两种不同积云参数化方案对1998年中国夏季洪涝灾害数值模拟的比较研究

利用国家气候中心的全球T63谱模式，以1998年夏季(6-8月)我国长江中下游和东北嫩江—松花江流域发生的特大洪水为试验个例，分别采取原来模式中的Kuo积云参数比方案和UKMO/unifled的Gregory积云参数比方案进行了整个夏季的逐月降水预报的对比试验。结果表明：Gregory质量通量方案能给出较Kuo方案更加合理的降水落区，并且对降水量的预报也有显著的改进。此外，Gregory质量通量方案对大尺度环流背景场的预报也较Kuo方案好。从整个夏季的预报来看，Gregory参数化方案能较Kuo方案更好地模拟出1998年的降水的总体趋势，尽管Gregory方案模拟的降水与实况相比，仍然存在着系统性的误差，还需要进一步改进。     

国家级区域集合预报系统研发和性能检验

该文简要介绍了中国气象局国家气象中心研发的区域中尺度集合预报系统主要技术特点:在初值扰动技术方面,通过研究中国地区中尺度模式预报误差快速增长特点、中国地形地貌特征与观测资料的分布情况,研发适合于中尺度模式的增长模繁殖法扰动技术构造初值场;分析数值模式物理过程参数化方案内在的不确定性以及对强对流天气和近地面要素预报的差异,确定多物理过程扰动技术方案。解决全球集合预报扰动信息向中尺度集合预报输入的关键技术,实现中尺度区域集合预报系统与全球中期集合预报系统的嵌套。在模式后处理方面,解决中尺度集合预报结果的偏差订正技术;开发满足多种需求的多要素、多层次概率预报产品和概率预报检验产品。在世界天气研究计划"2008年北京奥运会中尺度集合预报研究开发项目"3年实时预报试验比较评价中,中国气象局国家气象中心区域中尺度集合预报系统总体预报能力与国外同类系统相当。     

基于NLS-4DVar方法的雷达资料同化及其在暴雨预报中的应用

在基于本征正交分解POD（Proper Orthogonal Decomposition）的集合四维变分同化方法（POD4DEnVar）建立的雷达资料同化系统（PRAS）的基础上,本文利用非线性最小二乘法的集合四维变分同化方法（NLS-4DVar）对PRAS进行改进,解决PRAS在高度非线性情况下的适应性问题,建立了新的雷达资料同化系统（NRAS）。通过观测系统模拟试验OSSEs（Observing System Simulation Experiments）和两次实际暴雨同化试验（2010年7月8日,中国中部地区;2014年3月30日,中国华南地区）对NRAS进行检验,并与PRAS的同化结果进行了对比。结果表明:无论是OSSEs还是实际雷达资料的同化,相对于PRAS,NRAS能够进一步提高同化效果。通过增加迭代的次数,NRAS能够有效地调整初始场的风场和水汽场,进一步提高了降水强度和位置的预报精度。但随着迭代次数的增加,对初始场的调整变小,进而对降水预报效果的改进也减小。试验结果表明NRAS能够有效解决PRAS在高度非线性情况下的应用问题,通过有限次数的迭代,即可得到近似收敛的结果。因而NRAS有望在数值预报中更有效地同化雷达资料,提高中小尺度天气的预报水平。     

强迫耗散非线性发展方程准完全平方守恒格式的构造

从描述大气和海洋运动的强迫耗散非线性发展方程出发，对强迫耗散非线性大气和海洋方程组显式差分格式的计算稳定性进行了分析，构造了一类强迫耗散性发展方程的显式准完全平方守恒差分格式，理论分析和数值试验证明，这类显式准完全平方守恒差分格式是计算稳定的．值得推广应用。     

海冰模式CICE4.0与LASG/IAP气候系统模式的耦合试验

利用美国Los Alamos国家实验室发展的最新海冰模式(CICE4.0)替代了LASG/IAP气候系统模式(FGOALS_g1.1)中的海冰模式(CSIM4), 形成新的耦合模式。在此基础上, 利用新的耦合模式对20世纪中后期的全球气候进行了模拟, 来检验CICE4.0对耦合模式中海冰和海洋模拟结果的改进。结果表明CICE4.0对于FGOALS_g1.1的极地气候模拟有一定改进作用, 主要表现在:(1) 南北极海冰边缘碎冰区显著减少; (2) 南大洋海表温度和海冰的模拟明显改善, 分布特征与观测非常吻合。但是新耦合模式也存在如下不足: (1) 北大西洋海冰相对偏多, 北大西洋经圈翻转环流大大减弱, 这主要是由于北大西洋海表面温度的冷误差造成的; (2) 南北极大气环流场的模拟无明显改善。此外, 本文还比较了采用不同短波辐射方案对于耦合模拟结果的影响, 结果表明, 相对于CCSM3短波辐射方案, Delta-Eddington方案模拟的海表面温度偏冷, 海冰厚度偏厚, 北大西洋经圈翻转环流略有偏弱。     

气候模式中云的垂直重叠假定对模拟的地-气辐射的影响研究

本文将一种新的可以模拟云的多种垂直重叠假定的随机次网格云产生器 (SCG) 放入NCAR/CAM3气候模式中, 利用该产生器得到云的四种垂直重叠结构, 即最大重叠 (MO)、 随机重叠 (RO)、 最大-随机重叠 (MRO) 以及近年来发展的一般重叠 (GenO), 并以GenO为参照研究了这四种云的重叠结构对模拟的地-气辐射的影响, 为气候模式中云的次网格结构选择提供一定的依据。结果表明, MRO、 MO和RO总云量分别与GenO总云量 (全球平均0.64左右) 偏差约-0.012、 -0.034和0.026, 其中MRO最接近GenO。不同重叠假定对地面接收到的短波辐射通量 (DSR) 的改变显著, 在热带对流区达到16 W/m2以上, 相当于GenO下该地区相应量的8%～12%, 通过了95%信度检验; 在中高纬度低云量大的地区也达到4～8 W/m2。不同重叠假定对大气顶出射长波辐射 (OLR) 的改变比其对短波辐射通量的改变小得多, 在热带对流区有极大值3～4 W/m2。不同的云重叠结构的大气加热率垂直廓线不同, 从而影响大气热力结构, 其中长波加热率差值 (最大约0.1～0.26 K/d) 比短波加热率差值 (最大约0.01～0.025 K/d) 几乎大一个量级, 因此, 长波加热率的变化是影响大气热力层结的主要因素。云重叠假定影响地面和大气顶云辐射强迫, 并通过柱辐射强迫使得整层气柱的能量收支发生变化, 不同纬度变化趋势也不同, 从而系统性地改变地-气系统能量在各纬度地区的分配, 影响所模拟的气候系统的演变。     

北京2008年奥运会开幕式人工消减雨作业

自2002年6月起北京市人工影响天气办公室依托北京市科委重点课题"奥运期间人工防雹、消雨作业试验研究"进行了人工消(减)雨的研究,在此研究基础上提出了北京2008年奥运会开闭幕式人工消减雨作业技术方案和实施流程,针对北京8、9月份天气的特点和云系影响北京的来向,设计奥运会开闭幕式消减雨18个作业区,并分析了前期试验结果.重点分析了8月8日天气特点,及相应的飞机、地面火箭作业情况,并对作业效果进行分析.地面火箭大规模消云减雨作业后,雷达回波强度明显减弱,雷达回波趋于消散,尤其是在21:48-22:00作业阶段,雷达回波出现一个明显的缺口.对雷达回波按强度分档,从各档强度的雷达回波面积变化可以看出,回波变化的明显的特征是强回波面积逐渐减少,而弱回波面积则在逐渐增加.卫星资料反演的云顶高度和云粒子有效半径也能比较清楚地显示出大规模作业后的效果.     

高阶正定守恒的中心约束多矩有限体积平流模式

采用新的均匀三点中心约束多矩有限体积方法（3-point Multi-moment Constrained finite-Volume scheme for Uniform Points with Center Constraints, MCV3_UPCC）,发展了一个三阶正定守恒的平流模式。三点多矩有限体积方法在单网格内定义等距的3个自由度,采用多矩约束条件并通过控制方程获得时间演变方程。新的三点中心约束多矩方法能在单网格内采用等距的3个点值及中心一阶、二阶导数作为约束条件进行空间4次多项式数值重构,获得3个自由度的时间演变方程;所构建的新数值方案具有三阶精度,边界通量连续性保证了其数值严格守恒。为了抑制该方法的非物理数值振荡,引入了边界保型限制器技术,它能够把数值解控制在既定物理场最小值（最小值为0时则保持数值正定）与最大值之间。数值试验表明新发展的三阶平流模式具有良好的计算精度,能够严格保持数值解的正定性和守恒性,同其他高精度平流模式相当,在实际大气模式水汽等平流输送应用中具备良好的发展潜力。      

以流域为基本单元的中国自然区划新方案

自然区划一般均围绕一定的目的,区划目的不同,其区划的原则、内容和指标体系是不完全一致的.本文以流域为基本单元,进行中国自然区划新方案尝试研究,把全国分为3个自然大区、11个自然地区和63个自然区.自然区划的成果方便利用于地域关联研究,从而为土地利用规划的宏观用地的控制、用水控制,环境影响评价和生态功能区划、生态环境保育和建设,提供实用的自然基础.     

沙氏指数计算方案探讨

从沙氏指数的物理定义出发,给出了计算沙氏指数的4种方案并进行了误差分析。A方案没有考虑水汽凝结潜热,计算结果误差大;B方案虽然考虑水汽凝结潜热,但计算方法没有考虑湿绝热线的曲率等问题,计算结果虽优于A方案,但误差仍较大;C方案不仅考虑水汽凝结潜热,并从计算方法上作了改进,不仅考虑了湿绝热线的曲率等问题,同时避免了由气压直接求取气温造成误差较大的问题,计算结果优于A、B方案,比较理想,可在实际工作中使用;D方案由假绝热方程经过转化求得上升气块的温度,然后算出沙氏指数,虽然精确,但计算复杂,实际应用较困难。