Implementation of the semi-Lagrangian advection scheme on a quasi-uniform overset grid on a sphere

The semi-Lagrangian advection scheme is implemented on a new quasi-uniform overset （Yin-Yang） grid on the sphere. The Yin-Yang grid is a newly developed grid system in spherical geometry with two perpendicularly-oriented latitude-longitude grid components （called Yin and Yang respectively） that overlapp each other, and this effectively avoids the coordinate singularity and the grid convergence near the poles. In this overset grid, the way of transferring data between the Yin and Yang components is the key to maintaining the accuracy and robustness in numerical solutions. A numerical interpolation for boundary data exchange, which maintains the accuracy of the original advection scheme and is computationally efficient, is given in this paper. A standard test of the solid-body advection proposed by Williamson is carried out on the Yin-Yang grid. Numerical results show that the quasi-uniform Yin-Yang grid can get around the problems near the poles, and the numerical accuracy in the original semi-Lagrangian scheme is effectively maintained in the Yin-Yang grid.     

On the nonlinear response of lower stratospheric ozone to NOx and ClOx perturbations for different CH4 sources

The impact of sulfate aerosol, ClOx and NOx perturbations for two different magnitudes of CH4 sources on lower stratospheric ozone is studied by using a heterogeneous chemical system that consists of 19 species belonging to 5 chemical families （oxygen, hydrogen, nitrogen, chlorine and carbon）. The results show that the present modeled photochemical system can present several different solutions, for instance, periodic states and multi-equilibrium states appearing in turn under certain parameter domains, through chlorine chemistry and nitrogen chemistry together with sulfate aerosol as well as the increasing magnitude of CH4 sources. The existence of catastrophic transitions could produce a dramatic reduction in the ozone concentration with the increase of external sources.     

序言

气溶胶是指悬浮在空气中的纳米及微米级固体或液体微粒, 对大气能见度、人体健康、气候变化和生物地球化学循环都有重要影响.2020 年以来, 新冠疫情的全球蔓延也吸引了众多不同领域科学家更加关注气溶胶科学研究.越来越多的证据表明, COVID-19存在气溶胶传播的可能.     

读诗谈天象之五 大气造成的天文现象(下)

大气折射对天文观测的影响大气折射还造成另一个影响天文观测的效应,称为大气色散。原来,空气的折射率还与光的波长(即颜色)有关,不同颜色的光在相同的介质中传播,因折射率不同而分散,雨后彩虹展现由红到紫的七色景象,正是由于同样原因(光被悬浮在空气中的小水滴折射并产生色散)。由于大气色散,使得我们观测到的天体像,无论是目视的眼睛所见还是照相的底片留影,星像都呈现为一条垂直的细小光谱,紫端靠近天顶。天顶距越大,色散也越大。     

大气CO2浓度升高对土壤中不同粒级碳的影响

不同粒级土壤中的碳有着不同的周转规律,在高CO2浓度条件下,它们含量的变化将在一定程度上反映土壤碳是累积还是减少,对明确土壤碳的变化趋势有重要意义.采用田间培养试验初步模拟研究在高CO2浓度条件下土壤不同粒级碳的分布.结果表明,加入秸秆培养1年,由于CO2浓度升高的原因导致在低氮(LN)、常规氮(NN)和高氮(HN)水平下土壤中碳分别增加0.01、1.10、1.22g/kg,表现为粒级＜53 μm土壤颗粒中碳分别增加1.53、2.19、2.70 g/kg.粒级＜53 μm土壤颗粒碳量的增加,主要是由于其重量分配百分数显著增加36.2%,碳浓度增加5.4%;粒级＞250μm和250～53μm土壤颗粒部分虽然其碳浓度分别增加20.8%和17.3%(P＜0.05),但由于重量分配百分数分别显著降低22.8%和36.1%,结果碳量降低.试验表明高CO2浓度导致不同粒级土壤的分配及碳浓度的变化;高氮施肥水平下有增加土壤碳量特别是小粒级土壤碳量的趋势.     

资源三号卫星影像纠正的方法研究

影像的应用前提是影像处理,大气校正可消除大气和光照等因素对地物发射的影响。在此基础上,介绍几种常用的几何纠正方法,可消除系统和非系统因素引起的影像几何变形。本文通过对资源三号卫星的基本参数信息和相对应影像数据特点的介绍,先通过大气校正,校正后的影像分别使用几何纠正的几种方法,并通过各种方法的计算量、实用性以及相应的精度,对比分析各种方法在处理这种数据时的优越性。     

巴芬湾西部和格陵兰岛东部大气经向热量输送协同变化对夏季北极海冰的影响

利用欧洲中心气候再分析资料和美国国家冰雪数据中心北极海冰面积资料,分析了夏季北极海冰面积与前期大气经向热量输送年际变化的联系。结果表明：6月北半球中高纬大气的经向热量输送以瞬变热量形式为主,其中巴芬湾西部（B区）和格陵兰岛东部（G区）是瞬变热量向极区传输的两个通道,二者之间存在反位相的协同变化,且这种协同变化与夏季北极海冰面积变化密切相关。可能的机制为：6月,AD、AO和NAO三种北极大气环流型能够引起巴芬湾西部和格陵兰岛东部瞬变热量输送的协同变化,这种协同变化通过涡旋动力作用激发夏季极区大气表现为AD异常,同时影响途经区域的气温,从而通过热动力作用影响夏季北极海冰。将向极区输送的热量称为暖输送,从极区输出的热量为冷输送,则上述两个区域的瞬变热量协同输送可分为三种情况：B暖G冷、B冷G暖、B和G均冷,而B和G均暖的情况十分罕见。当B区向极区输入、G区输出热量时,有利于太平洋扇区和喀拉海的海冰偏少;当G区输入、B区输出热量时,利于喀拉海和拉普捷夫海海冰偏少;当B区和G区均输出热量时,利于波佛特海南部、喀拉海和拉普捷夫海海冰偏多,反之则相反。     

青岛地区海雾分布及大气边界层条件分析

青岛地区海雾多发,观测表明海雾对沿海地区影响范围不尽相同,特别是海雾影响内陆的机理尚缺乏研究。本文利用观测资料及数值模式统计了青岛地区4月-7月海雾分布特征,并对不同影响范围海雾典型个例进行对比分析,结果表明:海雾发生日数自沿海向内陆递减。胶州湾沿岸雾日数比黄海沿岸明显减少,胶州湾东北部的雾日数要少于胶州湾西北部。海雾多发生于高空形势稳定,低层偏南流场的天气条件下。大气边界层内逆温层的的范围大致影响着海雾的分布。只影响沿海的海雾,地面为偏南风,风速在3~8 m/s之间,内陆风力减弱不明显。500 m以下大气边界层内风速切变大。湍流作用使海雾向内陆推进过程中倾斜抬升为低云,地面雾区减弱。能够影响内陆地区的海雾,多出现在地面风力较弱的情况之下,大部分在1~3 m/s之间。500 m以下大气边界层内风速切变小,大气边界层内湍流强度不强,使沿海到内陆的逆温层能够始终维持,沿海海雾在弱南风影响下延伸影响内陆地区。     

2016与1998年春季北大西洋海表温度异常的差异及成因

利用再分析资料以及混合层海温诊断方程, 研究1997—1998与2015—2016年超级厄尔尼诺次年北大西洋海表温度异常(sea surface temperature anomalies, SSTA)的差异及成因。结果显示, 北大西洋SSTA在1998年春季呈明显正负正三极型式分布, 而在2016年呈弱的负正负型态。诊断热带北大西洋SSTA的影响因素表明, 1998年春季暖SSTA除了之前研究强调的海洋表面向大气的潜热输送异常减少, 以及吸收太阳辐射的增加外, 海洋动力过程即Ekman纬向漂流也起着重要的作用。热力过程与厄尔尼诺峰值后出现的北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation, NAO)负位相有关, 其可引起亚速尔高压减弱, 产生西南风异常, 通过风-蒸发-海表温度(sea surface temperature, SST)反馈机制使热带北大西洋蒸发减弱, 海表增暖, 沃克环流下沉支的东移对这一增暖也有贡献。与1997—1998厄尔尼诺事件不同, 2015—2016厄尔尼诺事件没有强迫出负位相NAO, 而是出现弱NAO正位相, 热带北大西洋为弱的东风异常, 使海表发生一定的冷却, 形成2016春季北大西洋SSTA与1998年的明显差异。     

利用多普勒雷达网对一次典型飑线过程的分析

利用天气学原理和新一代多普勒天气雷达网,对2005年3月22日发生于广东的一次大范围飑线过程进行了详细分析。分析表明,南岭横切变和500 hPa南支槽为过程提供了大尺度天气背景,地面小股冷空气的入侵则是其触发条件;弓形回波后部弱反射率因子通道的出现标志着飑线发展到最强盛阶段;线性波状飑线南北段不断新生对流单体并有向弓形回波中间传递合并的趋势;雷暴群产生的下沉辐散在其右前方一定距离产生的长弱回波线,是识别雷暴群变化的一个标志。