度对流系统活动造成的视水汽汇和视热汇 ,与有利的大尺度天气条件的逐渐消亡 ,使MCC渐渐消失。 ( 3 )MCC的形成和启动受大尺度环境场的控制 ;一旦MCC开始活动 ,对流层低层、中层的中尺度对流系统活动对MCC的发展与持续过程有十分重要的作用 ;在MCC前期 ,中小尺度对流活动消耗MCC的总能量而启动 ;在成熟阶段中小尺度对流活动释放总能量造成了MCC的长生命史 ;MCC后期 ,大形势发生改变 (如位势不稳定度的变化等 ) ,积云对流活动和(或 )中尺度对流活动的作用与大尺度形势趋势一致 ,致使MCC消亡。 ( 4 )在MCC前期 ,潜热释放是主要加热因子 ;而后对流垂直输送水汽和热量的作用比对流凝结加热的作用大。     

北太平洋海气界面湍流热通量的年际变化

本文采用美国伍兹霍尔海洋研究所客观分析海气通量项目提供的1958～2006年月平均的湍流热通量及相关气象场数据, 利用EOF分析、小扰动方法、线性回归、相关分析等方法研究了北太平洋海气界面湍流热通量年际变化的时空特征、 影响因子及其与大气环流的关系。结果表明, 北太平洋湍流热通量的年际变化在冬季最为显著。我国东部海域及其向中东太平洋的延伸部分为冬季潜热通量和感热通量年际变化的关键区。冬季潜热通量的年际变化在副热带太平洋和菲律宾海域主要受风速变化影响, 在北太平洋的高纬和低纬海域尤其是赤道中太平洋主要受比湿差变化影响, 而冬季感热通量的年际变化在整个北太平洋都主要受海气温差变化影响。受大尺度环流影响, 异常低压中心的东 (西) 侧海气比湿差和海气温度差偏小 (偏大), 所以异常低压中心的东 (西) 侧潜热输送和感热输送偏弱 (偏强)。     

郑州冬麦田底墒推算方法初探

根据1991～1996年郑州冬小麦播种前0～200 cm的土壤水分观测资料,应用3次多项式模拟了底墒的垂直分布。结果表明土壤水分随土层深度增加的变化趋势,0～50 cm土壤水分与0～200 cm的底墒相关达到0.01显著水平,可以用0～50 cm土壤水分推算0～200 cm土层底墒。     

海表动量和热量通量的数值模拟

本文分析了用IAP两层大气环流模式模拟的海表动量和热量通量,并将其同Han等和Esbensen等的气候资料比较.模拟的热量通量与观测估计值有类似的水平分布和季节变化,但在中低纬地区有偏多的热量由海洋向大气输送,尤其1月北半球中纬大气需要从海洋获得过分多的热量;模拟的海表动量通量和气候估计值也类似,但模拟的北半球冬季中高纬西风动量通量中心位置偏东,赤道中西太平洋和大西洋的东风动量通量偏弱,南半球环绕南极的西风带模拟得过分弱(尤其在7月份).本文还检验了基本变量的日变化和日际变化对计算海表动量和湍流扩散热量通量的影响,结果表明用月平均,日平均和每小时的基本量计算的动量和湍流扩散热量通量依次增大,尤其在中高纬地区更明显.     

中国西北区西部土壤湿度及其气候响应

利用中国西北区西部7个农业试验站1981—2001年0~40 cm的土壤湿度、降水、气温、水面蒸发和相对湿度观测资料,分析了逐站土壤湿度的月变化、年际特征及其气候响应。结果表明:(1)7站土壤湿度月变化分为平稳型和波动型;新疆各站土壤湿度沿垂直方向年际变化比较一致,但青海2个测站上下层趋势基本相反;新疆各站整层年际变化相对较大,而青海2个测站年际变化相对稳定;土壤湿度年际变化总体趋势随深度增加而减小。(2)进入20世纪90年代,多数站点土壤明显干化,个别站还存在突变现象,土壤湿度与气温有着显著的负相关。(3)土壤湿度和气候因子之间存在相互响应,土壤湿度与气温普遍存在负相关,土壤湿度与降水之间总体响应不明显。     

冬季中国东部海区热通量变化与中国气温降水的关系

利用OAFlux月平均热通量、NCEP/NCAR（1958—2006年）再分析和全国160个站的月降水、气温等资料,采用相关分析、合成分析等方法,分析了中国东部海区海气界面热通量变化特征及其与中国冬、春季降水、气温的关系。研究表明,中国东部海区为潜热通量和感热通量年际变化的关键区,冬季变化最为显著,具有明显的年际和年代际变化特征,热通量的增强趋势明显。热通量的年代际变化与同期冬季中国华南降水存在明显正相关,与华北降水存在负相关、与气温存在显著正相关。1983年气候突变前热通量年际变化与同期中国长江下游地区降水有很好的负相关。突变后热通量年际变化与同期淮河流域降水存在显著负相关;与后期春季中国两河流域降水存在显著负相关,与两河流域气温存在显著正相关。     

A Variational Method for Estimating Near-Surface Soil Moisture and Surface Heat Fluxes

A variational data assimilation method is proposed to estimate the near-surface soil moisture and surface sensible and latent heat fluxes.The method merges the five parts into a cost function,i.e.,the differences of wind,potential temperature,anti specific humidity gradient between observations and those computed by the profile method,the difference of latent heat fluxes calculated using the ECMWF land surface evaporation scheme and the profile method,and a weak constraint for surface energy balance.By using an optimal algorithm,the best solutions are found.The method is tested with the data collected at Feixi Station (31.41°N,117.08°E) supported by the China Heavy Rain Experiment and Study (HeRES) during 7-30 June 2001.The results show that estimated near-surface soil moistures can quickly respond to rainfall,and their temporal variation is consistent with that of measurements of average soil moisture over 15-cm top depth with a maximum error less than 0.03 m~3 m~(-3).The surface heat fluxes calculated by this method are consistent with those by the Bowen ratio method,but at the same time it can overcome the instability problem occurring in the Bowen ratio method when the latter is about-1.Meanwhile,the variational method is more accurate than the profile method in terms of satisfying the surface energy balance.The sensitivity tests also show that the variational method is the most stable one among the three methods.     

On the Variability of the Fluxes of Momentum and Sensible Heat

Direct measurements of the air–sea turbulent fluxes of momentum and heat, along with surface currents, waves and supporting meteorological variables, were acquired during a recent field campaign. Surface currents, measured from a very high frequency radar, were found to steer the stress away from the mean wind direction. Although this effect has been reported in a recent scatterometer study, this is the first time it has been observed in an in situ study with co-located flux, wind and surface current measurements. Data collected during a week of stationary conditions are used to investigate and quantify the sampling variability of the air–sea fluxes of momentum and sensible heat.     

中国东部水分收支的初步分析

利用中国160站降水资料、中国气象局提供的探空资料、NCEP/NCAR提供的再分析资料(简称NCEP资料)和ECMWF提供的再分析资料(简称ERA40资料), 根据水汽平衡方程, 估算了1990～1999年中国东部的陆表水分收支, 分析了华北、 长江流域和华南三个典型区域的陆表水分收支, 同时对NCEP、ERA40资料在东亚地区的陆表水分收支进行评估。结果表明, 在中国东部区域, 年平均和夏季是水汽汇区, 冬季降水与蒸发基本平衡;华北在年平均、夏季以及冬季均为水汽源区;长江流域在年平均、夏季及冬季均为水汽汇区;华南在年平均和冬季为弱水汽汇区, 夏季为水汽源区。两套再分析资料基本揭示出了上述特征。就区域平均的蒸发和降水的年际变化而言, 两套再分析资料的结果与观测都存在显著相关, 但估算的蒸发NCEP好于ERA40; 相对于气候态的定量比较而言, 由两套再分析资料得到的陆表水分收支距平(即降水减去蒸发的距平)的年际变化基本与观测一致。