土壤有机物质对土壤介电常数的影响

土壤介电常数是开展微波土壤水分和冻融状态的监测的基础,也是植被和积雪的下垫面边界条件,然而目前已有的介电常数研究都没有对高有机质含量的土壤开展系统观测。本文将土壤中的自然有机物质分为腐殖质和植物性残留物两类。采用控制变量实验方法,通过测量5种不同有机质含量的东北黑土和加入不同比例毛白杨碎屑的扁都口草甸土,研究了腐殖质和植物性残留物的对土壤介电常数的影响。结果表明,腐殖质会降低干燥土壤的容重,从而发挥间接作用,使介电常数降低;而对于相同容重下观测的潮湿土壤,腐殖质含量较多的土壤介电常数更大。与Dobson模型的比较显示,在29℃室温下,腐殖质对25%重量含水量潮湿土壤实部的影响在±2左右,虚部能达到1。与腐殖质相比,植物性残留物对风干土壤和潮湿土壤的影响都十分明显。植物性残留物能有效地疏松土壤并代入植物组分的介电特征。当重量含水量为30%时,含毛白杨含量为20%的混合土壤比纯扁都口土壤在实部平均减小3—7左右,虚部减小 1—3左右。因此,根据实验观测以及和模型的比较,土壤中的有机物质会改变土壤介电性质,对微波遥感造成影响。     

南京过去100年极端日降水量模拟研究

在南京过去100年日降水资料的基础上,利用极值理论中的区组模型和阈值模型分析了极端日降水分布特征.首先通过广义极值(GEV)模型模拟了日降水的年极值序列(AMDR),用极大似然估计(MLE)方法计算了模型的参数,并借助轮廓似然函数估计出参数的精确误差区间,同时采用4种较直观的诊断图形对模型的合理性进行全面评估,结果表明Frechet是区组模型中最适合描述极端日降水分布特征的函数.其次,将日降水序列分3种情景构建极值分布的阈值模型(GPD),考察了观测数据的规模对应用该模型的限制,重点讨论了如何针对给定观测样本选择合适的阈值收集极值信息.分析结果认为,长度不小于50年的气候序列,采用24 mm的日降水量作为临界阈值均能进行GPD分析.该阈值处于年降水序列第91个百分位附近,即对目前长度为50年左右的日观测资料,第91个百分位点以上的数据基本能满足GPD研究的需要.另外,根据GEV和GPD对未来极端降水重现水平的推断情况,GPD预测值的置信区间要比GEV的窄,极值推断的不确定性相对也较小,更适合用于研究中国目前规模不大的气候资料.最后,对GPD模型的形状参数和尺度参数进行变换,分别引入描述线性变化的动态变量,分析降水序列中潜在的变异行为对极值理论应用的影响.这种变异包括降水序列中长期的均值变化及百分位变化,从模拟结果看,暂未发现资料变异行为对极值分析产生显著于扰.     

An Improved Approach for Parameterizing Surface-Layer Turbulent Transfer Coefficients in Numerical Models

Based on classic iterative computation results, new equations to calculate the surface turbulent transfer coefficients are proposed, which allow for large ratios of the momentum and heat roughness lengths. Compared to the Launiainen scheme, our proposed scheme generates results closer to classical iterative computations. Under unstable stratification, the relative error in the Launiainen scheme increases linearly with increasing instability, even exceeding 15%, while the relative error of the present scheme is always less than 8.5%. Under stable stratification, the Launiainen scheme uses two equations, one for 0 < Ri _B ≤ 0.08 and another for 0.08 < Ri _B ≤ 0.2, and does not consider the condition that Ri _B > 0.2, while its relative errors in the region 0 < Ri _B ≤ 0.2 exceed 31 and 24% for momentum and heat transfer coefficients, respectively. In contrast, the present scheme uses only one equation for 0 < Ri _B ≤ 0.2 and another equation for Ri _B > 0.2, and the relative error of the present scheme is always less than 14%.     

重力波特征线显式数值解法试验

利用CIP(Constrained Interpolation Profile)特征线半拉格朗日解法对平面一维和二维浅水波方程的重力波和普通经纬度网格下的球面浅水波模式进行了数值求解试验,给出了CIP特征线法的数值结果和对应大时间步长积分的对比。结果显示,一维CIP特征线法对重力波的位相、振幅和传播有很好的描述,对于不同时间步长都显示出计算稳定的特性。空间分离的二维特征线法是多维问题计算中简单有效的方法,在平面和球面二维问题的数值结果中都得到了CIP特征线法稳定的计算和良好的波动传播结果,在浅水波方程中可以克服半隐式算法在高分辨率时的大量运算,并有望成为处理重力波的替代算法。     

地表通量输送对飑线过程影响的数值模拟研究

使用水平分辨率20km的RSM-RANAL再分析资料和WRF模式,对2004年7月12日影响上海地区的一次飑线过程进行分析和数值模拟,结果表明:(1)雷暴发生区域的西北侧约300km处有一冷锋,地面风场辐合;中低层为一致西南急流,雷暴发生区域上空300hPa位于西风急流右后侧辐散区中;地面存在明显的温度梯度。(2)雷暴发生前浙皖交界山区处的CAPE增至1000J/kg,CIN减至30J/kg以下;杭州湾附近的CAPE值大于2000J/kg。这些地方之后均有强对流单体生成,并成为飑线的一部分。(3)WRF模式对这次飑线过程的主要特征模拟较好,包括地面风场和飑线的结构。(4)敏感性试验指出陆面过程对本次飑线过程的形成发展起了重要作用。一方面通过潜热通量输送增大边界层湿度;另一方面通过感热通量输送改变了边界层的层结结构,使得低层辐合(或抬升)比较容易释放不稳定。在强对流天气的预报中地表条件不可忽略。     

地形对登陆台风麦莎(2005)影响的数值模拟研究

利用非静力平衡的中尺度模式MM5(V3)对2005年9号台风Matsa("麦莎")登陆后期的过程进行了48h模拟,应用低通滤波器分离模拟结果中的天气尺度和次天气尺度运动,并采用热带气旋动态坐标跟踪考察登陆过程中热带气旋的次天气尺度环流特征.通过研究地形对两种尺度间动能和涡度转换的影响,进一步证明了地形对热带气旋有着不可忽视的影响.结果表明,地形的存在有利于维持热带涡旋性强度,这种影响随气旋中心与地形间距离的缩小而逐渐增强,且强度的增强在对流层中高层表现得更为明显.去掉地形后对流层低层次天气尺度系统向热带气旋输送的动能减少,次天气尺度系统对热带气旋动能的消耗增大;当低层涡度转换项的垂直运动贡献为负时,去掉地形会加剧这种负贡献,即次天气尺度系统从热带气旋得到更多的正涡度;从整体上看,去掉地形后,热带气旋不仅没有从次天气尺度系统获得正涡度,反而将自身的正涡度向外输送.     

A Reconstructed Wind Stress Dataset for Climate Research over the Tropical Pacific during a 153-Year Period

There are close relationships between the sea surface temperature (SST) and the surface wind over the tropical Pacific.To study the past climate variability over the tropical Pacific,the long-term monthly wind stress anomalies over the tropical Pacific for the period of 1856–2008 are reconstructed with an SVD (singular value decomposition)-based statistical atmospheric model,where the wind stress anomalies are slave and directly correspond to the SST anomalies.The verification results show that the reconstructed wind stress data have high correlations and a small root mean square (RMS) error with the three reanalysis/simulated surface wind datasets from the last 50 years.In addition,the simulated SST anomalies from an intermediate oceanic model (IOM),which is forced by the reconstructed wind stress,can simulate the realistic interannual and decadal variability of the ENSO (El Nio-Southern Oscillation);this indicates that this new long-term wind stress dataset is useful for various climate studies,especially for the large-scale interannual and decadal variability.     

中国近54年来夏季极端降水事件特征研究

利用1960~2013年中国6~8月无缺测的571站逐日降水资料,定义7个极端降水指数,研究中国夏季极端降水事件特征。结果表明:(1)极端降水事件空间分布存在明显的区域性差异,长江中下游地区、华南地区、西北地区表现为增加趋势,东北地区、华北地区、西南部分地区表现为减少趋势;时间分布表现出具有显著的年际和年代际变化特征,极端降水事件有增加趋势,在20世纪90年代初期有明显转折。(2)M-K检验表现出极端降水事件在20世纪90年代初发生突变,突变前(后)偏弱(强)。(3)极端降水指数周期振荡不完全一致,准15年周期振荡为主,其次是准7年周期,最强振动出现在1998年。(4)除持续干期指数外,其他极端降水指数间存在较好的相关性。     

复杂地形风场的精细数值模拟

风能是一种重要气候资源,随着我国风电规模的迅速增大,发展风能资源评估系统和风功率预测系统已成为一项重要的研究内容。国内外对复杂地形风场结构的数值模拟有大量研究,随着计算机能力增强,以往用于空气动力学精细流场计算的计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模式越来越多地在气象领域得到应用,人们开始研究用中尺度预报模式和CFD模式结合进行复杂地形风场的数值模拟。本文的耦合模式系统采用中尺度气象模式(WRF),通过嵌套网格到内层尺度(一般是几公里),然后通过耦合CFD模式Fluent软件获得高分辨率(水平30~100 m,垂直150 m高度以下10 m)的风速分布资料,得到精细化的风场信息。通过对鄱阳湖北部区域和云南杨梅山复杂地形的风场模拟,提供了风能评估和预报的一种可行的方法。