中期预报模式中云预报问题

本文作者是云参数化方面的权威人士。几个有影响的模式,如ECMWF、英国气象局GCM及美国NCAR GCM模式中都用了她的云量参数化方案。本文是1987年10月19—23日在美国哥伦比亚召开的“气候中的云”讨论会上的特邀报告。它全面综述了云在大气环流演变过程中的作用,以及中期数值预报模式中的各种云预报方法。比较了各种方案的优缺点及其检验方法。最后讨论了现行方案的主要问题和今后的发展方向。     

气候模式中云的垂直重叠及其辐射传输问题研究进展

概述了全球气候模式中云的垂直重叠的处理方法及其辐射物理过程的最新研究进展。从云垂直重叠模型的构造、模型在气候模式中的实现方式,得到与观测一致的云重叠结构所采用的数据和方法、重叠云的辐射传输等方面,给出了针对这一国际研究难点问题的最新研究进展。关于气候模式中云的垂直重叠问题的研究至今已取得了许多成果,表现在:重叠模型上有了更为科学的描述形式(如指数衰减重叠);重叠云的辐射传输也有了更快速的处理方法(如蒙特卡洛独立柱近似)并被广泛应用;连续的三维云遥感观测(如CloudSat/CALIPSO)和云分辨尺度的三维云模式的发展为在气候模式中精确描述云的垂直结构提供了丰富的观测资料和模式数据。但是,气候模式中现有的云重叠结构处理及其辐射传输方法还远不够完善,仍然存在很多没有解决的问题需要在未来进行探索。     

梅雨锋降水性云的数值模拟——用暖云数值模式估算和分析梅雨锋降水的尝试

本文将江淮地区梅雨期的持性层探空资料和相应云区的增强显示红外云图参量值输入改进的一维半非常定暖云数值模式进行了数值试验。仅对其中三类不同降水强度的模式云的发生发展过程及其演变特征作了数值分析,并提出了一种用云模式的输出雨量(模式雨量)来预测梅雨锋降水量的简单方法。结果表明,本文云模式在研究梅雨锋降水性云的宏、微观结构和估算梅雨锋降水量等方面有一定使用价值。     

梅雨锋降水性云的数值模拟--用暖云数值模式估算和分析梅雨锋降水的尝试

本文将江淮地区梅雨期的持性层探空资料和相应云区的增强显示红外云图参量值输入改进的一维半非常定暖云数值模式进行了数值试验。仅对其中三类不同降水强度的模式云的发生发展过程及其演变特征作了数值分析,并提出了一种用云模式的输出雨量(模式雨量)来预测梅雨锋降水量的简单方法。结果表明,本文云模式在研究梅雨锋降水性云的宏、微观结构和估算梅雨锋降水量等方面有一定使用价值。     

1999、1998年长江流域暴雨成因对比分析

运用GMSTBB资料对比分析了1999年1998年夏季长江流域暴雨的成因，其中，重点探讨了南海季风云涌与副主的相互作用同南方强降水过程表成的关系，认为，南海季风涌爆发射副高比推或者保使长江中下游地区高压形成，张降雨出现在华南，相反，季风云涌间歇期西北太平国高西伸占据南海和华南，长江中下游地区出现强降水。     

云化学模式及其若干研究进展

本文从云的微物理过程、云中化学反应、云水、雨水对污染气体和气溶胶的清除过程,云化学模式等方面,总结介绍了近几年来云化学模式的若干研究进展。     

不同的大气云模式对月预报影响的数值试验

所用的 T42L10月长期数值预报谱模式采用了模式诊断云方案,在辐射计算中,用模式的预报水汽场和模式诊断云代替原民T42L9中的气候纬向平均水汽场和云,模式诊断云计算中还考虑了大地形作用对云的影响.本文利用国家气象中心1992年8月31日的客观分析资料为初始场,进行30天长期数值预报,对比研究了这两种不同的云模式对月际数值预报的影响.模式诊断云方案的预报明显优于气候云方案,采用模式诊断云预报的500hPa 高度场月平均的倾向相关系数有所提高,月平均预报误差减少.模式诊断云方案的预报误差低于对应的持续性误差.模式诊断云方法由于考虑了在预报时间内云分布的时间和空间变化,提高了模式中的辐射计算精度,从而改进模式中的云、辐射作用,克服由于气候云方法所出现的预报偏差,较显著地改善月际数值预报效果.     

热带测雨卫星TMI探测结果对非降水云液态水路径的反演方案研究

根据TRMMTMI的探测特点,结合微波辐射传输模式,研究了针对副热带地区非降水云液态水路径的TMI反演方案,并对反演方案进行了间接检验。首先,利用微波辐射传输模式进行模拟研究,分析了在副热带地区,相应TMI各通道的微波亮温对非降水云液态水路径的响应特点,结果表明37.0GHz和85.5GHz的水平极化通道探测结果对非降水云液态水路径的响应更为敏感;随后,利用模式分析了TMI各单一通道反演的非降水云液态水路径与理论值的差异,并在此基础上给出了利用37.0GHz和85.5GHz的水平极化通道亮温联合反演非降水云液态水路径的方案;最后,利用TMI的探测结果,采用该反演方案对无云区、非降水云区以及台风降水云区进行了反演计算。结果表明,无云区的液态水路径在-1—1g/m2之间,且平均值为10-5量级;非降水云的液态水路径变化范围在0—500g/m2之间,且其水平分布与TRMM的可见光通道0.64μm探测的云分布一致;在台风降水云个例中,随着台风的成熟,高液态水路径的面积比初始阶段增多,且当地表降水率小于5mm/h时,云中液态水路径随地表降水率的增大而逐渐增大。     

梅雨锋暴雨云的演变特征及其降水量的预测——数值模拟研究

本文将江淮地区梅雨期的探空资料和相应云区的增强显示红外云图参量值等输入改进的一维半非常定简化积云数值模式作了数值模拟试验。模拟结果展示出梅雨锋暴雨云是靠多个“上升—下沉循环过程”成云致雨的,其自组织现象—振荡现象可能是造成梅雨锋持续降水的重要机制。本文还提出一种用云模式的输出雨量(模式雨量)来预测24小时内的不同时段的地区累积降水量的简单方法。结果表明,本文云模式在探讨梅雨锋暴雨云的宏观演变特征和预测梅雨期降水量等方面有一定参考价值。     

德州地区雹云雷达回波分型及物理模式

本文根据德州地区1990—1991年雹季冰雹云雷达回波料资及已有的云物理知识,分析得出德州地区三种雹云模式及云物理模式判别特征,此雹云雷达回波模式对冰雹天气临近预报,具有一定的指导作用。     

积云对流和云物理过程调整对气候模拟的影响

本文利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室 (LASG/IAP) 的大气环流谱模式SAMIL, 结合观测与政府间气候变化专门委员会第四次评估报告 (IPCC AR4) 大气模式集合平均结果, 以大气辐射通量为例, 诊断分析了物理过程调整前后模式对气候模拟的影响。旧版本SAMIL对大气辐射通量的模拟存在较大偏差, 经过大气辐射过程、 积云对流和诊断云等物理过程的调整后, 新版本SAMIL模拟的全球辐射通量的年平均结果与观测的偏差大幅减小, 其中大气顶能量收支的年变化及其平均值与观测更为接近。在积云对流方案调整基础上, 通过对诊断云物理方案的进一步调整, 新版本SAMIL对云物理量模拟更为合理, 在赤道辐合带等区域, 在很大程度上克服了单一积云对流物理过程调整引起的云宏观和微观属性不匹配问题, 能模拟出夏季气候平均辐射通量的全球分布特征, 尤其在东亚区域有较好的模拟能力。研究还表明, 在热带和副热带对流活跃区域, 当前SAMIL中积云对流过程偏差对辐射通量的模拟偏差有很大影响, 而模式中较为简单的诊断云方案也会将云宏观物理量模拟偏差带入云微观量模拟中, 也是主要偏差源之一。本文结果表明, 要继续提高SAMIL的模拟性能, 急需更新云物理参数化方案以改进云辐射过程的模拟, 同时也需要有针对性的研究积云对流和云物理过程之间相互作用, 并作进一步协同调整。     

点源冰雹云研究

本文阐述了一类新型冰雹云——点源冰雹云。文章介绍了点源冰雹云的实例、特征、演变规律、单体性质及单体之间关系等。此文还介绍了它的模式及它与传播雹云的异同。     

云间屏蔽对块状云阵短波辐射参数的影响

本文使用短波辐射传输方程建立分析模式研究规则排列块状云阵的短波辐射参数。模式中考虑了云对地表的遮光、邻近云对地表反射光的遮挡以及云侧面之间、云侧与地表之间的散射与吸收。本模式最大特色是加入了云体间相互屏蔽。这点由于其复杂性而多为以前的研究者所忽略。与不考虑此效应的Ｂｒａｄｌｅｙ模式所得结果比较，本模式在太阳天顶角较大时对云阵辐射参数有较大修正。     

不同侧边界条件下水平有限降水云的微波辐射模式研究

从空间微波遥感降水定量分布的目标出发，本文研究在非对称侧边界条件下水平有限降水云的微波辐射率的计算公式。由普适性三维辐射传输方程出发，推导出非对称横向边界条件下的微波辐射率解析表达式。用热带降水云典型参数所作初步数值试验表明，相对于对称侧边界条件非对称侧边界条件对于上行（卫星所测）辐射率具有不可忽略的作用，且这种作用对于不同的微波频率具有不同的强度，甚至有符号的差别。云的不均匀尺度越小，这种作用越强。由于热带降水大多具有高度非均匀对流云带状或云团结构，本文所发展的模式将对微波遥感这类降雨定量分布发挥重要作     

用积云数值模式估算和分析梅雨锋降水

本文根据梅雨锋上中尺度或中间尺度积雨云团的某些基本特征,参照胡志晋积云模式和徐华英积云模式以及国内外有关文献,对积云的动力学微物理学联立方程组等作了选择、简化与调整,初步调试出一个一维半非常定简化暖积云数值模式。将南京1982年7月18—21日及徐州1982年7月21—24日的特性层探空资料输入本文云模式进行了数值试验,得到模式云内的垂直气流、温度、比湿、云水量、雨水量、雨滴数密度、雨滴半径、雨滴落速等特征量的高度分布及其随时间的变化。据此探讨了梅雨期降水性云的演变过程及其宏、微观结构的主要特征,初步探讨了用模式云的雨量、雨强来估算梅雨锋降水的雨量和雨强的可能性。     

云降水和人工影响天气催化数值模式的发展及应用

对云降水和人工影响天气催化数值模式的发展和应用进行了概述。云降水模式包括总体水模式和分档模式。催化模式分为成冰剂、吸湿性催化剂和致冷剂催化模式。部分云模式和催化模式与中尺度天气模式实现了耦合。云降水模式在人工影响天气中得到了广泛应用,并在人工影响天气外场业务作业中发挥了重要作用。     

混合相层状云系模式和中尺度低涡云系的实例模拟

在Ａｎｔｈｅｓｅｔａｌ．的中尺度模式基础上引入胡志晋的双参数层状云模式并重新编制了程序，构成一个包含三种水相态和比较详细云物理过程的三维层状云系模式。为保持在较长时步中计算的稳定和精度，对微物理过程的计算采用混合格式，少数过程采用时间分裂格式，在相变过程的处理上设计了同时计算不同相态相变的参数化方案，按Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方法设计了粒子下落格式。用干模式、积云参数化模式、两相显式模式和本文模式对两个中尺度低涡个例作了模拟，对比分析不同模式的模拟能力。结果表明本文模式对涡环流结构、云场和降水分布的摸拟比其他模式更合理，更接近实况。     

层状云播云线源非均匀、非定常输送扩散数值模拟

大多数层状云播云线源输送扩散模式常采用一些不合理的假设，使得输送扩散过程中起重要作用的一些物理过程被忽略。烟团轨迹模式能够处理源参数和气象要素的时空变化，适用于各种尺度和各类源的输送扩散模拟。因此，本文建立了一个模拟层状云播云线源输送扩散的三维时变烟团轨迹模式，并考虑了地形，垂直风切变作用，播云参数的时空变化和线源的湿清除效应。增雨作业实例我的数值模拟研究结果表明：模拟的播云线源输送扩散特征与输送扩散的基本理论和一般规律相吻合，并且再现了非垂直（与风向上）多条播云线源非均匀非定常的输送扩散特点。浓度等值线水平，垂直分布均不规则，比均匀定常点源更为复杂，整体不满足高斯浓度分布，表明在这种情况下均匀定常模式已不适用。另外，模式能够精确地模拟出播云线间的精细结构。     

福建古田地区雨季积雨云自然降水特征的数值模拟

本文应用一个一维时变积雨云微物理模式,对福建古田地区雨季积雨云的自然降水过程进行了多例模拟。文中按云顶高度将模式云分为四类,并对各类云的降水机制进行了初步探讨,最后将模式结果和实测资料作了对比,得到了一些有益的结果。      

陕西省农用天气预报服务关键技术及内容

2009年山西省引进了中国气象科学研究院人影中心的MM5云参数化模式并初步实现了业务化运行,生成的云物理量产品主要有温度场、高度场、水汽场和各种云中水成物粒子的比含水量以及水平和垂直分布状况。该模式的初始场为T213预报场资料,采用10km的分辨率。本文选择了2010年4月19日-21日山西省一次春季层状云降水过程作为分析个例,应用雷达、NCEP水汽场再分析资料,并重点采用该MM5中尺度云参数化模式输出的数据,对山西省春季层状云的宏微观结构特别是云系垂直方向上的微物理结构进行了详细的分析,在此基础上总结出本次春季层状云降水的宏微观结构特征。