气候模式中云的垂直重叠及其辐射传输问题研究进展

概述了全球气候模式中云的垂直重叠的处理方法及其辐射物理过程的最新研究进展。从云垂直重叠模型的构造、模型在气候模式中的实现方式,得到与观测一致的云重叠结构所采用的数据和方法、重叠云的辐射传输等方面,给出了针对这一国际研究难点问题的最新研究进展。关于气候模式中云的垂直重叠问题的研究至今已取得了许多成果,表现在:重叠模型上有了更为科学的描述形式(如指数衰减重叠);重叠云的辐射传输也有了更快速的处理方法(如蒙特卡洛独立柱近似)并被广泛应用;连续的三维云遥感观测(如CloudSat/CALIPSO)和云分辨尺度的三维云模式的发展为在气候模式中精确描述云的垂直结构提供了丰富的观测资料和模式数据。但是,气候模式中现有的云重叠结构处理及其辐射传输方法还远不够完善,仍然存在很多没有解决的问题需要在未来进行探索。     

在线连续流量扩散云室对华北冬季大气冰核的观测分析

利用国内首台在线连续流量扩散云室,2017年冬季在华北地区高山站开展了大气冰核观测;结合常规气象要素、降水滴谱、气溶胶观测,分析了大气冰核数浓度特征,并对冰核活化参数化方法以及降雪对冰核的影响进行了研究。结果表明:（1）大气冰核在不同时间的浓度差异较大,?20°C时数浓度变化范围为2.50～76.8 L?1,平均值为18.347 L?1;（2）大气冰核浓度随活化温度降低呈指数增加趋势,随过饱和度增加呈指数增加,凝华核化所占比例约为18.64%;（3）大气冰核与粒径大于0.5 μm的气溶胶数浓度的关系可用参数化表示,相关性大于仅基于活化温度建立的参数化公式;（4）降雪过程大气冰核具有先增加后减少的特征。降雪开始后大气冰核数浓度增加,降雪后期系统过境伴随的大风,对气溶胶的清洗作用明显,大气冰核随之减少。本研究为在线连续流量扩散云室类型的冰核观测仪在国内首次使用,所建立的冰核参数化公式有助于华北地区冬季地形云及其降水的微物理特征研究,同时在云模式的发展和人工影响天气研究中也有重要的参考意义。     

位场各阶垂向导数换算的新正则化方法

位场垂向导数大量应用于位场数据处理与解释中.当前广泛采用的位场各阶垂向导数换算方法为基于Laplace方程并结合波数域和空间域方法的具有递推特性的ISVD(integrated second vertical derivative)算法.本文在位场垂向导数换算的正则化方法和径向平均功率谱的基础上,提出一种位场各阶垂向导数换算的新正则化方法.新正则化方法仅需通过分析位场径向平均功率谱来确定一个截止波数,即可稳定换算位场各阶垂向导数.理论模型和实测数据实验结果表明:(1)新正则化方法物理意义明确、计算简单,且各阶垂向导数换算的稳定性和精度明显优于ISVD算法;(2)在用新正则化方法求得各阶垂向导数的基础上,利用泰勒级数法可以获得大深度、高精度的位场向下延拓结果.     

结构双层多重调谐质量阻尼器(DMTMD)控制策略的鲁棒性评价

基于定义的二类优化目标函数,评价双层多重调谐质量阻尼器(DMTMD)控制策略对漂移频率系数(DFR)摄动的鲁棒性。数值研究表明,使用第二类优化准则设计的DMTMD、双重调谐质量阻尼器(DTMD)和多重调谐质量阻尼器(MTMD)比使用第一类优化准则设计的DMTMD、DTMD和MTMD具有更高的对DFR摄动的鲁棒性。而且,使用第二类优化准则设计的总数为4的DMTMD、DTMD和总数为11的MTMD具有近似相同的对DFR摄动的鲁棒性。     

1960年以来东亚季风区云-降水微物理的直接观测研究

云-降水的直接观测结果是云微物理参数化的重要依据。自1960年以来,处于东亚季风影响下的中国实施了大量对云-降水微物理参数的观测和研究,旨在加深对云-降水微物理过程的认识,从而改进数值模式中云微物理参数化方案和指导人工影响天气作业。云-降水微物理参数包括气溶胶、冰核、云滴、雨滴、冰晶、雪晶、冰雹等粒子浓度和谱分布,以及云滴、雨滴含水量等。中国已有云-降水微物理参数的成果可归纳为:(1)通常云-降水微物理粒子浓度变化较大,但总体变化有一定的范围;(2)采用Γ函数拟合云滴谱更接近实际谱,但不同拟合谱参数差异较大;(3)可用指数函数和Γ函数来拟合层状云降水雨滴谱,Γ函数拟合积云和层积混合云降水雨滴谱精度更高;(4)中国冰核浓度较高,冰核浓度随温度的降低近似成指数变化;(5)冰晶谱、雪晶谱、冰雹谱通常采用指数函数来描述;(6)通常使用荣格(Junge)和Γ函数来分段描述气溶胶粒子谱拟合误差更小。由于云-降水过程及其反馈作用描述不准确是数值模式预报结果不确定性的最大因素,中国正在不断地推进云降水的微物理观测研究,以期进一步加深对东亚季风区云-降水微物理特征的认识,从而为模式中微物理参数化方案的改进提供观测依据和科学指导。基于数值预报模式中云微物理过程参数化发展的需要,总结了中国1960年以来云-降水微物理直接观测的研究成果,可为东亚地区云-降水微物理研究及其模式参数化方案的改进提供观测依据。此外,针对云微物理参化发展的需求,结合过去已有的大量观测提出了几点建议,为今后云-降水物理综合性观测方案的设计提供参考。     

WRF模式对乌鲁木齐机场一次冻雾天气的数值预报对比试验分析

利用WRF模式和GFS资料对2016年11月28—29日乌鲁木齐机场一次冻雾天气过程进行预报,针对不同微物理过程、近地层、陆面过程、边界层等方案设计了13个预报方案组合,并将预报结果与观测资料进行对比分析发现,此次冻雾过程预报中,模式对陆面过程、近地层、边界层等参数化方案组合较为敏感,最优方案组合微物理过程为WDM6、近地层方案为QNSE,陆面过程方案为Noah,边界层方案QNSE。以最优的方案组合预报结果对此次冻雾进行分析,发现利用模式预报的环流形势、层结条件、温湿条件、混合条件等能够很好的判断出此次冻雾过程。就此个例而言,WRF模式预报的机场上空稳定层的变化,湿层结构、风场的水平和垂直结构等,对冻雾的生消以及冻雾过程中的能见度变化有一定的指示意义。     

太湖水体势能异常及水体层化的特征及其机制

大型浅水湖泊的水体势能异常和层化对水生生态环境演变、局地天气及气候系统有着重要的影响。基于2009年8月11—22日和3月17—28日的气象数据及水温廓线,探讨了太湖水体势能异常和表层混合层深度的变化规律及其机制。结果表明:太湖水体势能异常呈现明显的日变化特征,晚间水体势能异常消失,而白天逐步凸现出来;水—气之间的热量交换是影响水体势能异常和水体层化程度的关键性因子;夏季水体势能异常和层化程度远强于春季,其主要原因是夏季风场引起的混合作用比春季弱,而夏季水—气热量交换对水体势能异常的增强作用比春季强;水体势能异常程度与表层混合层深度存在显著的指数关系。     

水汽场初值调整及其对华南降水预报贡献的研究

该文利用GMS多通道气象卫星资料推导得到的降水资料估算出的加热率, 作为非绝热的非线性正规模初始化过程中的非绝热强迫项, 进行风压场的初值调整, 再采用一个与模式中的对流参数化方案相反的逆运算方案, 进行水汽场的初值调整.以保证初始时刻按模式的物理参数化方案计算得到的加热率与由卫星推导的加热率一致. 这一方法在非绝热的非线性正规模初值化的框架中, 使初始时刻的水汽场得到调整.既实现了传统的初始化目标, 又提高了模式对降水的短时预报效果.对华南的两个个例的试验结果表明该文的方法是有效的.     

浓雾中安全车速的计算

介绍了浓雾中高等级公路行车障碍的能见距离和安全车速的计算方法。将反应时间增加到1.8s，安全距离提高到10m，计算了安全车速，并讨论了高速公路关闭的能见度条件。