一次过冷层状云催化云迹微物理特征的卫星遥感分析

利用卫星反演技术,通过卫星观测到的一次人工增雨催化作业后形成的云迹线个例,分析了云迹线与其周围云的光谱特征、亮温、亮温差、云顶粒子有效半径等云微物理特征,比较了它们之间的差异,揭示了这次过冷层状云催化的微物理效应。云迹实际上是持续时间超过80 min、宽和深分别约为14 km和1.5 km的云谷。云迹周围的云顶粒子有效半径为10—15μm,而云沟内的粒子在15—24μm变化。周围云体由过冷滴组成,中间可能夹杂了一些低浓度的冰粒子,云沟内云的主要成分是冰。和周围未被催化的云相比,0.6μm通道的光谱反射率,在云沟处有明显的增加,而3.7μm通道反射率在云沟内是降低的,尽管其绝对变化幅度不大,但其相对变化幅度较大。随着播云时间的增加,云沟深度、宽度逐渐增加,云沟内和周围云体的温差逐渐增加,对通道4和5而言,在最早催化部位,最大分别达到4.2℃和3.9℃,4和5通道之间云沟内的亮温差也是随冰晶化时间的增加而增加,最大为1.4℃,而云沟周围云为0.2—0.4℃。云沟的形成、云沟内云顶温度的增加和4,5通道之间亮温差的增加,都足以说明被播云体变薄,其原因是由于云顶降水使得云内的水流失,云顶下降。云顶冰晶化、冰粒子增长成降水造成云顶下沉,是云沟形成的主要原因。对于本次播云作业,晶化作用在播云22 min后逐渐显现。在播云后38—63 min,有新的水云在云沟的中间部位生成,可能是由于冻结潜热释放引起的上升运动所致。而新生水云在形成较早的云迹中没有出现,这些较早形成的云迹在80多分钟的整个观测期间持续扩散。最终,在周围云从外向云沟内的扩散过程中,云沟开始消散。     

西北地区不同类型云的时空分布及其与降水的关系

利用1983年7月～2001年9月国际卫星云气候计划ISCCP D2的月平均资料,对西北不同区域不同类型云的云量和云水路径的时空分布及其与降水的关系进行了研究。结果表明：高原气候区是各种云出现最多的地区,特别是积状云的云量明显高于其他两区,但这些云的云水路径值低;西北地区大多数云云量的高值区出现在天山山区、北疆地区、陕西东南部和青藏高原的部分地区。高云和部分中云云量空间分布特征与降水有着较好的一致性：沿着天山—昆仑山—祁连山一带以及陕南和／或陇南地区是高值区,低值区在塔里木盆地—内蒙古西部戈壁沙漠—黄土高原西北部一带;绝大多数云类春夏季节云量维持较高,秋冬季节云量较少。云水路径值较大的层状云类的云量多寡与降水多寡相一致;积状云类和层积云类云量多少与降水没有一定的关系,在降水偏少时,这类云的云量大多与降水正常时相近,有些云的云量甚至比降水偏多时还要多。     

1960年以来东亚季风区云-降水微物理的直接观测研究

云-降水的直接观测结果是云微物理参数化的重要依据。自1960年以来,处于东亚季风影响下的中国实施了大量对云-降水微物理参数的观测和研究,旨在加深对云-降水微物理过程的认识,从而改进数值模式中云微物理参数化方案和指导人工影响天气作业。云-降水微物理参数包括气溶胶、冰核、云滴、雨滴、冰晶、雪晶、冰雹等粒子浓度和谱分布,以及云滴、雨滴含水量等。中国已有云-降水微物理参数的成果可归纳为:(1)通常云-降水微物理粒子浓度变化较大,但总体变化有一定的范围;(2)采用Γ函数拟合云滴谱更接近实际谱,但不同拟合谱参数差异较大;(3)可用指数函数和Γ函数来拟合层状云降水雨滴谱,Γ函数拟合积云和层积混合云降水雨滴谱精度更高;(4)中国冰核浓度较高,冰核浓度随温度的降低近似成指数变化;(5)冰晶谱、雪晶谱、冰雹谱通常采用指数函数来描述;(6)通常使用荣格(Junge)和Γ函数来分段描述气溶胶粒子谱拟合误差更小。由于云-降水过程及其反馈作用描述不准确是数值模式预报结果不确定性的最大因素,中国正在不断地推进云降水的微物理观测研究,以期进一步加深对东亚季风区云-降水微物理特征的认识,从而为模式中微物理参数化方案的改进提供观测依据和科学指导。基于数值预报模式中云微物理过程参数化发展的需要,总结了中国1960年以来云-降水微物理直接观测的研究成果,可为东亚地区云-降水微物理研究及其模式参数化方案的改进提供观测依据。此外,针对云微物理参化发展的需求,结合过去已有的大量观测提出了几点建议,为今后云-降水物理综合性观测方案的设计提供参考。     

WRF模式对青藏高原那曲地区大气边界层模拟适用性研究

采用WRF（Weather Research and Forecasting）模式4种边界层参数化方案对青藏高原那曲地区边界层特征进行了数值模拟,并利用"第三次青藏高原大气科学试验"在青藏高原那曲地区5个站点的观测资料对模拟结果进行验证,分析不同参数化方案在那曲地区的适用性。研究表明,YSU、MYJ、ACM2和BouLac方案对2 m气温和地表温度的模拟偏低。BouLac方案模拟的地表温度偏差较小。通过对能量平衡各分量的对比分析发现,温度模拟偏低可能是向下长波辐射模拟偏低以及感热通量和潜热通量交换过强导致的。对于边界层风、位温和相对湿度垂直结构的模拟,局地方案的模拟效果均优于非局地方案。BouLac方案对那曲地区近地层温度、边界层内位温和相对湿度的垂直分布模拟效果较好。      

Impacts of Cumulus Convective Parameterization Schemes on Summer Monsoon Precipitation Simulation over China

By using the Betts-Miller-Janjic, Grell-Devenyi, and Kain-Fritsch cumulus convective parameterization schemes in theWeather Research and Forecasting (WRF) model, long time simulations from 2000 to 2009 are conducted to investigate the impacts of different cumulus convective parameterization schemes on summer monsoon precipitation simulation over China. The results show that all the schemes have the capability to reasonably reproduce the spatial and temporal distributions of summer monsoon precipitation and the corresponding background circulation. The observed north-south shift of monsoon rain belt is also well simulated by the three schemes. Detailed comparison indicates that the Grell-Devenyi scheme gives a better performance than the others. Deficiency in simulated water vapor transport is one possible reason for the precipitation simulation bias.     

国家级气象资料存储检索系统监视分系统的设计和实现

监视分系统是国家级气象资料存储检索系统运行维护的主要工具。该分系统针对业务流程和系统设备监视需求, 融合多年业务运行维护经验, 结合用户需求而开发。运行结果表明:该分系统监视内容全面, 软件运行稳定, 人机界面友好, 吸引了有关用户使用。文章介绍了该系统开发的背景、目的、系统结构和若干关键技术, 简述了应用前景。     

荒漠戈壁下垫面表面动量和感热湍流通量参数化研究

用合理筛选以后的野外观测资料，研究了荒漠戈壁地表湍流通量参数化的问题。首先，分析了Monin-obukhov相似函数的特征，并拟台出了其经验公式。结果表明，风速和温度相似性函数随稳定度参数的变化曲线与典型经验曲线差异较小，并且在经验曲线分布范围以内，但中性时的值有所不同。同时，还用该资料给出了动量和标量粗糙度(感热粗糙度)长度的平均值及其标量粗糙度随摩擦速度的变化关系。发现标量粗糙度的平均值大约比动量粗糙度的小一个量级，并且随摩擦速度的增大而减小，但明显比其理论预测值要大。     

国家级气象资料存储检索系统的建立

对国家级气象资料存储检索系统的需求进行了分析,进而对系统进行了功能设计,并在技术调研和分析的基础上确定了功能实现的技术路线：在数据管理方面采用数据库和文件系统相结合的方式;在存储管理方面采用分级存储管理模式,并解决了数据库的分级存储管理技术;在检索应用方面提供了程序调用式检索方式,并通过采用中间件技术实现了基于B/S结构的程序调用式检索;通过选用HPSS技术解决了由异种机型构成的高性能计算机群存储池问题;通过分别建立实时数据库和综合数据库解决了气象资料的规范化存储和实时业务使用需求之间的矛盾;在应用软件开发方面严格按照有关规范进行。     

“93.5”黑风暴发展结构和不同模式分辨率的数值试验

1993年5月4～6日在我国西北部地区发生了一次“黑风暴”。用改进的MM1和高分辨PBL参数化及40 km细网格控制试验能基本上模拟出“93.5”黑风暴的结构和演变。模拟结果表明,黑风暴发展时段,在PBL内与一个中尺度气旋性强涡旋相伴,在对流层内与一个垂直涡柱相伴。这个伸展至对流层顶的涡柱下（上）半部是与低（高）空强烈辐合（辐散）入（外）流相伴的气旋（反气旋）性涡柱。该黑风暴结构不同于一般锋面结构,其主要判别是：界面坡度陡,θe水平梯度大,斜压性强,PBL内暖心明显。该暖心结构与下垫面剧烈热力强迫有关。不