包含正定水汽高精度算法的MM5模式的暴雨实例试验

本文首先对非静力中尺度模式ＭＭ５的水汽输送方案作了半理想试验。结果显示,ＭＭ５原有的水汽平 流输送算法在水汽梯度较大的地方产生水汽负值,影响模式的模拟结果和模式的稳定性,对此,本文把一个正定的水汽输送算法Ｐｒａｔｈｅｒ算法引入ＭＭ５,并用实例作了数值试验,检验了模式的模拟能力,结果表明,对ＭＭ５的改进是敏感的有效的,Ｐｒａｔｈｅｒ格式增强了模式暴雨落区,暴雨中心的模拟能力。     

一次爆发性东海低压发展引起的海上强风分析

2006年6月1日受突然发展的东海低压影响,舟山全市普降暴雨或大暴雨,舟山沿海出现9～11级东到东北大风。通过分析发现：台湾附近的地面倒槽在华南沿海西南气流的引导下北抬,到舟山海域正好遇上高空深厚的低涡东移,高、低空系统的垂直耦合是地面低压发展的关键;中低层的强温度平流造成抬升运动,产生降水并释放潜热,也是低压发展不可或缺的条件。     

2014年成都地区一次连续性大雾天气的成因分析

本文利用常规气象观测资料和NCEP1°×1°再分析资料对2014年1月31日～2月1日成都地区连续性大雾天气过程的环流背景、气象要素及相关物理诊断量进行分析,结果表明:本次持续性大雾天气过程是在500h Pa西北气流和地面均压场的环流形势下发生的,属于平流-辐射雾。前期降水、偏南水汽和西风扰动水汽为本次大雾形成提供了水汽条件。低层暖平流输入、水汽辐合以及辐合上升运动有利于大雾的形成和维持;反之,则大雾消散。逆温层高度及强度、双逆温结构、冷平流入侵厚度和湿层厚度与雾的浓度密切相关。      

动量平流对混合连界层中的风场及其扰动稳定性的影响

提出了线性动量近似方案，并利用该方法讨论了动量平流对混合连界层中的风速、垂直速度、大气动能耗散的影响。同时讨论了动量平流、摩擦对风场扰动稳定性的影响，得到了一些有意义的结果。     

典型非球形冰晶粒子的凝华增长数值模拟试验

在凝华增长过程中,冰晶的形状随着温度和湿度的改变而改变,准确模拟冰晶粒子的演变对于提高云模式的模拟能力起着非常重要的作用。在现有的云模式中,冰晶形状通常假设为球形,而在实际大气中,冰晶形状十分复杂。本研究中,我们根据冰晶凝华增长理论模型建立了一个单个冰晶粒子增长模型,模拟了温度分别为-1℃~-30℃时,单个典型非球形冰晶粒子的凝华增长过程。与风洞观测数据相对比,该模型能够抓住单个冰晶粒子的轴长,质量以及纵横比随温度和湿度的变化过程。我们进一步将该理论增长模型应用到群粒子的凝华增长过程的模拟。我们釆用欧拉二维正定平流输送法(MPDATA)模拟了典型非球形冰晶群粒子的凝华增长,并对比分析了在不同纵横比分辨率下的模拟效果以及温度变化对冰晶形状的影响,结果表明运用该数值方法可以合理地模拟出群粒子在凝华增长过程中纵横比的演变。与目前采用的拉格朗日-欧拉混合平流算法比较,该算法能够耦合到欧拉动力框架下的分档云模式中去,这对我们研究冰晶粒子形状对云微物理过程和动力过程的影响,以及它们对冰粒子凝华增长的反馈作用具有非常重要的科学意义。     

基于多普勒天气雷达的垂直散度和温度平流廓线反演

垂直散度廓线可用于推断大气垂直运动情况,垂直温度平流廓线可用于推断大气层结是否稳定,有助于预报员推断本站降水演变趋势。鉴于我国多普勒天气雷达中还没有垂直散度和温度平流廓线产品,提出了这两种产品的反演方法。首先使用分层VVP方法从雷达体扫径向速度资料中反演出雷达站上空的垂直风廓线和垂直散度廓线,然后在假设大气处于地转平衡条件下,基于温度平流与地转风随高度的变化关系,从垂直风廓线中反演出垂直温度平流廓线。以两次大范围暴雨天气过程为例,反演了雷达站上空的垂直风廓线、散度廓线和温度平流廓线,并对反演结果进行了分析。结果表明:在雷达周围有大范围降水回波的情况下,使用分层VVP方法能合理地反演出雷达站上空的垂直风廓线和散度廓线;在这种情况下,反演的垂直风廓线代表各个高度雷达有效探测范围内的平均水平风,可近似满足地转平衡条件,因此,使用热成风方程能较为合理地从垂直风廓线中反演出垂直温度平流廓线;三个反演产品的合理性可用天气学理论和天气实况来解释。     

离散点气象要素平流外推模型

大气平流方程一般用于格点场数值预报的处理,鲜有应用到离散点要素外推。离散点平流外推模型不仅使时间方向站点资料补缺更具物理意义,而且为站点要素的预报奠定基础。模型首先根据站点离散特征,对平流方程进行改造,得到离散点风速、梯度本征向量,并通过频数统计拟合出平流项似然概率的高斯表达式,以此计算出新平流方程数值解。通过对单点和多点的实况试验,得出了模型的具体应用特点,并给出了一个实际的数据补缺场景,作用显著。该模型具有小巧、高效,易用等特点,有良好的普适性,作为一个通用的数学模型,为离散点的要素预报提供了一种新的思路。     

1997年和2011年春季北极臭氧损耗事件的对比分析

采用SLIMCAT化学传输模式以及再分析资料,对比分析了1997和2011年北极地区平流层臭氧异常偏低事件及其成因。结果表明,1997和2011年3月北极地区大气臭氧柱总量（TCO）异常值都达到了约-80 DU,并且在30-200 hPa（中下平流层）区域的大气臭氧柱总量异常约占整层大气臭氧柱总量异常的80%。分析表明发生在这两年的极端臭氧偏低事件均可能是由于上一年冬季的拉尼娜事件导致上传的行星波减少,使得北极极涡加强,平流层温度异常偏低,生成了更多极地云,引起更强的臭氧化学损耗导致的。对比这两年的大气臭氧柱总量变化发现,2011年的柱总量减少得更快。2011年北极地区上对流层下平流层（UTLS）区域臭氧下降要明显强于1997年,其主要原因应该是2010-2011冬季的拉尼娜活动更强,北太平洋海温更高,进一步减弱阿留申低压和平流层波活动。这导致2011年极涡温度异常偏低更强烈,形成了更多的极地平流层云甚至出现了第二类极地平流层云,最终加速该年春季的臭氧化学损耗引起的。