Constraint inversion Algorithm of Lidar Equationfor Deriving Aerosol Optical Property

1.IntroductionLidarisincreasinglyusedinmeasuringtheopticalpropertiesofaerosolsandcloudssincethe1960's.Ithasbeenshownthatthedeterminationoftheextinctioncoefficientasafunctionofheightisfeasible(Klett,1980;Fernald,1984;LuDarenetal.,1977;Spinhirneetal.,...     

A New Strategy for Solving a Class of Constrained Nonlinear Optimization Problems Related to Weather and Climate Predictability

There are three common types of predictability problems in weather and climate, which each involve different constrained nonlinear optimization problems: the lower bound of maximum predictable time, the upper bound of maximum prediction error, and the lower bound of maximum allowable initial error and parameter error. Highly efficient algorithms have been developed to solve the second optimization problem. And this optimization problem can be used in realistic models for weather and climate to study the upper bound of the maximum prediction error. Although a filtering strategy has been adopted to solve the other two problems, direct solutions are very time-consuming even for a very simple model, which therefore limits the applicability of these two predictability problems in realistic models. In this paper, a new strategy is designed to solve these problems, involving the use of the existing highly efficient algorithms for the second predictability problem in particular. Furthermore, a series of comparisons between the older filtering strategy and the new method are performed. It is demonstrated that the new strategy not only outputs the same results as the old one, but is also more computationally efficient. This would suggest that it is possible to study the predictability problems associated with these two nonlinear optimization problems in realistic forecast models of weather or climate.     

南疆沙漠腹地大气边界层气象要素廓线分析

利用塔中80m观测塔梯度系统采集的2006年8月、10月和2007年1月、4月的风、温度、湿度资料,结合气象站的同步气象资料,对南疆沙漠腹地近地层四季的晴天平均风速、温度、湿度廓线分布特征进行分析。结果表明,晴天平均风速白天随高度升高增加缓慢,夜间较快,低层风速白天比夜间大,高层则白天比夜间小,春夏季风速较大;四季平均温度廓线表现为夜间辐射型、早上过渡型、白天日射型和傍晚过渡型等四种类型,早、晚过渡时间四季各有不同,日最低、最高温度出现时间四季则相差不大;冬季夜间比湿随高度升高而增大,整个80m近地层表现为逆湿状态,其他季节逆湿一般出现在0．5—1m、1～2m、32—47m、63—80m等4个层次上,各逆湿层出现的时间各季节有所差异。     

青岛一次沙尘污染事件的气象条件特征

2008年5月28日至6月1日青岛市区出现了持续5 d的大气污染,其中29-30日为重度污染,其余3日为轻度污染。本文基于青岛常规地面和高空观测资料以及环境监测站SO2、NO2、PM10监测资料,利用资料分析和中尺度数值模拟的方法,分析造成青岛此次持续多日的大气污染的污染源、大气环流和气象要素特征。分析结果表明：此次污染过程主要是外来沙尘引起的PM10污染;持续较强的逆温层结以及近地面层弱南北风频繁交替出现造成沙尘在近地层往复、积聚,最终导致连续多日的空气污染。     

基于探空资料的江西典型冻雨天气过程垂直结构分析

利用探空资料和地面观测资料,对1959—2008年发生在江西的典型冻雨天气过程的大气垂直结构进行了分析。结果表明:冻雨的形成与大气饱和层、冰晶层、暖层、逆温层、冷层及特征物理量等因素的关系密切。对流层中下层的大气呈饱和或准饱和的逆温状态,饱和层顶位于暖层之上是冻雨发生的主要层结特征。冰晶层底部的平均高度为675hPa,平均厚度为2309m;暖层底部的平均高度为834hPa,平均温度为4.1℃,平均厚度为1765m;逆温层的平均温差为7.5℃;冷层的平均厚度为1668m,平均最低温度为-3.9℃;平均地面最低温度为-1.2℃;冻雨发生时大气整层比湿积分指数须增大为1000以上,干暖盖强度指数须降到-5℃以下。     

2013年初桂北寒潮天气过程分析

运用Micaps资料和地面观测实况资料,对2013年1月3-5日桂北寒潮天气过程进行了诊断分析,结果表明：（1）此次寒潮天气过程的特点是降温快、回温慢,且过程日平均气温低;（2）此次寒潮过程的冷空气堆积过程完成后,是由横槽转竖引导槽后冷空气大举南下入侵广西,造成的桂北寒潮天气;（3）中暖下冷的逆温层结维持时间与降雪冻雨时段对应较好,逆温层结被破坏后,桂北的持续雨雪天气也宣告结束,气温开始逐步回升;（4）中低层水汽辐合及较强的槽前正涡度平流也是产生降雪的必要条件之一。     

大连初冬一次辐射平流雾天气过程分析

利用大连机场地面观测资料、Micaps系统下常规资料、探空资料和NCEP/NCAR全球再分析资料,从天气形势和背景、探空资料分析和物理量诊断方面,对2009年11月30日-12月2日发生在大连地区持续性大雾天气过程做了详细分析。结果表明,本次持续性雾过程属于辐射平流雾,是在稳定的大尺度天气背景下形成的。探空资料表明,大雾发生过程中,边界层内出现一层逆温和多层逆温;边界层内近地层的逆温和充沛的水汽条件对雾的形成和长时间的维持起着重要的作用。热力结构分析表明,温度日较差大表明地面辐射冷却对本次大雾过程具有明显的作用;低层持续的弱暖平流输入,有利于近地层逆温的建立和维持。动力场结构分析表明,在中低层,大雾发生前期和维持时期,存在弱的辐合上升运动;在大雾消散期,存在明显的辐散下沉运动。水汽条件分析表明,增湿和冷却使此次大雾过程中水汽达到饱和状态产生凝结,在大雾过程的前期,存在弱的水汽辐合;在大雾消散期,存在水汽辐散。     

天津机场地区冻雨天气分析

利用气象常规资料，对天津机场地区1979～2002年出现的3次冻雨天气进行对比分析，找出了冻雨发生的天气形势特点和大气垂直结构特征：地面受低压控制，高空处在槽前，有明显的增温现象，槽前西南暖湿气流强盛，存在低空急流；850hPa到地面存在逆温层；700～500hPa之间有冰晶层，冰晶层内的温度为-10～-14℃：850hPa附近为暖层，暖层底部的高度在1．0～2．0km左右，暖层的厚度大约为1．0～2．0km，暖层内的温度大约为0～2℃；从地面到1．0～2．0km的高度存在冷层，冷层内温度大约为0～-2℃。以2002年12月13～14日的冻雨天气为代表个例，利用客观分析产品进行诊断分析，总结出冻雨天气预报的着眼点，为冻雨天气预报提供参考。     

北京市秋季城区和郊区大气边界层参数观测分析

应用2001年9月北京城区和郊区同步大气边界层观测资料,对大气边界层热力和动力参数进行了计算分析.结果表明:北京市秋季,逆温出现的时间城区滞后于郊区;逆温层高度城区大于郊区,200m通常为郊区的逆温层顶和城区的逆温层底部;逆温层强度城区弱于郊区;城市热岛强度为3℃;城区感热通量的输送大于郊区;城区下垫面粗糙度远大于郊区;郊区总辐射和紫外辐射的强度明显大于城区.     

利用伴随法反演风应力系数

基于无结构网格有限体积法的正模型和伴随数据同化模型,建立了风应力系数反演表达式,将风应力系数的确定变成依赖于区域内观测值的数值迭代过程,实现了风应力系数确定的自动化,并成功进行了概化河口一系列风应力系数反演的伴随同化实验,反演得到的结果精度较高,实验结果表明：1）伴随法反演风应力系数是合理可行的;2）充分的观测数据能够提高反演的精度;3）风速在10 m/s或15 m/s的情况下,对于风应力系数反演的结果影响不大。