区域空气质量数值预报系统CAPPS3在辽宁的应用

利用城市大气污染数值预报系统CAPPS的第三版(CAPPS3),经过安装、调试和本地化、自动化处理,建立起适合于辽宁的区域空气质量数值预报系统,用于预报辽宁的城市污染指数和等级以及各污染物的日均浓度分布.通过模式预报结果与监测资料的对比,发现辽宁14个主要城市SO2、NO2预报准确率的总体水平明显高于PM10.区域污染物浓度分布位置和大小的预报结果与实际情况相符,污染物小时浓度的演变也与实际风场的变化趋势保持一致,表明CAPPS3模式系统能够及时准确地预报出区域污染的形成和发展过程.     

RegCM3模式对青藏高原夏季气温和降水的模拟

利用RegCM3模式对青藏高原1991—2000年10年夏季（6~8月）的地面气温和降水进行了模拟, 其模拟结果与CRU资料的对比分析表明: RegCM3模式的模拟能再现高原地面气温和降水的基本特征, 特别是气温, 能捕捉到高原北部夏季升温明显高于南部, 东北部升温最大; 在夏季3个月中, 模拟结果和CRU在6月份最为吻合, 7月份两者均为夏季气温最高月份和升温幅度最大月份, 8月份两者相差较大。RegCM3模式能够模拟出高原降水分布的基本特征和主要干湿中心, 由于高原降水的复杂性和模式对降水描述能力的不足, 降水模拟要差于气温。     

陆面气温资料的一种推广三维变分同化方法及其在简化情形的检验

发展了一种同化窗口为1个月的陆面气温推广三维变分资料同化方法,并建立了逐日资料到月平均资料的观测算子.作为对该同化方法的初步检验,以2000年1月中国陆地区域时间分辨率低、空间分辨率较高且在高原地区与台站观测资料比较接近的CRU(Climate Research Unit)月平均陆面气温资料作为观测,以时间分辨率高、空间分辨率较低且在高原地区与台站资料有较大误差的NCEP逐日气温资料作为背景场,采用背景误差协方差矩阵(简称B矩阵)的两种简化对角形式进行同化试验,得到高时空分辨率的格点陆面气温分析场,并进行对比分析和均方根误差检验.结果显示,由两种简化形式得到的逐日资料和月平均资料的质量均得到改善,在我国东南和中部大部分地区与台站观测基本一致,在青藏高原、新疆等台站稀疏地区与地形对应良好,为M-SDGVM模型或其他陆面过程模式高质量陆面气象驱动场的准备提供了一种新的手段.尤其在B矩阵中考虑了方差逐日变化的简化形式所得到的分析场整体上要优于不考虑的,这为最终在B矩阵中考虑协方差(即对推广三维变分同化不作简化)进一步改进同化效果打下了基础.     

全边界层选用相似理论对O3、NOx浓度及沉降的影响

将广泛应用于东亚地区的LLA(Lurmann Lloyd Atkinson)化学机制耦合到欧拉型区域空气质量模式(RAQM),并考虑区域污染物长期模拟研究中降水随时间变化的非均匀性,讨论了湍流参数化过程中相似理论在近地层和全边界层的应用对湍流垂直扩散系数(Kz)与干沉降速度(V),O3与NOx浓度的影响。结果表明,全边界层应用相似理论明显低估了Kz值,近地层50m处Kz值被低估20%以上,750m处其值被低估约70%;O3、NOx的干沉降速度在日本东部与南部海域被低估了10%以上,在朝鲜半岛东部和西部海域模拟值普遍偏高。Kz和干沉降速度的不同直接影响污染物的浓度和沉降量分布。Kz值的被低估对NOx浓度有明显影响,在近地层50m处NOx浓度最大可增加约30%,整个边界层中NOx平均浓度除台湾省东北海域外普遍增加5%~20%。O3浓度则受干沉降作用的影响较大。虽然近地层、全边界层分别应用相似理论都较好地模拟了O3与NOx峰值浓度出现的时间,但相似理论应用于全边界层会引起较大的误差。即使是大区域、长期空气质量模拟研究,也建议相似理论仅应用于近地层,且模式第一层高度应设置在常通量层内。     

RegCM3模式对青藏高原温度和降水的模拟及检验

为了检验RegCM3区域气候模式对青藏高原地区的模拟能力,利用NCEP再分析资料和观测站点资料,采用三种不同的对流参数化方案,对青藏高原地区2006年夏季进行了模拟分析,并重点对温度和降水进行了细致的检验。结果表明：模式能较好地再现青藏高原地区大尺度的环流特征,具有对青藏高原地区的温度和降水分布特征的模拟能力;对于量值的模拟,三种对流参数化方案均模拟出了与实况温度一致的变化趋势,但均存在5~6 ℃的冷偏差;Grell方案模拟的降水量均大于实况,Kuo-Anthes方案对于高原地区的降水量的模拟较为接近于实况,但模式对降水量的模拟能力仍有待进一步提高。     

Vertical Observations and Analysis of PM2.5, O3, and NOx at Beijing and Tianjin from Towers during Summer and Autumn 2006

During the period between 18 August and 22 September 2006, an ultraviolet photometric O3 analyzer, a NO-NO2-NOx chemiluminescence analyzer, and a quartz micro-oscillating-scale particle concentration analyzer were simultaneously used for monitoring at three different heights each at Beijing (325-m tower) and Tianjin (255-m tower). These towers belong to the Institute of Atmospheric Physics (IAP) of the Chinese Academy of Sciences (CAS) and to the Tianjin Municipal Meteorological Bureau, respectively. These measurements were used to continuously measure the atmospheric O3 and NOx volume-by-volume concentrations and the PM2.5 mass concentration within a vertical gradient. When combined with meteorological data and information on the variation of vertical characteristics of the various atmospheric pollutants in the two cities, analysis shows that these two cities were seriously polluted by both PM2.5 and O3 during summer and autumn. The highest daily-average concentrations of PM2.5 near the ground in Beijing and Tianjin reached 183 μg m-3 and 165 μg m-3, respectively, while the O3 concentrations reached 52 ppb and 77 ppb, and NOx concentrations reached 48 ppb and 62 ppb for these two cities, respectively. The variations in the daily-average concentrations of PM2.5 between Beijing and Tianjin were demonstrated to be consistent over time. The concentrations of PM2.5 measured in Beijing were found to be higher than those in Tianjin. However, the overall O3 concentrations near the ground in Tianjin were higher than in Beijing. NOx concentrations in Tianjin were consistently lower than in Beijing. It was also found that PM2.5 pollution in Beijings atmosphere may also be affected by the pollutants originating in and delivered from Tianjin, and that Ti     

三维变分同化雷达资料暴雨个例试验

采用中国新一代数值预报模式及其同化系统开展雷达资料的三维变分同化和数值模拟研究.通过一次暴雨个例的对比试验,结果表明:不考虑垂直运动影响的情况下,仅同化多普勒雷达径向风资料可以增加初始场中的中小尺度系统信息,并在一定程度上改善预报开始阶段的降水;同化由反射率因子导出的垂直速度、雨水混合比并令上升区饱和,可以较大改善降水预报结果;联合同化径向速度和反射率因子资料将得到它们的共同影响.模拟的β中尺度对流系统6 h的演变过程与观测十分一致,基本消除了旋转加强现象.发展旺盛阶段的对流单体南北方向范围约50 km,最大上升速度位于500 hPa附近,超过3.0 m/s;雨水最大含量在400 hPa附近,超过5.0 g/kg;云水最大值位于600 hPa,约0.5 g/kg;造成的降水强度可达30 mm/h,具有明显的β中尺度系统的特征.初始场中水汽是否达到β中尺度降水维持所需条件是至关重要的,如果初始场中水汽条件较差,即使含有云水、雨水、垂直速度的信息,这些信息也会很快消亡,难以维持下去;此外,雷达资料的质量控制也是十分重要的.     

Sensitivity of the DRP-4DVar Performance to Perturbation Samples Obtained by Two Different Methods

The dimension-reduced projection four-dimensional variational data assimilation (DRP-4DVar) approach utilizes the ensemble of historical forecasts to estimate the background error covariance (BEC) and directly obtains the analysis in the ensemble space.As a result,the quality of ensemble members significantly affects the DRP-4DVar performance.The historical-forecast-based initial perturbation samples are flow-dependent and can describe the error-growth pattern of the atmospheric model and the balanced relat...     

CAM3模式模拟厄尔尼诺事件对大气环流异常的影响

采用CAM3（Community Atmosphere Model Version3）模式中海气湍流通量参数化原方案和改进方案,利用观测海温驱动CAM3模式进行气候模拟,以分析模式对厄尔尼诺事件影响气候变化的模拟能力。结果表明,采用CAM3模式海气湍流通量参数化改进方案,模式能够更好地模拟出由厄尔尼诺事件引起的北太平洋和北美地区大气环流的变化,尤其是对厄尔尼诺年冬季阿留申低压强度和与PNA遥相关型有关的500hPa位势高度异常的模拟。     

一次冷锋过境后的海风三维结构数值模拟

为研究大尺度系统风对海风的影响以及海风三维结构特征,利用山东省123个地面自动站资料、青岛地区三十多个内陆及沿海、海岛观测站以及奥帆赛场3个浮标站资料,对2006年8月21日青岛一次海风个例进行了分析,并利用美国俄克拉荷马大学风暴分析预测中心开发的ARPS(the Advanced Regional Prediction System)模式,对海风过程进行了数值模拟研究。结果发现:在较强的离岸风背景下,当内陆气温高于海面气温2℃左右时,海风也可以发生。海风首先在海岸线附近的海上开始,发展的同时向内陆及远海地区推进。海风低层环流很浅,主要位于500 m以下。在较强的偏北离岸风下,海风向内陆推进的距离很短。偏北的大尺度系统风由于渤海冷下垫面的影响,不利于青岛海风的维持。海风开始时,在1500～2500 m高度处同时有反环流出现,但直到傍晚前后,海风的垂直环流圈才发展得比较清晰,其高度也更接近地面。海风消亡后,高层的垂直环流圈及反环流维持3 h左右才逐渐消亡。