有限区域流函数和速度势的3种求解方法在分析台风Bilis暴雨增幅中的比较研究

将有限区域流函数、速度势求解中常用的两种张驰法(即理查逊法和加速利布曼法)与调和—余弦谱展开法(H-C法)进行了比较,理论研究表明:H-C法单独考虑边界影响分量,物理意义明确,且不会丢失边界上的天气系统;从计算上看,H-C法重建的风场能精确还原原始风场,且计算效率明显高于两种张驰法,即收敛更快。通过在台风Bilis(0604)暴雨增幅过程诊断中的应用发现,常用的两种张驰迭代方法在求解有限区域流函数和速度势的问题上效果都不是很好,即:用理查逊法和加速利布曼法计算的流函数和速度势重建的风场与原始风场差别较大,不能准确还原原始风场;用H-C法不仅计算效率高,还原的风场与原始风场差异极小,且不受南边界较强的西南季风涌影响,在暴雨增幅前期能较好地反映与暴雨增幅相关的强辐合信号。因此,可用H-C法计算得到的无辐散风和无旋风对有限区域的天气系统进行更深入的动力结构分析。     

边界层温度廓线遥感反演的本地化改进研究

采用MODIS资料和美国发展的MODIS大气温、湿度廓线统计反演算法,估算大气温度、湿度廓线作为初始场,应用101层快速透过率模式(PFAAST)估算了大气透过率,并采用Newton非线性迭代算法反演中国西北荒漠戈壁地区大气温度廓线。结果表明:该方法对边界层高度及以上部分的大气温度反演得比较好,误差基本都在2 K范围内,边界层范围内的温度反演误差较大,反演误差与气溶胶光学厚度增量和地表温度估算误差呈显著正相关关系,与大气水汽混合比的关系较差。文中从敏感性试验和理论分析角度阐述了地表温度和气溶胶光学厚度估算误差对大气温度反演误差的影响,发现不同光谱波段的地表温度权重均随地表温度的增加有不同程度增加,地表温度反演误差增加将增加地表温度权重,提高地表温度估算误差有助于提高地表温度权重的精度;荒漠戈壁地区大气边界层中气溶胶浓度较高,光学厚度较大,使边界层大气透过率降低,进而降低卫星红外遥感波段的地表温度权重和空气温度权重。由于该模式没有很好地考虑边界层中沙尘气溶胶的影响,使卫星反演的大气透过率偏高,以至于高估地表温度权重和大气温度权重,使得反演的表面温度和空气温度偏低。该研究结合太阳光度计获得的光学厚度资料,采用统计方法对气溶胶效应引起的大气透过率误差和表面温度估算误差进行校正,并对物理算法进行本地化改进,实现了边界层温度廓线的反演。     

Rossby波的下游效应引发我国高影响天气的分析

对近几年和历史上著名的深槽型暴雨及台风暴雨的分析表明,欧亚高空急流中Rossby波能量频散而产生的下游发展效应,对东亚高空槽的形成与发展、登陆台风的路径与长生命史有重要的影响。如果沿急流传播的Rossby波能量使110°E附近形成深厚的低压系统或使原有西风槽发展加深,天气尺度强迫产生强上升运动则非常有利于中国东部出现暴雨过程。而当欧亚中高纬Rossby波活动的下游效应导致在40°N附近东亚地区对流层中、高层形成闭合高压,同时有西太平洋台风或热带风暴登陆中国,受大尺度环流场引导气流的影响,台风往往取西行或西北行路径。如果同时来自海上的季风涌强烈,将延长台风环流系统的生命史,产生大范围致洪暴雨。目前业务上使用的全球数值预报模式对Rossby波列的下游发展效应有一定的中期预报能力,建议在日常业务预报中关注亚洲高空急流中Rossby波能量传播过程中大形势的突变与调整。Hovmller图分析方法,是分析Rossby波列下游发展效应的一个简单、直观和有效的工具,可应用于日常业务预报分析中。     

2007年5～10月黄土高原陆面能量通量特征研究

在稀疏植被区陆面过程遥感参数化基础上,利用MODIS/500m分辨率的资料反演黄土高原2007年5～10月陆面过程的特征参数。分析得出:(1)受多种气候系统的影响,黄土高原降水、植被分布以及土壤湿度等存在南北、东西差异,导致反照率呈现出从东南到西北部逐渐增加的趋势;5～10月,频率峰值所对应的反照率值呈现出先降低后增加的特征,到7月反照率值达到最低。(2)由于土壤湿度和植被覆盖度空间分布的差异,出现了3种反照率和能量分布型,即宽频低峰型、高频窄峰型和多峰型分布。(3)由于2007年8～10月黄土高原降水量比较充沛,大部分区域的土壤湿度都在60%以上,使得净辐射量、感热通量、潜热通量频率分布比较集中。     

祁连山区冬半年积雪分布及变化的遥感研究

利用国家卫星中心提供的1996—2002年冬半年(11月～翌年4月)的旬积雪数据、地面气象站温度和实测积雪数据,以及结合祁连山区DEM数据,研究了同期祁连山区积雪时空分布及其变化特征。结果表明:祁连山区冬半年积雪大多随山脉走向呈带状分布在山脊区,而山谷和南面盆地分布较少;积雪西段最多,东段次之,中段最少。祁连山区不同积雪频率所分布的平均高度的基本趋势为积雪频率越大分布的高度也越高。就不同频率的积雪而言,频率越低所占比例越大,频率越高所占比例越小;总体上祁连山区在1998/1999年冬季积雪达到最小值,在1998/1999年冬季之前呈波动变化,之后呈持续显著增加的趋势,但主要贡献在低频率。对祁连山东、中、西三段而言,东、中两段在1998/1999年冬季前呈减少趋势,1998/1999年冬季后呈增加趋势,东、中两段平均积雪频率变化量很接近;而西段从1996/1997年冬季开始呈缓慢增加的趋势,而且积雪平均出现频率明显要比东、中两段高很多。祁连山东、中、西三段积雪覆盖度随着高度增加而增大,只有中段在1999—2001年随着高度的递增积雪覆盖度增加不明显,变化趋势比较复杂,这可能与中段所受天气系统和地形等的影响比较复杂有关。     

10～30 d延伸期预报研究进展和业务现状

10～30 d延伸期预报在气象业务发展和国民经济服务中具有重要的作用。本文回顾了关于延伸期预报的相关理论和技术研究进展,概要介绍了国内外开展延伸期预报业务现状;结合目前气象科技发展水平,进一步分析和阐述了现阶段我国开展延伸期预报业务亟待解决的关键技术问题,旨在共同探讨和推动延伸期预报业务的发展。     

北方草地生态气象综合监测预测技术及其应

近几十年来中国90%以上的草地出现退化现象,特别是内蒙古、宁夏、甘肃、新疆、青海、西藏等地区,草地退化严重,国家急需掌握气象条件对草地植被生长的影响,了解草地生产力、牲畜承载力以及生态质量状况.为此,在实时获取北方草地气温、降水量、日照时数等气象要素和气象卫星植被指数以及产草量观测资料的基础上,应用模糊数学、集合运算、统计分析等多种方法和"3S"手段,建立了北方草地植被生长气象条件优劣评价、产草量和载畜量预测、草地生态质量监测等模型.2005年以来,利用这些模型逐年评价了气象条件对草地植被生长的优劣影响、预测产草量和载畜量、监测草地生态质量优劣,获得了良好的服务效益.北方草地2007年生态气象监测预测结果表明:所建模型综合了多种资料和技术优势,结果符合实际;形成的综合监测预测技术可为国家保护和恢复草地生态环境提供科学依据.     

RETRIEVING ATMOSPHERIC SOUNDING PROFILES AROUND TYPHOON YUNNA USING INFRARED HYPERSPECTRAL MEASUREMENTS AIRS

In this study,we derived atmospheric profiles of temperature,moisture,and ozone,along with surface emissivity,skin temperature,and surface pressure,from infrared-sounder radiances under clear sky (cloudless) condition.Clouds were detected objectively using the Atmospheric Infrared Sounder under a relatively low spatial resolution and cloud-mask information from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer under a high horizontal resolution;this detection was conducted using space matching.Newton’s nonlinear physical iterative solution technique is applied to the radiative transfer equation (RTE) to retrieve temperature profiles,relative humidity profiles,and surface variables simultaneously.This technique is carried out by using the results of an eigenvector regression retrieval as the background profile and using corresponding iterative forms for the weighting functions of temperature and water-vapor mixing ratio.The iterative forms are obtained by applying the variational principle to the RTE.We also compared the retrievals obtained with different types of observations.The results show that the retrieved atmospheric sounding profile has great superiority over other observations by accuracy and resolution.Retrieved profiles can be used to improve the initial conditions of numerical models and used in areas where conventional observations are sparse,such as plateaus,deserts,and seas.     

多普勒雷达资料在中尺度模式短时预报中的应用

将国内新一代多普勒雷达基数据Lev-Ⅱ的9个仰角的原始反射率和径向风资料应用于中尺度模式ARPS(the Advanced Regional Prediction System),通过对2007年7月18日济南短时特大暴雨过程的个例研究,分析了雷达资料对初始场的改进效果及其对模拟结果的影响。结果表明,同时利用雷达反射率和径向风资料改进过的初始场能明显改善中尺度数值模式短时定量降水预报。对比风场发现,雷达径向风调整后在初始场中出现明显的中小尺度特征,能减少模式的spin-up时间。随着积分的进行,对水汽场的调节也有一定作用,但相对于风场调节不够显著。雷达反射率主要是改进初始场中的湿度参数,增加初始场中云水等含量。积分开始后,对风场调整也很显著。此次模拟,控制试验较好地预报出雷达回波的分布和水汽中心,对应的降水落区与实况也较为接近,但对雷达回波中心强度的预报略大,相应地降水量的预报也偏大。     

一个气候系统模式对小冰期外强迫变化的平衡态响应

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发展的气候系统模式FGOALS_gl, 通过设定小冰期的太阳辐射变化, 模拟了小冰期的气候平衡态, 讨论了小冰期气候变化的机理。数值试验结果表明, 由太阳辐照度变化和火山活动共同作用造成的太阳辐射减少是小冰期气候的重要成因, 模拟的小冰期表层气温变化分布与重建资料在全球大多数地区较为一致。就全球平均情况而言, 小冰期的年平均气温较之1860年偏冷0.15℃, 较之20世纪平均情况偏冷0.6℃左右。小冰期温度变化存在显著的地域和季节特征, 表现为北半球降温幅度大于南半球, 高纬地区降温幅度大于低纬地区, 夏季的降温幅度大于冬季。东亚地区小冰期温度较之1860年和20世纪分别偏冷0.3℃和0.6℃。小冰期的降水异常中心位于低纬地区, 主要表现为赤道中东太平洋降水负异常和赤道中西太平洋降水正异常, 以及位于热带印度洋的降水偶极子型。除欧洲和北美外, 全球其他地区陆地降水均减少。东亚地区小冰期夏季降水的变化最为显著, 较之1860年, 华北、 东北地区降水增加, 而长江流域以南降水则减少; 较之20世纪, 东部降水异常表现出华北地区偏多、长江流域偏少、华南地区偏多的“三极型” 分布特征。