东亚春季强冷锋结构及其动力学诊断研究 I. 东亚春季强冷锋结构

本文利用常规探空资料和华东中尺度试验的部分资料，对1983年春季一次快速南下，并在江淮地区产生大范围强对流天气的冷锋进行了三维结构的分析。通过研究发现，这次冷锋过程主要有以下特征: （1） 与冷锋相对应的高空槽前存在一支下沉（DVM）气流；（2）有一强的辐合区出现在对流层中层，锋前上升运动的最大值也出现在对流层中层；（3）比较强的锋生过程主要集中于对流层中下层；（4）存在一支明显的热力直接环流（TDC），即暖湿空气沿冷锋倾斜上升；（5）在冷锋后存在一支较强的下沉气流（DVM），这支DVM对冷锋逆温层（或等温层）的形成可能有重要作用。并将此次东亚春季强冷锋个例与小仓义光（Ogura）等分析的北美春季冷锋（SESAME）个例作了对比，发现此次冷锋个例中，锋区的温度密集区主要在对流层中层，而北美SESAME个例温度密集区主要在对流层低层。这可能是由于东亚高空急流较强，动力强迫而引发锋生所致。     

一次引发北部湾大暴雨过程的海风锋模拟研究

利用非静力中尺度模式MM5对2008年6月5日北部湾一次引发大暴雨过程的海风锋系统进行模拟研究,结果表明:(1) 模式成功模拟出了降水落区、强度及时间变化;此次强降水天气过程是由于海陆风环流引发的中小尺度海风锋系统所造成。(2) 日出至午后14时,北部湾沿海区域,伴随着西南强风气流和出海高压后部的东南风气流,来自印度洋海域和南海海域的两股相对高温、高湿空气在与内陆相对较干较冷的空气相遇,来自洋面的两股暖平流叠加,造成温度梯度增大;暖湿气流堆积后,不稳定能量增加,激发了对流运动,引发海风锋生。降水区域大致位于两个不稳定能量轴之间,随着能量轴的移动而移动,同时能量轴在不断深入内陆的过程中不断消耗减弱,降水强度随着减弱。(3) 此次海风锋发生、发展和消亡的整个过程集中在日出至14时前后,海陆温度的分布是由暖海冷陆转变成暖陆冷海的过程中。海风锋的整个垂直对流尺度大约在5 km,主要的对流发生在950～800 hPa层(约0.6～2.0 km),水平尺度约40～60 km,是一种近地面层的中-β尺度系统。(4) 海风锋自海岸线向内陆的入侵过程中强度逐渐减小。空气流厚度紧靠锋面处较低,其后迅速增大,锋面过后空气流厚度缓慢减小,充分表现出海风锋结构上存在的一个隆起的“头”的特征。      

1979-2016年祁连山地区大气水汽含量时空特征及其与降水的关系

采用1979-2016年ECMWF1.5°×1.5°逐月再分析资料及同期37个气象站点的降水资料,利用一元线性回归、累积距平、Kriging及IDW（反距离加权）等方法分析了祁连山地区大气水汽含量时空分布特征、降水转化率空间变化规律以及风场分布规律,并对比分析了中国西部不同地区降水转化率的变化趋势。结果表明：（1）1979-2016年祁连山地区大气水汽含量整体呈增加趋势,且季节变化明显。其中夏季是各层大气水汽含量最多的季节,高达329.24 mm,占多年平均大气水汽含量的48.1%。（2）近38 a来,祁连山地区的大气水汽含量呈东南多、西北少的空间分布,且随海拔的升高而逐渐减少,整层大气水汽主要集中在5 000 m以下。（3）祁连山地区的降水转化率从空间上表现出由东向西递减的趋势,说明该地区空中云水资源的开发潜力自东向西逐渐增强,空中云水资源的开发潜力区域差异明显;季风所携带的水汽对其影响区域的降水贡献率较高,西风所携带的水汽则对其影响区域的降水贡献率较低。（4）中国西部地区降水转化率呈向心式递减的趋势,且区域空间波动较大。     

融机器学习与WRF大气模式的PM2.5预报方法

针对当前我国重污染天气实时的空气质量预报问题,该文提出了一种融合随机森林算法与WRF大气模式的PM2.5浓度实时预报方法。该方法结合了北京市地面空气质量监测数据和WRF气象数据进行分析,将高层大气状态(如逆温层高度等)融入了预报模型中,建立了0~72h的PM2.5浓度实时预报模型。实验证明,该模型能够对0~72h单站点的PM2.5浓度进行较高精度的实时预报,且在24~72h的长时预报结果上较基于地面空气污染物数据与地表气象站数据的预报方法精度有明显提升,即该方法可以更好地模拟大气物理化学状态,从而更为精准地进行长时PM2.5浓度预报。     

MM5模式对2008年1月25-30日我国南方强冰雪过程的数值模拟

利用NECP 1°×1°6 h再分析资料,分析2008年1月25-30日我国南方一次强降雪天气的大尺度环流形势.结果表明,高空环流波动为此次强降雪提供了有利的高空环流形势,中低层阻塞高压及其南部低涡的长期维持是导致低层锋区形成和强降雪发生的关键;由于部分地区大气垂直结构呈上下冷、中间暖的状态,致使冻雨形成.同时,利用中尺度模式MM5对此次过程进行72 h数值模拟,并以模拟结果对湖南湘潭的冰冻成因进行再分析,进一步证实了低层低温、逆温层的存在及充足的水汽是冰冻形成的主要原因.     

“8·23—24”上海远距离台风大暴雨影响分析

利用常规天气资料、物理量场资料、雷达资料、云图资料以及主要业务模式预报资料等,对2015年8月23和24日上海地区大暴雨进行了分析。分析表明这是一次远距离台风与北方扩散南下冷空气共同影响产生在上海及周边地区的大暴雨过程。1515号台风天鹅北侧外围的偏东风急流为强降水区提供了源源不断的水汽;北方扩散南下冷空气与台风北侧外围的东风急流汇合使得辐合抬升得到加强;各业务模式的检验表明,由于无法精确预报台风的位置、台风外围的偏东风气流影响的强度和地区以及冷空气强度等,大部分业务模式无论是降水落区、强度及最强降水时段预报均存在较大的误差。在模式预报有误差的情况下,要重视实时资料应用,及时做出短时暴雨预警。     

基于OMI卫星数据的城市对流层NO2变化趋势研究

利用OMNO2全球产品卫星遥感资料研究科技城市北京、交通城市黄骅港、旅游城市三亚、特区城市深圳和工业城市抚顺的NO2月平均变化情况。通过Beat软件和IDL联合编程对该产品进行处理,得到各城市对流层NO2垂直柱密度的月平均值;对各城市2004年10月至2007年10月的NO2月平均变化进行线性正弦模型模拟,得到月平均变化趋势和月增长率,并评价变化趋势的精度。结果显示,各城市在冬季NO2对流层垂直柱密度较大,夏季较小,季节性循环明显。北京、黄骅港、三亚、抚顺在这段时间NO2总体呈增加趋势,从大到小依次是:抚顺、北京、黄骅港和三亚,深圳呈减少趋势。根据趋势显著性判别准则,各城市的NO2月平均变化均显著。另外相对于2004年10月,月相对增长率从大到小依次是抚顺、三亚、黄骅港、北京、深圳,其中深圳的NO2呈现负增长。     

天文大气折射改正模型比较分析

天文大气折射一直是影响天文测量精度的主要因素之一,针对光学天文测量中大气折射的问题,主要介绍、归纳了几种在处理天文大气折射改正中常用的模型,并比较分析了标准大气条件下不同模型的改正效果,为天文大气折射模型改正的进一步研究提供基础。结果表明:在天顶距不大于60°的情况下,不同方法之间差异性很小,但随着天顶距的增大,不同方法的差异增大。对于高精度天文测量,需要寻求一种精度高、实用性强的处理方法对天文大气折射的影响进行改正和计算。      

经圈环流对定常波传播的影响

在一般斜压大气中，基本气流中包含经圈环流时，定常波传播不仅能穿过东风带，而且明显增强。在基流含有经圈环流的情况下，北半球中纬度地形强迫可引起低纬大气的显著响应，这表明经圈环流在中低纬定常响应的相互联系中起着重要作用；北半球中纬度热力强迫可产生类似北半球夏季季风环流的波列分布，这说明经圈环流在夏季季风环流的形成中起着一定的作用；在赤道东太平洋加热强迫情况下，在冬半球可引起ＰＮＡ型的定常波传播波列，而在夏半球却没有明显的ＰＮＡ特征。这表明经圈环流对冬、夏半球的定常波传播路径有着显著的影响。     

丘陵地区边界层风廓线雷达数据统计特性分析

采用数据获取率来分析和评价风廓线雷达的探测能力, 对通过2012年的风廓线数据进行统计分析。结果表明:数据获取率和信噪比都随季节变化, 夏季探测能力大于冬季。按照数据获取率达到80%的要求, 确定边界层风廓线雷达无降雨天气有效探测高度为3 km, 并确定低模和高模最佳衔接高度为0.6 km, 能够获得更好的数据获取率。在无降雨天气, 信噪比随高度呈现对数函数单调递减的变化规律, 夏季信噪比的衰减程度比冬季大;在降雨天气, 信噪比随高度呈现一次函数的变化规律, 其斜率范围在-10.44~-2.47之间, 而夏季信噪比的衰减程度比冬季小。