The temporal variation of the spherical and Cartesian multipoles of the gravity field: the generalized MacCullagh representation

 The Cartesian moments of the mass density of a gravitating body and the spherical harmonic coefficients of its gravitational field are related in a peculiar way. In particular, the products of inertia can be expressed by the spherical harmonic coefficients of the gravitational potential as was derived by MacCullagh for a rigid body. Here the MacCullagh formulae are extended to a deformable body which is restricted to radial symmetry in order to apply the Love–Shida hypothesis. The mass conservation law allows a representation of the incremental mass density by the respective excitation function. A representation of an arbitrary Cartesian monome is always possible by sums of solid spherical harmonics multiplied by powers of the radius. Introducing these representations into the definition of the Cartesian moments, an extension of the MacCullagh formulae is obtained. In particular, for excitation functions with a vanishing harmonic coefficient of degree zero, the (diagonal) incremental moments of inertia also can be represented by the excitation coefficients. Four types of excitation functions are considered, namely: (1) tidal excitation; (2) loading potential; (3) centrifugal potential; and (4) transverse surface stress. One application of the results could be model computation of the length-of-day variations and polar motion, which depend on the moments of inertia. Received: 27 July 1999 / Accepted: 24 May 2000     

1961—2019年青藏高原中东部夏季强降水与大尺度环流的关系

采用一元线性回归、合成分析等方法对1961—2019年青藏高原中东部71个站点夏季强降水与大尺度环流进行了分析,研究结果表明,近年来青藏高原中东部强降水呈增加趋势。在强降水高值年时,青藏高原中东部水汽辐合加强,中纬度西风和热带地区东风带向极移动加强,高层辐散流场、水汽输送以及上升运动条件,共同作用导致了强降水的产生。在强降水低值年时,青藏高原中东部大部水汽异常辐散,区域内的季风水汽输送减弱,西风带和东风带均向赤道移动减弱,高层为气旋式环流异常。通过风暴轴、波作用通量和E-P通量进一步分析发现,当北大西洋地区风暴轴偏强（偏弱）时,瞬变扰动作用加强（减弱）,使得北大西洋地区高纬度西风加速（减弱）,急流出口区的不稳定能量激发了欧洲西北部的异常反气旋（异常气旋）,并通过Rossby波列调控季风输送,导致了青藏高原中东部地区强降水的变化。     

“丝绸之路”模态与东亚夏季环流的关系分析

基于1979—2015年ERA-Interim再分析资料,分析了夏季"丝绸之路"(the Silk Road,即SR)模态与东亚地区大气环流之间的联系,结果表明:在SR模态正异常年,200 hPa亚洲急流在东亚地区比较弯曲,在中国新疆和环渤海地区500 hPa上分别有一个高度脊和一个高度槽,在蒙古国、中国内蒙古以及日本以东500 hPa上有显著的位势高度正异常,风场异常与高度场配合较好。在对流层中低层的中国北方,有明显的下沉气流,在中国内蒙古、蒙古国以及日本以东,出现位涡负异常,而在朝鲜半岛附近,则有位涡正异常出现。中国环渤海地区降水偏少,而日本大部分地区降水偏多。在SR模态负异常年,200 hPa急流相对平直且更强,500 hPa的波列特征比正异常年更加显著,在中国内蒙古和蒙古国、朝鲜半岛、日本以东分别有"-、+、-"分布的位势高度场异常。与正异常年相比,位于东亚135°E附近的正异常中心变得显著,在该异常中心的西侧和东侧分别有上升和下沉异常气流,对应在朝鲜半岛和中国东北附近有较大的位涡负异常。在环渤海、朝鲜半岛南部和日本、日本以东洋面上,降水分别出现偏多、偏少和偏多现象。     

CMPA降水资料在中国地区不同地形下的精度评价研究

以2001—2010年中国地面自动站降水资料为基准,对中国大陆范围内CMPA(CMPA_Daily)降水资料进行精度评价研究,并与CMORPH1.0(CPC MORPHing technique gauge-satellite)、TRMM3B43V7(Tropical Rainfall Measuring Mission 3B43)降水资料精度进行对比,并进一步结合高程、坡度、坡向、坡向修正因子分析地形因子对数据质量的影响并探讨不同地貌类型下数据的精度。结果显示:CMPA在年、月尺度上均能较好地反映降水的多寡,与站点实测数据具有较高的相关性,误差波动较为平稳,数据质量及稳定性优于CMORPH与TRMM;从时间序列曲线显示CMPA的精度呈现较为明显的季节性差异,均方根误差夏季高于冬季,相关系数、百分比偏差、平均相对误差冬季高于夏季,总体而言CMPA夏季的误差高于冬季,由于夏季降水的基数大而导致了百分比偏差以及平均相对误差较低;分析地形的影响表明,高程、坡度对数据质量的影响大于坡向与坡向修正因子;在复杂地形下,高海拔与高坡度地区CMPA精度均有所降低,但降水资料的精度仍然优于CMORPH与TRMM。     

A Simulating Study on Resolvable-Scale Microphysical Parameterization in a Mesoscale Model

The Penn State/ NCAR Mesoscale Model (MM5) is used to simulate the precipitation event that oc-curred during 1-2 May 1994 to the south of the Yangtze River. In five experiments the Kain-Fritsch scheme is made use of for the subgrid-scale convective precipitation, but five different resolvable-scale microphysical parameterization schemes are employed. They are the simple super-saturation removal scheme, the warm rain scheme of Hsie et al. (1984), the simple ice scheme of Dudhia (1989), the complex mixed-phase scheme developed by Reisner et al. (1993). and the GSFC microphysical scheme with graupel. Our interest is how the various resolvable-scale schemes affect the domain-averaged precipitation, the pre-cipitation distribution, the sea level pressure, the cloud water and the cloud ice.Through a series of experiments about a warm sector rainfall case, results show that although the dif-ferent resolvable-scale scheme is used, the differences of the precipitation characteristics among all five runs are not very obvious. However, the precipitation is over-predicted and the strong mesoscale low is produced by the simple super-saturation removal scheme. The warm rain scheme with the inclusion of condensation and evaporation under-predicts the precipitation and allows the cloud water to reach the 300 hPa level The scheme of the addition of graupel increases the resolvable-scale precipitation by about 20%–30%. The inclusion of supercooled liquid water in the grid-scale scheme does not affect significantly the results.     

2011年4月江西降水异常偏少的初步诊断分析

利用1959-2011年北半球500 hPa高度格点资料、74项环流特征量资料和1974-2011年NOAA OLR月平均资料,结合江西83个气象观测站的1959-2011年4月降水资料,对2011年4月江西降水异常偏少成因进行了初步诊断分析.结果表明:江西省4月降水有一定的周期性,2011年4月降水处于少雨期;La ...     

1951—2009年中国不同区域气温和降水量变化特征

为了研究中国不同区域气候变化特征,将全国按照气候区域划分为11个气候区,并利用1951—2009年中国194个国家基本/基准站月、年气温和降水观测资料,对全国及每个气候区平均温度及降水量的年和季节变化特征进行分析。结果表明：中国及各地区增温趋势均为极显著增加,尤其近20 a增温速度更快;而2007年成为有记录以来最暖的...     

GRAPES-MESO模式不同空间分辨率对中国夏季降水预报的影响分析

国家气象中心业务运行的中尺度数值预报系统GRAPES-MESO（Global/Regional Assimilation and Prediction System mesoscale model）在升级到4.0版本后采用了与以往版本不同的三维空间分辨率设置,本文通过计算精度分析、个例分析及统计分析的方法详细阐述了两者水平分辨率和不等距垂直分层的差异,并由此深入分析了不同模式三维空间分辨率对中国夏季汛期降水预报的影响。主要结论表明,GRAPES-MESO预报系统4.0版本在水平分辨率提高到10 km并同时使用更为合理的加密垂直分层设置后,不仅提高了计算精度和计算稳定性,同时仍能满足业务预报的时效要求。对个例降水特征的分析结果表明,提高模式空间分辨率可以在一定程度上改善对降水中心的预报,但对降水落区的预报改进较为有限。对2012年7月整月批量试验的统计检验结果表明,月平均技巧评分总体变化不大,但对逐日大到暴雨评分提高较大,通过各气象要素统计检验分析可以认为,模式空间分辨率提高的主要作用是通过降低了中低层高度场、温度场和水平风场的误差,改进了对流层中层环流背景场以及对流层低层降水直接触发系统的强度预报,从而能够提高大到暴雨的降水评分。     

1901~2013年GPCC和CRU降水资料在中国大陆的适用性评估

利用1901~2013年中国大陆地区的气象台站实测降水资料,对东英吉利（East Anglia）大学气候研究中心（Climatic Research Unit,CRU）和全球降水气候中心（Global Precipitation Climatology Centre,GPCC）的降水资料分别从季节、年际和年代际尺度上进行了评估。结果表明：1961~2013年CRU与GPCC降水资料均能较准确地描述中国大陆地区的降水特征,且在东部较西部地区、夏季较冬季与站点实测降水情况更为一致。将中国大陆划分为不同区域并在其季节、年际和年代际时间尺度上通过比较降水偏差绝对值的百分比、均方根误差和相关系数等统计量后发现：CRU在青藏高原和其它较大的山脉附近与站点实测降水的差别较大,且年均降水趋势在西北一带的阿尔金山脉、黄土高原、东南地区和长江下游地区,比实测降水的年均趋势小、甚至出现趋势相反的情况。此外,CRU降水的年代际变化趋势也偏小。而GPCC数据不论是降水量还是降水趋势都更接近实际情况。在1901~1961年,通过与65个长期气象观测站点的降水时间序列比较发现,CRU在110°E以西地区与站点观测的降水资料间的差别较大,而GPCC与站点观测资料的吻合较好。最后,利用1961~2013年两套降水资料和站点实测资料分别计算了标准化降水指数（SPI）,简单分析了中国大陆地区的干旱变化,发现GPCC对旱涝的时空变化特征的描述比CRU更接近站点实际观测;并且CRU也没有反映出1997年夏季中国地区出现的严重干旱情况,而GPCC较为准确地反映出了这一干旱事件特征。因此,本文的研究结果认为,就中国大陆地区长时期降水资料而言,GPCC的适用性优于CRU。     

营口地区数值预报降水产品定量检验和预报指标研究

选取2010年8月至2011年7月天气在线、日本传真图、美国全球预报系统（以下简称GFS）、以及T639等数值预报降水预报产品,采用统计学方法和天气学方法,按照预报时效、预报降水量级、影响系统等不同方面对营口地区的降水预报产品进行检验分析,以便更好的利用数值产品做好降水预报,提高营口地区的降水预报准确率。结果表明：从整体角度看各种数值预报产品预报准确率随时间变化逐渐降低,但天气在线和GFS预报效果相对较好且稳定,日本传真图次之,T639稳定性最差;各种数值预报产品均存在预报偏小的情况,特别是对暴雨的预报效果均不太理想,稳定性差、量级偏小;小雨量级降水空报和漏报明显;各种数值预报产品对高空槽和冷涡漏报情况较明显,主要为小雨量级。