控制大气污染的一个数学理论框架

讨论了如何利用大气污染的数值预报结果和模式进行大气污染最优控制设计的理论框架问题. 提出了以控制污染源排放量为控制手段的大气污染最优控制问题, 其目的是在事先预报的天气条件下, 通过可行的控制手段使得一个城市的大气污染物浓度在一个选定的地域和时间段内保持在某一可容许的指标之内, 同时又使控制的代价(包括控制导致的工艺提高的耗资或工厂减产的经济损失, 或生活的不便性等)为最小. 基于伴随模式的最优化方法, 推导了求解这一问题的数学方法和相应的计算公式. 由于最优控制方案是根据预报的天气条件计算出来的, 而预报结果都是有误差的, 因此事先计算出的最优控制方案的实施效果会受到天气条件预报误差的影响. 利用伴随算子模式方法, 给出了这一问题的一个近似的却高效的算法, 可以计算不同时刻和地点预报的风场、温度场和污染物初值的不确定性对最优控制效果的影响.     

实测风场在数值天气预报中的应用

一、初始场的误差 我国有较稠密的高空风测站网,相当广大的地区又位于中低纬度带,天气系统在风场中比在气压场中有更明显的反映,使用风场资料在天气预报中有很重要的意义。毫无疑问,在数值天气预告中应用这些实测风场也是很重要的。另方面,为了提高预报效能,则又有必要使用较精确的原始方程式组。但这吋如果直接用实测风场作始始场,却会得到紊乱不堪的计算结果。因此必须对问题作深入的研究。     

完全保持能量守恒的非常定自适应网格模式

本文基于自适应网格的原理，发展了一套网格随时间变的自适应网格模式。该模式保持着 IAP 模式原有的整体积分性质，并具有在任何时刻可随意调整网格点的疏密程度及网格点与边界相重合的特点。可用于台风路径的数值预报等方面。     

一个风暴潮数值模式及其开边界问题

在文献[1]的基础上,本文设计了一个风暴潮数值模式,并讨论了在近岸海洋动力学计算中具有普遍意义的开边界问题.所用的计算格式在有开边界和不规则海岸边界的情形下,仍能较好地保持原海流问题的质量和能量变化关系,因而具有较好的计算稳定性和计算精度.本文计算了“7203”号和“8509”号台风暴潮,并与实况相比较,所得计算结果图象清晰地再现了渤海这两次台风增水过程的基本特征.     

IAP AGCM对全球海温异常的响应——CO_2引起气候变化的等效研究

本文用IAP AGCM研究全球海温异常引起的气候变化,这种变化可以看作是由于CO_2含量改变引起的响应。按照Ramanathan和Cess等的观点,太阳常数的改变、CO_2含量的增减及全球海温异常对地气系统能量收支的影响是一致的,主要受控于射出净辐射的改变.本工作分别以+4℃和-4℃作为全球海温异常得到两次积分,分别记为I和D,模式的长期气候平均用作基本状态试验,记为C. 当海温增加4℃时,地表气温约增加4.4℃,而且主要由于热带对流加热的影响,气温的变化随高度增加,冬半球地表气温的增加明显大于夏半球,这是由雪的反照率和垂直温度递减率的反馈作用引起的。虽然全球平均总云量随海温增加而减少,但其纬向分布是不均匀的,尤其对个别类型的云更是如此。云的反馈在辐射能量收支中起着重要作用,例如,热带模式层顶净向下太阳辐射(S)和净向上长波辐射(R)减少(或增加最少)就归咎于穿透性对流云的增加. 全球平均降水I比C多18％.降水的变化呈正反馈趋势,即热带降水最大的地区降水加大,而在副热带地区降水增加很小,甚至减少.纬度-时间图上,降水的变化呈带状分布,正象降水本身的变化一样. 虽然我们得到的全球平均和纬向平均与Mitchell的结果一致,但区域性海温异常响应存在很大差别.     

关于三维平衡模式初边值问题适定性的研究

本文进一步考察三维平衡模式初边值问题的适定性。文中解决了“ω-方程”边值问题的适定性,给出了解的解析表达式,并建立了一种加权先验估计。以此为基础,本文证明了:考虑无穷远处大气时,三维平衡模式存在唯一的关于时间t的局部古典解。本文的结果推广了文献[2]的工作。     

我国低纬高原地区初夏强降水天气研究Ⅰ.2001年5月印缅槽维持期间云南暴雨及其中尺度特征

2001年5月云南除东北部的昭通地区外,先后出现了1949年以来罕见的大雨、暴雨和连阴雨天气过程,其中以5月30日1200 UTC～6月2日1200 UTC的暴雨过程最强.本文采用常规资料、加密的降水和卫星资料对其进行了分析.结果表明,此次强降水过程是在有利的环流背景下,由中尺度系统造成的.云南有着特殊的地理位置和气候条件,其降水过程与我国的东部及华南沿海大不相同,主要结果如下:1)印缅槽与东亚冷槽的相互作用,有利于西南地区暴雨的发生.2)低空急流的产生和加强与暴雨之间存在一定的关系,它不但为暴雨提供了丰富的水汽,还有可能造成位势不稳定层结,且急流上扰动可诱使对流不稳定发展,致使强降水的发生.3)在有利的大尺度背景下产生的近地层中尺度辐合线以及它们之间的相互作用是产生此次强降水的重要系统,这类辐合线与我国东部的降水系统有很大的不同,与云南的地形特点密切相关.4)云南及其周边的特殊地形为此次强降水的产生提供了帮助.雨团大部分在原地生消,移动较少,形成了两个少动的雨强中心,中尺度对流云团的产生和发展与中尺度辐合线相交区关系密切.5)对降水区三维结构的分析表明,中尺度对流系统强烈发展区的低层为强辐合、正相对涡度,高层为强辐散、负相对涡度;存在整体的上升气柱,并在其左右两侧为下沉气流,且此气柱是高湿、低层存在对流性不稳定.6)对水汽来源和收支分析表明,这次云南强降水的水汽可能主要来自于孟加拉湾.     

分块地形坐标大气环流模式的动力框架及其整体性质

介绍了分块地形坐标大气环流模式的动力框架及该框架微、差分方程组的整体性质.目前该框架水平分辨率为4°× 5°,垂直分辨率有9层和21层两个版本.给出了该框架的控制方程组及其差分形式、边界条件、时间积分方案等.该框架的微、差分控制方程组均满足总质量守恒、平流项二次守恒、科里奥利力不作功和总有效能量守恒;且未引入虚假的源和汇,保持了该框架计算过程中的物理真实性.该模式框架在主流微机上能长时间稳定积分,并可作有关地形的数值试验.