CMAQ-MOS区域空气质量统计修正模型预报途径研究

通过分析2004年9月~2005年3月北京城市及远郊地区八个测点的大气污染观测资料, 揭示出城区尺度不同测点大气污染同步性与同位相时空变化特征, 并描述出采暖期与非采暖期大气污染物浓度存在源影响相关季节性显著差异, 城区与远郊测站大气污染物浓度亦表现出排放源影响相关显著的区域性特征, 即大气污染物浓度时空分布与排放源强度及其空间分布密切相关; 本文试验研究表明, 美国EPA新一代空气质量模式CMAQ对多类污染物不同尺度“面空间”分布及其变化倾向虽具有较强的预报能力, 但由于污染源时空特征十分复杂, 这是由于模式采用的平均源排放清单难以精细、客观描述预报区域不同尺度污染源强度的时空变化, CMAQ模式尚存在类似其他模式污染浓度预报量与实况相比明显偏低的“系统性”误差, 为了修正上述模式产品源排放清单产生的系统性预报偏差, 本文利用不同季节CMAQ模式产品与观测实况资料, 建立CMAQ-MOS区域空气质量统计修正预报模型, 并采用检验方法评估CMAQ-MOS方案预报能力, 提出采用CMAQ-MOS统计修正模型统计-动力相结合的空气质量预报新途径, 试验研究结果表明CMAQ-MOS方案可显著降低由于污染源影响不确定性产生的模式系统性预报误差, 明显提高了CMAQ模式空气质量预报水平, 本文亦提出了采用点-面结合预报思路, 即在大气污染具有同位相变化特征的“影响域”范围内, 用一个中心测点的CMAQ-MOS产品预报周边区域面上其他预报点的模式产品“再分析”场以及区域平均空气质量“面预报”方案.     

长江沿岸的江风及其随高度的变化

一、资料来源及处理 我们利用1976—1978年武汉市下游约20公里位于长江边的阳逻过江铁塔九个观测高度(5、10、15、20、30、62、86.8、119、146米)的资料,分析了江风及其随高度的变化。各高度按12—2月、3—5月、6—8月、9—11月分组,各组依据出现江风的气象条件挑选出来,然后求江风出现及终止的平均时间及平均风速。     

四川暴雨过程中盆地地形作用的数值模拟

利用WRF-Chem模拟了2012年7月20日一次四川盆地暴雨降水过程,并基于控制试验设置填充四川盆地地形的敏感性试验。利用大气动力-热力学和云降水物理学对两试验差异进行诊断分析,与敏感性试验相比,控制试验虽然延迟强降水出现时间,却增强了降水强度。研究表明:偏南气流自南向北经过盆地时,在四川盆地南部形成正涡度扰动中心,延迟水汽、能量到达盆地北部的时间,使强降水出现时间偏晚;地形高度及动力差异使控制试验近地面累积大量水汽、能量,低层能量到达盆地北部迎风坡后受地形抬升与正涡度扰动共同作用激发了强烈的对流;控制试验中,盆地北部大气强烈对流运动及其携带盆地内大量水汽有利于云系的垂直发展,雨滴、雪晶、霰粒子质量浓度明显增大,使降水强度增强至大暴雨量级。     

我国西北地区近50年降水和温度的变化

用近50年的每月温度和降水资料研究了我国西北地区的气候变化.结果表明:(1)该地区在1986年附近发生了一次明显的气候跃变,要比全国气候跃变晚6～8年;(2)跃变后比跃变前全区年平均气温上升了0.51℃,冬季上升了1.27℃;(3)跃变后比跃变前全区年降水总量上升了5.2%,夏季上升了6.8%.进而讨论了温度和降水的增加对该地区生态环境的影响.     

蒙古高压一组环流指数及与中国同期气候异常关系分析

定义了一组描述冬季(12-2月)的月、季1 000 hPa等压面上蒙古高压(MH)状态的新的环流指数,它包括面积指数S、强度指数P、中心位置指数(λc,φc).用NCEP/NCAR资料计算了1948/1949-2007/2008年60个冬季的月、季MH的上述环流指数.用它们分析了近60年冬季各月MH的气候态,表明MH在12、1月最强,2月明显减弱；12月偏南,1、2月逐渐北移.分析了MH强度P和中心位置(λc,φc)的年代际变化特征及其与中国冬季气候(气温、降水)的相关,结果表明:(1)MH强度P和中心位置指数φc均存在显著年代际变化,P在1960's末-1970's初由高转低,φc在1970's末-1980's初由偏北转偏南.12、2月P～φc.间存在显著正相关.MH强年偏北、弱年偏南.(2) MH环流指数P、φc与中国同期气温存在显著负相关,P的显著负相关区覆盖了中国除西南外的大部分区域,φc的显著负相关区也覆盖了中国东部除东南沿海外大部分区域；它们与中国降水的同期相关联系远弱于气温.(3)全球增暖背景下MH强度减弱、中心南移,中国大部分地区出现持续暖冬；但1990's末以来,相反的异常时有发生.(4)“0801华南雪灾”期间(2008.1.10-2.2)MH异常偏强,并有四次中期活动过程；它们是造成此次极端气候异常事件的直接环流原因.     

北京风沙天气的气溶胶特征

利用常规气象观测资料、卫星云图以及1988、1990、1992、1993、1995、2000年等年北京风沙天气期间所采集的气溶胶样品的分析结果,研究了北京的风沙天气分布特征,风沙期间大气污染状况,产生风沙天气的主要原因及沙尘的来源等.初步得出北京的风沙天气主要出现在春季,是造成春季大气污染的重要原因之一;北京春季风沙天气是由沙尘暴、浮尘和扬沙造成,但以扬尘引起的频率为最高,占71.4%;风沙期间大气气溶胶与无风沙时气溶胶的物理化学特征有明显的差异;大气气溶胶的物理化学特征显示出,风沙期间的大气气溶胶主要来源于自然源,以局地尘源为主,人为排放的气溶胶作用相对减弱.     

初夏环流与梅雨成因的探讨

着眼于东亚海陆热力强迫差异的影响,探讨了东亚初夏环流与江淮梅雨成因,结果表明：江淮流域夏季降水与前期地面气温的东亚纬向海陆热力差异相关;江淮流域初夏降水量与同期北半球５００ｈＰａ位势高度场的高相关区对应于入梅期“双阻”型环流系统,且最高相关系统为副热带高压。数值试验表明,东亚海陆热力强迫的差异与夏季风,梅雨阻塞系统的形成密切相关。研究结果提示了梅雨初期环流特征形成的机理与热力结构因素。     

2008年雪灾过程高原上游关键区水汽输送机制及其前兆性“强信号”特征

利用NCEP/NCAR再分析资料、中国气象台站降水量资料、青藏高原及周边地区GPS水汽观测站网大气可降水量资料,采用统计诊断方法,分析了2008年中国南方雨雪冰冻灾害期间4次暴雪过程的动力、热力特征,水汽变化及其输送特征.研究结果表明,灾害发生期间,中国北方中低层大气盛行偏北气流,使较强的偏北冷空气"楔入"中国东南部低层大气,构成低层"冷垫",同时偏南暖湿气流源源不断地将大量水汽输送到中国东南部,冷暖气流交汇及其垂直切变导致强烈的上升运动,构成了"冷垫"上空的"暖盖"及"南槽北脊"反位相环流汇合锋区的垂直环流结构.反位相环流的偏南水汽主要来自南海和印度洋,两者在中南半岛和中国西南地区合并,构成经过云南及周边关键区的强西南水汽流,形成了长江流域特大雪灾发生的关键水汽通道.研究结果亦证实高原及周边地区JICA项目GPS水汽监测网信息可为中国长江中下游地区暴雪的发生提供具有预报实用意义的重要分析工具及数值模式同化初始信息源.云南及周边区域水汽含量的多少对下游地区后期降水的发生具有一定的指示意义,即水汽输送上游关键区大气可降水量的变化可作为此次南方雨雪冰冻灾害期间降水发生的"前兆性"信号,而云南则是西南水汽输送通道中尤为重要的关键区域.     

中国气温的年代际振荡及其未来趋势

文章用1851～2000年中国年气温资料，讨论了它的变化及其未来趋势。指出：①我国气温有3次全国性的跃变，分别在1920、1955和1978年，每个阶段平均持续期为30年，这和北半球气温跃变点是基本一致的；②我国气温从1978年开始进入了一个稳定增温的气候阶段，直到目前全国年平均气温比上一气候阶段增加了0．3l℃，增暖地区主要在黄河以北的北方地区，冬季增暖比夏季明显，1998年是我国近百年来最暖的一年；③最近一次增温开始于1978年，至2000年持续了23年，估计这个增温阶段至少还能持续10年，但未来10年主要的增温地区有可能南移，长江流域将比现在暖，夏季气温37℃以上的日数要比现阶段增多。