Equilibrium Evaporation and the Convective Boundary Layer

A theory is developed for surface energy exchanges in well-mixed, partlyopen systems, embracing fully open and fully closed systems as limits.Conservation equations for entropy and water vapour are converted intoan exact rate equation for the potential saturation deficit D in a well-mixed, partly open region. The main contributions to changes in D arise from (1) the flux of D at the surface, dependent on a conductance g_q that is a weighted sum of the bulk aerodynamic and surface conductances; and (2) the exchange flux of D with the external environment by entrainment or advection, dependent on a conductance g_e that is identifiable with the entrainment velocity when the partly open region is a growing convective boundary layer (CBL). The system is fully open when g_e/g_q , and fully closed when g_e/g_q 0. The equations determine the steady state surface energy balance (SEB) in a partly open system, the associated steady-state deficit, and the settling time scale needed to reach the steady state. The general result for the steady-state SEB corresponds to the equations of conventional combination theory for the SEB of a vegetated surface, with the surface-layer deficit replaced by the external deficit and with g_q replaced by the series sum (g_q ^-1 + g_e ^-1)^-1. In the fully open limit D is entirely externally prescribed, while in the fully closed limit, D is internally determined and the SEB approaches thermodynamic equilibrium energy partition. In the case of the CBL, the conductances g_q and g_e are themselves functions of D through short-term feedbacks, induced by entrainment in the case of g_e and by both physiological and aerodynamic (thermal stability) processes in the case of g_q. The effects of these feedbacks are evaluated. It is found that a steady-state CBL is physically achievable only over surfaces with at least moderate moisture availability; that entrainment has a significant accelerating effect on equilibration; that the settling time scale is well approximated by h/(g_q + g_e), where h is the CBL depth; and that this scale is short enough to allow a steady state to evolve within a semi-diurnal time scale only when h is around 500 m or less.     

海洋飞沫对热带气旋影响的数值试验

将最新版的Andreas海洋飞沫通量参数化方案与中尺度大气模式MM5V3耦合,对0514号热带气旋Nabi进行数值模拟,探讨海洋飞沫蒸发对热带气旋发展和演变的影响.模拟结果表明,考虑海洋飞沫的作用后,热带气旋范围内(气旋中心附近600 km左右范围内)的潜热和感热通量明显增强,尤其是潜热通量,最大值可提高35%～80%,潜热通量的大值区对应热带气旋眼墙处的最大风速区.无论是否考虑海洋飞沫作用,模式均能较好地模拟出热带气旋Nabi的移动路径,但考虑飞沫作用后,由于飞沫对海气界面通量交换的贡献,使得模拟热带气旋中心的最低海平面气压降低,最大风速增强,暖心结构更加明显.     

SENSITIVITY OF THE WEATHER RESEARCH AND FORECASTING MODEL TO RADIATION SCHEMES IN CHINA

Results of one-year simulations using the Weather Research and Forecast (WRF) model, with the use of different radiation schemes (RRTM, RRTMG, CAM, New Goddard and Goddard), are evaluated for China. The observations used in the model assessment include station data from the China Meteorological Administration, 14 flux field sites arranged in a coordinated observation network, and Global Land Data Assimilation System (GLDAS) data. Specifically, based on a Taylor diagram, the temperature differences between the radiation schemes are small, and the best annual mean spatial pattern and average value for China as a whole is produced by RRTMG. For the rainfall and net radiation annual mean simulation, the New Goddard and CAM schemes present better results than the RRTMG scheme. With respect to low cloud cover, all the schemes have similar reproduction without high cover on east of Tibet Plateau. Overall, the New Goddard and CAM schemes are suitable for longtime simulation without nesting and nudging options.     

一次暴雨天气过程分析

本文对2013年8月7日发生在黑龙江省中、东部地区的一次分散性暴雨天气过程进行了分析,通过卫星云图、多普勒雷达资料以及动热力条件等情况,详细讨论分析了此次暴雨天气产生的原因。结果表明:本次暴雨过程是中小尺度系统产生的对流性降水,强的热力不稳定层结是中小尺度系统发生发展的背景条件;暴雨以地面暖锋为触发机制,暖锋在黑龙江省南部停留时间长,是本次对流性降水过程持续时间较长的主要原因。     

川东北一次西北气流型强冰雹天气的成因分析

利用常规气象资料和NCEP／NCAR 1°×1° 6h再分析资料,从大气环流形势、物理量场等方面对2007年4月29日发生在川东北地区的一次强冰雹天气过程的成因进行了分析。结果表明：此次西北气流型冰雹天气是在低能量环境场条件下发生的;冰雹天气发生前12h内降雹区的对流有效位能激增、午后下垫面强烈加热对大气不稳定性增强的作用显著;大气层结对流不稳定、湿对称不稳定、充足的水汽以及干线（露点锋）的存在为此过程提供了有利条件。     

LAPS资料在一次鄂东初夏暴雨分析中的应用

利用常规气象资料和武汉暴雨研究所实时业务运行的LAPS资料,从环流背景、影响天气系统、物理量场、干侵入等方面,对2008年初夏发生在湖北东部的一次暴雨天气过程进行了诊断分析。结果表明：这次强降雨是受西风槽与西南涡东移、地面冷锋南下的影响而发生的;暴雨初期鄂东中高层出现水汽辐合,相应地中高层相对湿度与比湿增加;低层首先出现空气质量辐合,随后高层出现空气质量辐散,低层辐合与高层辐散都比强降水发生要早;鄂东暴雨期间低层维持大量云系活动。暴雨期间有随着高度增加而向东倾斜的干侵入前沿活动,这加强了当地上空中、低层对流不稳定层结,并为强降雨发生蓄积了能量;后期由于动力性条件触发,层结转化为中性,对流发展、能量释放而产生强降雨。通过暴雨个例分析发现,LAPS资料能够比较深刻地揭示出该次强降雨发生、发展的机理。     

夏季青藏高原对流系统移出高原的气象背景场分析

利用1998-2004年6-8月共21个月的ISCCP对流路径集资料,结合NCEP/NCAR再分析资料和TRMM 3B42降水资料,采用合成统计分析方法,对夏季生成于青藏高原（高原）地区的对流系统进行了分类对比分析,目的在于研究各类高原对流系统动热力场的水平和垂直结构特征,探讨各类对流系统能否移出高原的气象背景场差异。结果表明,夏季高原对流系统主要生成于青藏高原中东部,存在两个高发中心。夏季高原对流系统按照对流系统的移动路径可以分为未移出高原、向南移出高原和向东移出高原3类。高原对流系统的移动、发展和生成源地没有直接关系,主要决定于气象背景场。当生成的高原对流系统上升运动强、水汽条件优越时,其强度不断增大,利于对流系统维持发展并移出高原,如果这类高原对流系统处于强西风气流控制下,容易向东移出高原,如受较强偏北风气流影响,则容易向南移出高原;而当生成的高原对流系统上升运动弱、水汽条件不理想时,其强度不断减弱,不利于对流系统发展移动,高原对流系统在高原区逐渐消亡。      

一种2 m温度误差订正方法在复杂地形区数值预报中的应用

利用模式三维预报变量,结合地面要素预报产品,采用2 m温度三维插值方法进行地形订正,以确保预报与观测三维空间上的一致性,在地形订正基础上,利用历史月均预报误差作为参考误差,剔除模式系统性误差,获取具备日变化特征的预报产品。基于陕西地区复杂地形条件下的典型观测站点,利用2016年8月28日48 h预报个例进行对比分析发现,三维插值方法有效改善了地形差异引起的评估误导问题,但无法改进模式预报的日变化趋势,进一步采用系统性误差订正后,日变化特征明显改善,特别是前24 h预报效果体现出与实况良好的一致性及更佳的预报技巧。通过2016年夏季统计评估表明,误差订正后的2 m温度预报产品有效改善了周期性误差振荡,均方根误差稳定在2 K左右,显示出明显的改进优势。     

夏季青藏高原热力场和环流场的诊断分析——Ⅱ:环流场的主要特征及其大型垂直环流场

本文使用经过青藏高原气象科学实验测站观测资料订正过的欧洲中心FGGE-Ⅲb资料,对1979年7月月平均进行分析,计算了垂直速度、散度、垂直剖面函数和速度势函数等物理量以及上升气流轨迹,给出了夏季高原主体地区环流场的主要特征和详细的高原地区不同经纬度剖面垂直环流场的特征和分布. 配合夏季高原高层强大稳定的反气旋高压带,高原主体地区为整层上升气流区,但ω场有东西两个上升中心,它们是两个对流活动上升中心,两部的中心位于狮泉河和改则之间偏北的地区,东部的位于那曲一带. 本文给出了高原地区三个主要的经向环流圈(南北两侧下沉的小环流圈、跨赤道的季风环流圈)的经度位置和高原地区与西太平洋之间发生遥相关的主要纬度位置,发现在跨赤道的季风环流圈中,在赤道以南的下沉气流主要来自高原与15°N之间,从高原上升的气流仅在对流层上部(200hPa左右)跨过赤道.从高原西部上升的气流往往从非洲至印度尼西亚一带跨过赤道,而从高原东部及其东侧我国大陆上升的气流往往下沉在太平洋和北大西洋地区.