Balance characteristics of multivariate background error covariances and their impact on analyses and forecasts in tropical and Arctic regions

For variational data assimilation, the background error covariance matrix plays a crucial role because it is strongly linked with the local meteorological features, and is especially dominated by error correlations between different analysis variables. Multivariate background error (MBE) statistics have been generated for two regions, namely the Tropics (covering Indonesia and its neighborhood) and the Arctic (covering high latitudes). Detailed investigation has been carried out for these MBE statistics to understand the physical processes leading to the balance (defined by the forecasts error correlations) characteristics between mass and wind fields for the low and high latitudes represented by these two regions. It is found that in tropical regions, the unbalanced (full balanced) part of the velocity potential (divergent part of wind) contributes more to the balanced part of the temperature, relative humidity, and surface pressure fields as compared with the stream function (rotational part of wind). However, the exact opposite happens in the Arctic. For both regions, the unbalanced part of the temperature field is the main contributor to the balanced part of the relative humidity field. Results of single observation tests and six-hourly data assimilation cycling experiments are consistent with the respective balance part contributions of different fields in the two regions. This study provides an understanding of the contrasting dynamical balance relationship that exists between the mass and wind fields in high- and low-latitude regions. The study also examines the impact of MBE on Weather Research and Forecasting model forecasts for the two regions.     

华北和印度夏季风降水变化的对比分析

 利用华北和印度夏季降水资料,采用趋势分析、小波变换等方法,对两地区夏季风降水进行了对比分析。结果表明：1) 华北和印度夏季风降水量都存在线性减少倾向,但华北更为显著,减少达16 mm/10 a;2) 华北和印度夏季风降水变化都以18 a周期为主,近年都有逐渐缩短的趋势,而印度的这种周期缩短得比华北更快,近年降水变化周期接近15 a;3) 华北和印度夏季风降水变化在1956、1976、1992/1993年发生了趋势转折;4) 华北和印度降水量主要集中在6-9月,夏季风降水特征非常明显,但两地变化特征表现不尽相同。     

D—InSAR三轨法监测城市地表沉降的研究

差分干涉测量（DInSAR）技术是合成孔径雷达（SAR）卫星应用的一个拓展。雷达图象的差分干涉可用于监测厘米级或更微小的地表形变,以揭示许多物理现象,如地震形变、火山运动、大气变化、冰川漂移、地面沉降以及山体滑坡等。实验选取典型的上海市地面沉降场作为研究对象,使用三幅欧洲空间局ERS1和ERS2的C波段数据,采用三轨法,成功提取了上海市相隔20个月的地面沉降图。     

C波段多普勒雷达观测暴雨灾害过程的分析

本文通过对2005年6月29~30日成都地区一次西太平洋副热带高压影响的暴雨天气过程的常规气象资料和位于凤凰山C波段多普勒天气雷达观测资料的分析, 重点从多普勒雷达反射率因子 (Z) 、径向速度 (V) 、速度谱宽 (W) 和垂直累积含水量 (VIL) 出发, 归纳出对成都地区暴雨灾害短临预报应用具有一定参考价值的回波特征指标, 提高和改善该地区暴雨灾害的监测和预警能力。      

集合卡尔曼滤波同化中雷达位置的敏感性研究

针对对流尺度集合卡尔曼滤波（EnKF）雷达资料同化中雷达位置对同化的影响进行研究。为了考察强对流出现在雷达不同方位时集合卡尔曼滤波同化雷达资料的能力,以一个理想风暴为例,设计了8个均匀分布在模拟区域周围的模拟雷达进行试验。单雷达同化试验中,初期同化对雷达位置较敏感,而十几个循环后对雷达方位的敏感性降低。造成初期同化效果较差的雷达观测位于模拟区域正南和正北方向,这两部雷达与模拟区域中心的连线垂直于风暴移动方向（即环境气流的方向）。双雷达试验的结果表明,正东、正南、正西和正北方向的雷达组合观测会使同化初期误差较大,这说明并不是所有与风暴连线成90°的雷达组合都能在短时同化中得到合理的分析结果,还需要都处于模拟区域对角线上（即与环境气流成45°夹角）,同化效果才较好。短时同化后的确定性预报结果表明,较大分析误差也会导致较大预报误差。这些分析误差主要是由于同化初期不准确的集合平均场驱动出的不合理的背景误差协方差造成的。当背景场随着同化循环得到改进后,驱动出的合理的背景误差协方差使得不同位置雷达同化造成的差异逐步减小。基于上述结果,引入迭代集合均方根滤波（iEnSRF）算法,结果显示使用该算法后,雷达位置对同化效果的影响减小,同化不同位置的雷达资料均能有效降低分析和预报误差。      

北运河水系底栖动物群落结构与水环境质量评价

为全面了解北运河水系的底栖动物群落结构和水环境质量,于2015年5月对北运河水系33个样点的底栖动物和水体理化性质进行了调查,分别采用综合水质标识指数法和底栖动物BI指数法对北运河水系进行水质评价,并通过Kolmogorov-Smirnov检验判断正态性,用Pearson相关分析方法对两种评价结果进行比较和分析.结果表明:北运河水系共采集到底栖动物23种,隶属于3门4纲6目11科11属,以水生昆虫和软体动物为主,整个水系底栖动物群落结构单一;底栖动物BI指数法的评价结果显示,72%的采样点水质为中污染(Ⅳ)或重污染(Ⅴ);综合水质标识指数法的评价结果显示,超过57%的采样点水质为Ⅳ类及以下;根据K-S检验,两组评价得分均符合正态分布;Pearson相关分析显示两种评价结果呈显著正相关.两种评价结果总体上呈现出相同的趋势,均显示北运河水系整体水质状况较差,干流水质状况优于支流,上游水质状况优于下游,温榆河上游、坝河下游、通惠河上游和凉水河的水质状况较差,温榆河源头和坝河上游的水质状况较好.两种评价结果在个别点位存在一定差异,具体表现为基于水体理化因子的评价结果稍优于水质生物评价结果,造成这种差异的原因是两种评价方法在时空尺度上存在差异.针对城市化水平较高、人类活动干扰较强的北运河水系,同时采用这两种评价方法有助于全面了解其复杂的水环境质量.     

探测仪器特性曲线异常分析

探测仪器感应曲线发生变化,造成升速异常、等压面的温度、湿度错误、雷达〖CD*2〗气压高差偏大、时间〖CD*2〗高度线曲变化异常造成的规定高度上的风误差偏大,使部分资料或整份资料失真,影响探测准确性。本文主要从仪器的感应曲线变化后对各气象要素产生的影响进行分析,得出结论：不同的元件变性对气象要素产生的影响不同,气压变化的影响侧重于高差和升速,温度变化则侧重于规定等压面的温度绝对误差和规定等压面高度的偏差。采用绝对误差计算、加密气象要素计算等方法,结合图形、数据对比,可以确定感应曲线变化时间,从而及时、有效的对探测数据做出合适的处理,进一步提高探测数据的精准度。     

辽宁省区域性大雾预报研究

通过对1994—2002年9年辽宁区域地面图的普查,得到了辽宁区域性大雾天气(大于等于5个地市,能见度小于0.5 km)共有73次。分析近10年区域性大雾天气过程得到了区域性大雾的时空分布特征。普查区域性大雾过程发生时的常规气象资料,进行区域性大雾天气分型。分析辽宁省各种区域性大雾的成因及要素演变特征,从中提取预报指标,建立预报流程,用PP法建立区域性大雾的客观预报方法。     

大巴山晚中生代陆内造山构造应力场

位于中上扬子板块北缘的大巴山造山带, 平面上表现为大尺度向南西显著突出的弧形带, 无论在变形样式和形成时间上都明显与秦岭造山带不同。在大巴山构造格架划分和野外构造变形观测基础上, 通过构造解析, 结合年代学研究成果, 重建了大巴山晚中生代独特的构造应力场, 指出大巴山属陆内造山, 形成于J2末, 并持续到K2初期。其构造应力场特征, 以城口－房县断裂为界, 大巴山逆冲推覆带与其前陆冲断褶皱带的特征显著不同。大巴山逆冲推覆带主要表现为NE-SW向构造挤压, 而在大巴山弧形前陆带从西向东, 由近E-W向挤压, 转变为NE-SW向挤压, 最后转变为近S-N向挤压, 构成一向其外缘扩散的放射状构造应力场。总之, 大巴山造山带由推覆体向前陆, 构造挤压作用由北东向南西方向扩散。这期构造挤压作用控制了大巴山造山带陆内变形活动, 导致大巴山由北东向南西的显著缩短, 同时受到其东西两侧基底隆起——神农架－黄陵地块与汉南地块的强烈阻挡, 造就了现今的大巴山前陆弧型构造。其动力学背景可归因于晚中生代东亚板块多向汇聚。大巴山晚中生代陆内造山构造应力场的研究, 对探讨秦岭造山带动力学特征具有科学意义, 为研究川东北油气运聚规律提供了构造地质学依据。     

南秦岭构造带内早古生代碱基性岩浆活动：古特提斯洋裂解的证据

位于南秦岭构造带南缘的勉略(勉县—略阳)洋是东古特提斯洋的北侧分支洋盆,在勉县—略阳地区发育有典型的蛇绿岩组合。然而,由于中三叠世晚期开始的碰撞造山作用以及之后陆内变形作用的改造,对于勉略洋盆在构造带东段的裂解和演化过程并不清晰。本文对发育于东南秦岭构造带内的基性岩墙群进行了岩石学、岩石地球化学、同位素年代学等方面的研究。结果表明,基性岩脉以辉长岩、辉绿岩等基性岩为主,其SiO 2含量为41.89%~49.75%,属基性—超基性岩类,并具有富钠、高钛的碱性岩特征。岩石的稀土、微量元素和Sr—Nd同位素特征与板内洋岛玄武岩(OIB)特征一致,岩浆源于具有地壳混染的板内洋岛玄武岩型地幔源区。该类基性岩脉顺层侵入到早古生代早期地层中,通过基性岩脉中的锆石SHRIMP测年获得岩脉顺层侵位的时代为晚志留世早期(约422 Ma)。这种岩浆作用很可能与古特提斯洋初始裂解有关,并导致南秦岭构造带内地壳伸展、基性岩浆侵位,该过程与南秦岭构造带北缘的商丹(商南—丹凤)原特提斯洋的消减和陆内俯冲可能相关。