利用ARGO资料改进海洋资料同化和海洋模式中的物理过程

国际ARGO计划的实施每年将可提供多达 10万个剖面 (0～ 2 0 0 0m水深 )的海水温度和盐度资料 ,这些资料的获取无疑将会大大促进海洋和大气科学的发展 ,使人们加深对海洋过程的了解 ,揭示海 气相互作用的机理 ,为长期天气预报和短期气候预测提供模式初始场 ,提高长期天气预报和短期气候预测的能力。如何利用这些资料开展研究工作以及在实际业务中应用这些资料是目前大气和海洋科学界的一个前沿课题。本研究将ARGO浮标资料引入了国家气候中心的NCC GODAS同化系统 ,结果分析表明 ,同化ARGO资料后所得到的海温场在三大洋中不仅在温度数值的大小 ,而且在分布形式方面都与观测场具有较好的一致性 ,可以很好地反映出观测到的冬季和夏季海温的分布形式以及海温的季节变化特征和异常特征。本研究还应用最新的ARGO海洋观测资料 ,通过建立新的热带西太平洋次表层海温参数化方案 ,改进了Zebiak Cane(1987)海洋模式 (ZC模式 ) ,克服了ZC模式几乎没有模拟赤道西太平洋表层和次表层海温变化能力的缺陷。在ZC模式中引用新的次表层海温参数化方案后 ,在赤道西太平洋不仅次表层海温的模拟得到了改善 ,对海面温度异常的模拟也有了较大的改进 ,不仅模拟出了赤道西太平洋表层和次表层海温异常的年际变化特征 ,也模拟出了与观     

地球轨道偏心率变化对东亚季风气候模拟的影响

采用较为真实的椭圆轨道代替了原区域气候模式中的圆近似轨道,并进行了10年模拟试验,用以了解该模式对东亚季风区气候年际变化的模拟能力,同时比较地球轨道参数计算变化对现代东亚季风气候模拟的影响.结果表明:当把模式中的地球轨道计算从圆形改为椭圆时,中国东部的降水模拟有所改进,东亚地区的温度、降水、比湿等气候要素均出现夏季降低(减少)而冬季升高(增加)的季节变化趋势,而且亚洲冬、夏季风也均有减弱.但从总体上说,现代气候状况的模拟对地球公转轨道的计算方案不敏感.通过该工作的模拟研究说明,对较短时期的现代气候模拟,地球公转轨道采用圆近似是可行的.     

初论双三次数值模式

讨论在数学Rn空间里,存在孔斯双三次曲面拟合的可能数值模式(以下称双三次数值模式)。双三次数值模式特点是,在诊断上对天气系统中的由各个物理定律表述的(离散点)大气物理量场,可通过数学三次样条函数做双三次曲面拟合,则模式大气(包括天气系统)的各个物理量场均达到二阶可导,即是大气运动方程中的各个物理量场都存在各自的一、二阶空间微商,从而可以对模式大气与天气系统做时间积分。与有限差分模式和谱模式存在所谓的空间截断误差和波数截断误差相比较,双三次数值模式存在所谓的空间拟合误差,恰是现行有限差分模式空间截断误差的高阶小量。而双三次数值模式具有谱模式准确计算空间微商的优点,且双三次数值模式的数学构架能够较好地适应大气运动动力框架,是可与有限差分模式和谱模式相比较的另一数值分析新算法的气象数值模式。     

2018年1月大气环流和天气分析

2018年1月大气环流主要特征为：北半球极涡呈偶极型分布,环流呈四波型,东亚槽略偏强。1月,全国平均降水量19.6 mm,较常年同期(13.2 mm)偏多48.4%。1月冷空气势力明显加强,全国平均气温（-5.3℃）由较常年偏高转为偏低的状态,气温较常年同期（-5.0℃）偏低0.3℃。月内,降水偏多偏强,我国南方地区以及陕西关中等地出现较为少见的冰冻雨雪天气,与2008年出现的南方雪灾情况相似;1月仅有1次雾-霾天气过程,但2018年1月13—22日是2017年入冬以来范围最广、持续时间最长、强度最强的雾-霾天气过程。     

海南岛地区海陆风的统计分析和数值模拟研究

根据实测资料统计分析海南岛地区的海陆风现象和季节变化,并利用WRF模式对全岛海陆风环流进行数值模拟。结果表明,海南岛四季代表月的月平均海陆风日为12.2 d,月平均频率约为40%,夏季最高(约49%),冬、春季相当(约41%),秋季最少(约29%);中部山区周围海陆风出现频率较高,北部丘陵地区出现频率较低。海南岛夏季的海陆风环流最强,典型海陆风日的海风环流厚度达2.5 km、陆风环流厚度约1.5 km;白天海风向岛内伸展60～100 km,在岛屿长轴附近形成强辐合带;冬季通常在岛屿中部形成偏南北向的海风辐合带;春季兼有夏季和冬季的特点;秋季海陆风的范围最小、强度最弱,主要出现在西南部山地边缘。各季陆风发展相对较弱,陆风辐合线偏向海上或在岸线附近,其范围和强度明显小于海风环流。海岛山体机械绕流作用明显,迎风面陆风时段易形成陆风锋,夏季常出现在凌晨至05—09时,弧形辐合带向海上推进约10～30 km,冬季出现在东南部沿海且强度较弱;背风面海风锋可在北部-西部的平坦地区登陆并向岛内推进,海风发展旺盛时背风面与迎风面的海风在海岛中心汇合,形成覆盖全岛的强辐合带。      

一维积云模式初始参数优化的研究

福建省人工增雨指挥系统在预报积云降水和评估增雨效果中曾采用一维时变积云模式。关于该模式初始场的确定 ,考虑到不同天气类型对模式初始参数的影响 ,并采用了以确定敏感参数为主 ,综合考虑其他影响参数为辅的方法。经分类调试 ,证明了一维模式初始场确实与天气类型有关 ,并得到旱期降水预报率大于 75%和可预报积云云顶高度的结果。通过对模拟云和实测云高度的线性回归分析 ,以及经拟合敏感参数初始扰动温度与平均地面最高气温 ,均存在较好的相关。     

冀中坳陷饶阳凹陷留西地区古近系沙河街组沙三上亚段沉积相与隐蔽油藏

通过岩心观察和单井相分析,结合沉积背景资料,认为留西地区古近系沙河街组沙三上亚段发育辫状河三角洲相和湖泊相,以辫状河三角洲前缘亚相和滨浅湖亚相为主,主要发育辫状分流河道、越岸沉积、水下分流河道、河口坝、席状砂等微相。根据层序地层学基本原理,结合前人研究成果,认为本区沙三上亚段为一完整的三级层序,可划分为低位、湖侵和高位3个体系域,分别对应于沙三上亚段沉积时期的早期、中期和晚期,绘制了每个沉积阶段的沉积相图,在此基础上研究了沉积体系的平面展布特征。沙三上亚段沉积时期形成的北高南低的构造背景与辫状河三角洲近东西向展布的砂体形态相互配置,加之良好的油源供给,为后期成藏创造了条件。沙三上亚段沉积早期发育的辫状河三角洲前缘水下分流河道与河口坝砂体是主要的储集体,与沉积中期发育的烃源岩形成了十分有利的生储盖组合,具有优越的隐蔽油藏发育条件。总结了该区隐蔽油藏成藏的4种模式,确定留西地区中南部沙三上亚段沉积早期发育的辫状河三角洲前缘砂体是下一步隐蔽油藏勘探的有利目标。     

近海型含煤岩系沉积学及层序地层学研究进展

层序地层学是近20年来发展起来的一门新的方法学科,并在聚煤作用分析中得到广泛应用。作者就近海型含煤岩系沉积学研究历史以及煤系层序地层学研究方法及有关问题进行探讨,认为近海环境的聚煤作用实际上是海平面(基准面)上升过程中发生的,同时提出煤层厚度受泥炭堆积速率与可容空间增加速率的控制：靠陆一侧冲积平原和三角洲平原沉积环境中,厚煤层主要出现在最大海泛面位置;而靠海一侧障壁-潟湖或碳酸盐岩台地沉积环境中,厚煤层主要出现在初始海泛面的位置;但就整个三级复合层序来说,层序中厚度最大、分布最广的煤层主要分布于可容空间增加速率最大的最大海泛面附近的位置。对于中国晚古生代近海型煤系中常见的“根土岩-煤-石灰岩”序列,聚煤作用发生于海相石灰岩“滞后时段”,即在海侵之后、海相石灰岩层真正沉积下来之前的时段,这一时段可容空间增加速率与泥炭堆积速率平衡,有利于聚煤作用发生。     

海盐气溶胶影响酸碱气体及无机盐气溶胶的敏感性试验

利用热力学平衡模式ISORROPIA及与之耦合的气相化学模式,通过两类敏感性试验,探讨了海盐气溶胶、相对湿度、温度对3种无机盐（硫酸盐、硝酸盐、铵盐,包括液态和固态）和3种酸碱气体（氨气、气态硝酸、氯化氢）浓度的影响,以及不同海盐气溶胶浓度对热力学平衡的影响。试验结果表明,海盐浓度相对较低、相对湿度达到0．4～0．5以上、温度在-10～15℃之间时对各物种的平衡浓度影响比较显著。温度升高抑制硝酸盐、铵盐的生成,同时引起气态硝酸、氨气和氯化氢浓度的增加。而湿度升高时对硝酸盐、铵盐的生成有促进作用,反而造成气态硝酸、氨气和氯化氢浓度的降低。海盐气溶胶、相对湿度及温度的变化对硫酸盐气溶胶没有影响。在热力学平衡中如果考虑海盐气溶胶（主要成分NaGl）的作用会使得硝酸盐气溶胶、氨气浓度增加,而硝酸气体、铵盐气溶胶浓度减小,其中硝酸盐和气态硝酸的改变最为明显。由于海盐气溶胶和硫酸、硝酸的反应,产生了氯化氢气体,造成海盐气溶胶的氯亏损现象。     

大庆地区大—暴雨数值预报模式

为开展地市级精细化天气预报 ,在引进和试验的基础上 ,设计研制出了大庆地区 24～120h区域暴雨数值模式滚动预报业务系统 ,并于2003年7～8月进行模式试验。结果表明 :模式对 12～24h区域暴雨具有预报识别能力 ,48～120h具有指示意义。