中尺度模式中各种湿物理过程的数值模拟

利用PSU／NCAR的MM5对1999年6月下旬发生在江淮流域的梅雨锋暴雨进行数值模拟试验，研究MM5中不同湿物理过程中对MM5模拟梅雨锋暴雨的影响。试验结果显示：中尺度模式MM5能一定程度再现一些观测的中尺度特征，对流参数化方案对网格格距的大小比较敏感；显式云物理方案考虑冰相后可明显改善模式对暴雨的模拟能力，尤其是采用Reisner包含霰的混合相双变参数谱方案的双重嵌套网格对降水量的模拟取得较好的效果。     

青藏高原未来气候变化的热动力成因分析

利用第五次国际耦合模式比较计划(the Fifth Phase of Coupled Model Inter-comparison Project,CM IP5)的8个模式在高浓度排放路径RCP8. 5下的输出资料对青藏高原(下称高原) 21世纪未来气候变化进行预测,基于水汽收支方程对高原局地地表水通量P-E(降水-蒸发)变化进行热动力过程分解,求取平均环流(动力因子Mean Circulation Dynamic,MCD)、水汽辐合项(热动力因子,Thermal Dynamic,TH)等对P-E通量变化的相对贡献率,建立大尺度环流变化和高原局地气候变化的定量关系,探讨高原未来气候变化的热动力成因。研究结果表明:(1)高原未来整体变暖湿,与历史参考时期1986-2005年相比,21世纪末P-E通量增加17. 9%,增湿梯度呈西北-东南向分布,以高原东南部林木分布区增加最显著;(2)在高原湿季(5-9月,也即高原植被生长季)内,因平均环流变化导致的水汽输送变化是高原未来变湿的主要原因,贡献了约53%的P-E通量增加,这与气候变暖后Hadley环流下沉支和中高纬西风环流的极向扩展有关;热动力因子贡献了12%P-E通量的增加,对高原未来的整体变湿贡献相对较小,但在三江源区热动力贡献较大,这与该区未来植被覆盖增加,植被对气候变化的正反馈加强有关。值得注意的是,受CMIP5多模式分辨率粗糙、模拟性能在高原地区差异较大等的影响,分析结果存在一定不确定性,结论比较初步,未来使用分辨率更高、物理过程更完善的模式,结合统计方法提高预测精度可进一步改善研究结果。     

一次强对流天气过程中尺度对流系统特征分析

利用NCEP／NCAR再分析资料、FY2C云图及广州新一代多普勒天气雷达产品,对2007年6月9～10日发生在广东省的一次强对流天气过程中的中尺度对流系统（MCS）进行了分析,主要结论有：1）对流层中高层辐散低层辐合,以及“上千下湿”相配置的垂直环流结构特征,和不稳定的大气层结为此次暴雨的形成提供了所需的动力条件和水汽条件;2）MCS云系生成、发展于南支槽和西南低涡东南侧的暖湿气流所形成的云系中;3）在雷达回波图上,MβCS回波的发展具有明显的右移风暴移动特点和“列车效应”,且发展成熟阶段的回波呈显著的“弓形”和“人字形”水平回波演变结构。     

青藏高原东侧一次β中尺度对流系统的数值模拟

利用PSU/NCAR的高分辨率中尺度非静力数值模式MM5,模拟了2001年9月18日发生在青藏高原东侧的绵阳大暴雨过程.结果表明,高分辨率数值模式对触发本次降水过程的β中尺度对流系统具有较好的模拟能力.高分辨率模拟输出显示"9.18"绵阳大暴雨与边界层内一个中尺度辐合扰动的发展和移动相伴,且中尺度辐合扰动还诱发了一个时间尺度约为6 h的β中尺度涡旋和强烈发展的降水雨团.模拟还显示受高原地形影响,该β中尺度对流系统具有独特的动力和热力结构.其动力特征是强上升运动和超强散度柱与对流层低层强涡度互耦发展,热力特征是对流层低层具有对流不稳定能量,中层具有斜压不稳定能量.中尺度对流系统具有两支上升入流和两支下沉出流,低层入流(东南气流)触发低层对流不稳定能量释放,中层入流(高原近地层偏西暖湿气流)触发中层大气斜压不稳定能量释放,两种不稳定能量共同作用促使对流雨团强烈发展,形成绵阳大暴雨.     

一次切变线暴雨的观测特征分析

利用探空、卫星、雷达、闪电定位仪等多种观测资料,对2007年7月1-2日发生在湖北境内一次切变线暴雨过程的观测特征进行详尽分析.结果表明,大气层结不稳定、湿度高以及切变线发展是此次暴雨的主要成因:卫星云图上表现为4个中尺度云团相继影响,当云团平均亮温低于-75℃时,均能产生30 mm/h以上强降水;雷达速度场上暴雨区中存在清晰的辐合线和逆风区;闪电资料显示,地闪与强降水的时空分布较为吻合.     

一种客观预报旱涝的动力统计方法

将自行研制的北半球月平均高度场月际预报的动力统计谱式模块化,使之在微机上运行 ,将该模式提前一个月作出的环流预报谱系数采用统计方法释用于湖北省的夏季旱涝预测。对独立样本所作的预报结果表明,该客观预报方法具有一定的预测能力。     

沙尘气溶胶对西北地区植被遥感的影响分析

选取扬沙—浮尘天气发生中、后的对地观测卫星EOS-MODIS数据,利用6S辐射传输模式对该卫星资料进行大气订正,分析了沙尘气溶胶对沙尘多发区的西北地区植被指数(VI)遥感的影响。结果表明,与晴空天气得到的反射率相比,沙尘使红光通道反射率ρ1、近红外通道反射率ρ2和蓝光通道反射率ρ3均增加,归一化植被指数NDVI有不同程度的降低,降低最大值为0.246。抗大气植被指数ARVI也有所降低,降低最大值为0.231。应用晴空天气条件下的资料,建立了西北干旱区ARVI与NDVI之间的线性关系,并证明了在沙尘天气条件下,利用ARVI计算NDVI的方法,所得的结果较好。     

多模式集合预报技术及其分析与检验

基于国家气象中心天气预报业务平台,对德国、日本、欧洲中心数值预报模式和我国T213模式的夏季预报产品进行检验,在此基础上,通过不同模式对目标区域预报能力的分析,分别应用神经元网络预报技术和基于Ts评分的客观多模式权重系数法(ME),建立了4个模式的集合预报方法,并应用于2005年汛期业务运行。结果表明:ME对短期降水预报技巧高于简单集合平均,因此具有一定的业务应用前景。     

由变性台风环流引发的山东特大暴雨天气的位涡场分析

利用非静力中尺度模式MM5对0114号热带风暴Fitow从2001年8月31日00时(UTC)到9月2日00时的降水过程进行了模拟，采用滤波方法对模式结果进行了尺度分离，分析了暴雨发生时的中尺度特征及成因。结果表明：MM5模式对：Fitow登陆过程的降水模拟较成功，暴雨的落区和强度与实况比较一致。Fitow暴雨的中尺度特征在降水的时间尺度、空间尺度、高低空流场和散度场上都很明显。正是维持少动的TC倒槽和嵌入其上的这些中小尺度系统相互作用造成了暴雨的发生，而高低空中尺度散度场的配置对这类暴雨有很好的指示意义。华南地形和海陆分布与暴雨的发生发展有密切的关系。弱的层结不稳定或中性层结是有利于暴雨系统发展的环境条件。     

臭氧和平流层动力学的相互作用

讨论了给定的南极春季臭氧洞(取自1979—1985年臭氧减少的观测结果)对二维平流层—对流层模式中温度和环流的影响。11月份,南极上空约17km处,温度最多可降低6℃。这种温度变化引起的平均经向环流对臭氧洞起填塞作用,不过,这种影响很小,每年仅产生14DU的变化。观测事实表明,近年来10月份,南半球波活动减弱。为此,我们作了南半球波作用全年都减少一半,并考虑了臭氧洞的数值试验。结果表明,臭氧柱在11月份76°S减少了44DU,在赤道却增加了12DU。