The Nichols' Relief Model of the United States

Abstract

The agricultural system in West Pakistan is largely subsistence-oriented, and extensive areas are devoted to produce the low-value crops. Only a small portion of the total cropped area is used to raise cash crops. However, there are regional differences in cropland use in the province. The study focuses on regional variations in the cropping patterns in West Pakistan by establishing the crop combination areas. The crop combination areas also point out a land-use distinction between the areas. Also, the changes in some of the important crops in terms of their land occupancy in the area during the fifteen-year period have been analyzed.     

沙尘暴过程中沙尘对流层-平流层输送的数值模拟初步分析

在初步明确东亚沙尘气溶胶对流层-平流层输送监测事实的基础上,利用观测资料、NCEP再分析资料以及基于中尺度天气模式MM5的数值模拟方法,对一次蒙古气旋沙尘暴过程中沙尘对流层-平流层输送问题进行了初步分析.结果表明:斜压不稳定是本次蒙古气旋发展的主要强迫要素,伴随气旋发展成熟,高空切断低涡的形成引导高空急流下落并诱发对流层顶折叠和高空位涡下传.对流层顶折叠区呈漏斗状,底部达500 hPa左右.高空急流产生近似垂直的下落,并在高空切断低涡的南侧和东侧达到最强.在对流层顶折叠区周边的300-500 hPa,上升气流与低涡区偏西、偏南、偏东气流叠加,或水平横穿折叠的对流层顶,或斜升并准垂直地穿过下落的对流层顶到达平流层,且随时间的推移,空气质点能够进一步抵达平流层中部(100 hPa).轨迹分析表明,沙尘天气区对流层低层的空气质点在气旋涡旋上升气流的驱动下呈气旋式盘旋上升,并在对流层高层形成分支,一支穿过对流层顶到达平流层,并在平流层向下游进行反气旋式螺旋运动,另一支则留在对流层高层并向下游进行准水平的气旋式螺旋运动.在高空位涡下传过程中,主要产生平流层到对流层的净输送;高空位涡停止下传之后则出现对流层到平流层的净输送,且强度随时间呈指数型增长.这一特征有利于形成更强的沙尘对流层平流层输送.     

Circulation Around Luzon Strait in September as Inferred from CTD,Argos and Argo Measurements and a Generalized Topography-Following Ocean Model

The hydrography, wind, Argos and Argo measurements in the areas surrounding Luzon Strait were collected. Based on the hydrographic data obtained during September 1994, the improved Princeton Ocean Model using a generalized topography-following coordinate system together with a modified inverse method was applied to study the circulation in September. Observations and the diagnostic simulation produce a consistent circulation pattern, and the main dynamical features can be summarized as follows. (1) The Kuroshio has two branches with the main Kuroshio existing above 800 m depth and the western part existing above 400 m depth. The western branch of the Kuroshio leaves the main current near 20.5°N, then flows northwestward through Luzon Strait and finally flows out of the northern boundary southwest of Taiwan, consistent with the trajectory of Argos drifters. (2) The non-linear term is important and cannot be neglected in the momentum equations in the northern part of Luzon Strait under the baroclinicity field. Using non-linear dynamics, the westward intrusion of the Kuroshio into the northern part of Luzon Strait is more curved than when using linear dynamics. However, the non-linear term is smaller and so negligible around Luzon Strait under the homogeneous density field. (3) In the area from 117°E to 119°E and from 20.2°N to 21.7°N, an anticyclonic eddy appears east of Dongsha Islands. (4) At depths above 400 m, the circulation is mainly dominated by the basin-scale cyclonic gyre. (5) In the computational domain west of 121°E, the circulation below 800 m is mainly dominated by the basin-scale anticyclonic gyre. (6) The South China Sea water flows eastward across Luzon Strait in the middle layers, then turns cyclonically, finally flowing northward into the region east of Taiwan Island, which is qualitatively in agreement with the trajectories of Argo floats at about 1000 m depth in the area east of 121°E.

RÉSUMÉ?[Traduit par la rédaction] Nous avons rassemblé l'hydrographie, le vent, les Argo et les mesures Argo dans les régions avoisinant le détroit de Luçon. Sur la base des données hydrographiques relevées durant le mois de septembre 1994, nous avons appliqué le modèle océanique amélioré de Princeton utilisant un système de coordonnées « suivant le terrain » généralisé de pair avec une méthode inverse modifiée pour étudier la circulation en septembre. Les observations et la simulation diagnostique produisent une configuration de circulation cohérente dont on peut résumer comme suit les principales caractéristiques dynamiques. (1) Le Kuroshio possède deux branches : le Kuroshio principal existant au-dessus d'une profondeur de 800 m et la partie ouest existant au-dessus d'une profondeur de 400 m. La branche ouest du Kuroshio quitte le courant principal aux environs de 20,5°N et se dirige vers le nord-ouest à travers le détroit de Luçon pour finalement franchir la limite nord du détroit au sud-ouest de Taïwan, ce qui correspond à la trajectoire des bouées dérivantes Argos. (2) Le terme non linéaire dans les équations est important et ne peut pas être considéré négligeable de quantité de mouvement dans la partie nord du détroit de Luçon dans le champ de baroclinité. Lorsqu'on utilise la dynamique non linéaire, l'intrusion vers l'ouest du Kuroshio dans la partie nord du détroit de Luçon est plus incurvée que lorsqu'on utilise la dynamique linéaire. Cependant, le terme non linéaire est plus petit et donc négligeable autour du détroit de Luçon dans le champ de densité homogène. (3) Dans la région allant de 117°E à 119°E et de 20,2°N à 21,7°N, un remous anticyclonique apparaît à l'est des îles Dongsha. (4) Aux profondeurs inférieures à 400 m, la circulation est principalement dominée par le gyre cyclonique à l’échelle du bassin. (5) Dans le domaine de calcul à l'ouest de 121°E, la circulation sous 800 m est principalement dominée par le gyre anticyclonique à l’échelle du bassin. (6) Les eaux de la mer de Chine méridionale s’écoulent vers l'est à travers le détroit de Luçon dans les couches intermédiaires, puis tournent de façon cyclonique pour finalement s’écouler vers le nord dans la région à l'est de l’île Taïwan, ce qui, qualitativement, s'accorde avec la trajectoire des flotteurs Argo à environ 1000 m de profondeur dans la région à l'est de 121°E.     

A Simulation Study on the Extreme Temperature Events of the 20th Century by Using the BCC_AGCM

Extreme temperature events are simulated by using the Beijing Climate Center Atmospheric General Circulation Model (BCC AGCM) in this paper. The model has been run for 136 yr with the observed external forcing data including solar insolation, greenhouse gases, and monthly sea surface temperature (SST). The daily maximum and minimum temperatures are simulated by the model, and 16 indices representing various extreme temperature events are calculated based on these two variables. The results show that the maximum of daily maximum temperature (TXX), maximum of daily minimum (TNX), minimum of daily maximum (TXN), minimum of daily minimum (TNN), warm days (TX90p), warm nights (TN90p), summer days (SU25), tropical nights (TR20), and warm spell duration index (WSDI) have increasing trends during the 20th century in most regions of the world, while the cold days (TX10p), cold nights (TN10p), and cold spell duration index (CSDI) have decreasing trends. The probability density function (PDF) of warm/cold days/nights for three periods of 1881-1950, 1951- 1978, and 1979-2003 is examined. It is found that before 1950, the cold day/night has the largest probability, while for the period of 1979-2003, it has the smallest probability. In contrast to the decreasing trend of cold days/nights, the PDF of warm days/nights exhibits an opposite trend. In addition, the frost days (FD) and ice days (ID) have decreasing trends, the growing season has lengthened, and the diurnal temperature range is getting smaller during the 20th century. A comparison of the above extreme temperature indices between the model output and NCEP data (taken as observation) for 1948-2000 indicates that the mean values and the trends of the simulated indices are close to the observations, and overall there is a high correlation between the simulated indices and the observations. But the simulated trends of FD, ID, growing season length, and diurnal temperature range are not consistent with the observations and their correlations are low or even negative. This indicates that the model is incapable to simulate these four indices although it has captured most indices of the extreme temperature events.     

地形对门头沟一次大暴雨动力作用的数值研究

2002年6月24—25日,北京门头沟附近发生了一次大暴雨过程。为探讨地形在本次过程中的动力作用,采用美国俄克拉荷马大学风暴分析预测中心开发的ARPS模式,对大暴雨过程进行了数值试验。控制试验采用27、9 km双重单向嵌套网格,网格覆盖范围约为3000 km×3000 km、900 km×900 km。两层网格均采用全物理过程,使用的都是全球30″的地形资料。在控制试验的基础上,进行了3组敏感性试验:第1组试验采用干过程模拟,即不考虑凝结潜热的作用;第2组试验将地形整体向东/西平移1°;第3组试验是将门头沟西部的局地地形抠除一部分。试验结果表明,在不考虑凝结潜热作用时,东南风气流仍然可以爬升到2 km以上,超过了大气的抬升凝结高度,证实了地形的动力作用是本次大暴雨的触发机制;将地形向东/西平移1°后,由于大气的对流稳定度发生了改变,模拟的降水强度和落区也发生了变化,表明山坡和山顶的对流不稳定大气是导致本次大暴雨的必要条件;抠除局地地形后,模拟的降水量也发生了不同程度的改变,再次证明大暴雨是在多尺度地形以及一定的天气系统配置下产生的。     

RegCM3模式对新疆1996年降水和气温的数值模拟分析

通过数值模拟方法,研究了降水和气温对模式分辨率、初始和边界条件的敏感性。结果表明：区域模式RegCM3对新疆1996年冬季和夏季的降水和气温具有一定的模拟能力,气温的模拟要优于降水。分辨率、初始和边界条件对区域模式的模拟结果有较大的影响。模式分辨率的提高,可以增强对气温的模拟能力,尤其是气温沿地形变化的特点。分辨率的提高,同样可以改进降水的量级和落区。相同分辨率下,不同初始和边界条件,对降水的模拟结果影响不大。无论分辨率和初始,边界条件如何变化,塔克拉玛干沙漠南麓均有虚假降水出现,说明该模式在刻画复杂地形方面,还存在不足。     

贵州西部两场典型暴雨个例对比分析

利用ECWMF数值预报产品资料、逐日客观分析资料、常规观测资料以及高密度区域气象自动站降水资料和物理量资料,对2011年6月中、下旬发生在贵州西部地区的两场暴雨天气过程进行对比分析。结果表明:①两场暴雨的发生,中低层均有西南低涡沿切变线东南移和强盛的西南暖湿气流,第1场有高原槽,第2场既有高原槽又有南支槽等天气条件的有效合理配置,以及较强的垂直上升运动和充足的水汽、能量条件,为暴雨产生提供充分的条件。②区域气象自动站降水资料显示,中小尺度天气系统演变对强降水落区有很好的指示意义。③WRF模式较准确地模拟出降水落区、强度以及700 hPa上西南涡沿切变线移动趋势,对类似暴雨短时临近预报具有重要的指示意义。     

东太平洋冷舌区海表面温度日变化特征的模拟研究

本文通过分辨太阳辐射日变化, 利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室 (LASG/IAP) 气候系统海洋环流模式 (LICOM), 模拟了东太平洋冷舌区海表面温度 (SST) 的日变化特征并研究了弱混合对其影响。采用理想的太阳辐射日变化强迫上层垂向分辨率为10 m的海洋模式LICOM, 模拟出了SST日变化一些特征, 同时海洋的上层流场也产生明显日变化。模拟的SST日变化振幅水平分布与观测接近, 且受太阳辐射日变化振幅水平分布调制。在赤道中东太平洋区, 模拟的SST日变化振幅 (约为0.3～0.4℃) 比观测偏小约0.1～0.2℃。模拟的SST日变化峰值出现在15～16 时 (当地标准时间), 落后于太阳辐射峰值2～3个小时, 接近观测。进一步减弱混合后, 模拟的日变化振幅增加约0.1℃, 更接近观测。这说明在东太平洋冷舌区SST日变化主要受太阳辐射日变化和垂直混合影响。此外, 混合减小后, 在太阳辐射日变化调制下, 平均态 (如混合层、温度和流场) 也出现明显变化。在赤道东太平洋冷舌区北侧, 弱混合导致混合层变浅, 变浅使热量堆积进而使平均SST升高约0.3℃; 在赤道东太平洋冷舌南侧, 经向平流加强导致平均SST降低约0.2℃。     

BCC_CSM1.1对10年尺度全球及区域温度的预测研究

近期10～30年时间尺度的年代际预测是第五次耦合模式国际比较计划(CMIP5)重要内容之一。按照CMIP5试验要求, 国家气候中心利用气候系统模式BCC_CSM1.1完成并提交了年代际试验结果。本文评估了该模式年代际试验对10年尺度全球及区域地表温度的预测能力, 并通过与20世纪历史气候模拟试验的对比分析, 研究模式模拟对海洋初始观测状态的依赖程度。分析结果表明:(1)在有、无海洋初始化条件下, 模式均能模拟出1960～2005年间全球10年平均实测地表温度的变暖趋势, 但在有海洋初始化条件下, 可以明显减小BCC_CSM1.1模式模拟的全球升温趋势, 使得年代际试验比历史试验的结果更接近观测值。这一特点在观测资料相对丰富的南北纬50°以内地区更为显著。(2)在年代际试验预测前期, 通过Nudging方法, 利用SODA再分析海洋温度资料对模式进行初始化, 经过前期8～12月的协调后, 模式预测的第1年南北纬50°范围海洋、陆面的平均地表气温接近于观测值(CRUTEM3, HadSST2)。由于模式初值SODA再分析SST资料与HadSST2观测值存在明显的全球大洋系统暖偏差以及模式本身系统偏差的影响, 年代际试验模拟的地表气温在2～7年之内, 从观测SST状态逐渐恢复到模式系统本身状态。在同组Decadal试验中, 陆面和海洋恢复调整的时间长度几乎一致。(3) 从10年平均气候异常在区域尺度上的预报技巧来看, 有、无海洋初始同化对预测结果影响不大, 高预测技巧区主要分布在南半球印度洋中高纬度、热带西太平洋以及热带大西洋区域。(4)SST变化与下垫面热通量密切相关, 在热带和副热带海洋区域, 长波辐射和感热通量是影响10年时间尺度SST变化较大的物理量, 在中高纬度海洋, 洋面温度变化主要受潜热通量的影响相对较大。     

贺兰山至吉兰泰盐湖的水化学特征及演化规律

在对吉兰泰盐湖南部地下水化学组分特征分析的基础上,利用PHREEQC软件对水文地球化学演化规律进行模拟研究。结果表明,从贺兰山西侧山前到吉兰泰盐湖,水化学类型由HCO-3型过渡到Cl-—SO24-型、最后变为Cl-型;Ca2＋、Mg2＋与SO24-相关分析表明发生石膏溶解出的Ca2＋置换了MgCO3中Mg2＋,从而产生了CaCO3沉淀的水岩反应,而白云石、石膏、岩盐、CO2（g）的溶解是常量离子增加的物质来源,同时伴有强烈的蒸发浓缩作用及阳离子交换作用。特别是深层地下水具有较高的mNa/Cl值与较低的mCa/Na值,表明发生强烈的阳离子交换作用,这对认识吉兰泰盐湖地区及干旱区沙漠地区水体发生的水岩相互作用与演化机制具有借鉴作用。