基于雷达资料四维变分同化及云模式的中尺度对流系统数值临近预报试验

基于雷达资料快速刷新四维变分同化(RR4DVar)初始化的三维数值云模式,利用京津冀6部新一代多普勒天气雷达和区域自动气象站观测资料,针对2013年7月4日出现在京津冀平原地区的中尺度对流系统(MCS),开展了数值临近预报试验。研究结果表明,充分考虑雷达观测信息的对流尺度数值临近预报具有很大的优势,但也存在不足:(1)模式能够较好地把握中尺度对流系统的组织发展和移动演变特征,对风暴回波带的走向和尺度特征有较好的预报,但对强回波的强度和位置预报存在一定偏差;(2)模式预报可以反映风暴系统的中小尺度扰动特征,对风暴冷池和出流边界(阵风锋)的发展变化均有较为合理的预报;(3)模式对强降水中心和雨带位置的预报有很大优势,能较好地预报弱降水雨带的分布形势和雨量,但对强降水落区的预报偏大;(4)模式对风暴造成的对流性强降水的预报准确率较高,对0.5—10 mm阈值的降水范围预报偏差比较合理,对10 mm以上降水范围的预报偏大,但是对弱降水风暴的弱回波较强回波的预报性能要好;(5)由于三维数值云模式对京津冀复杂地形的处理不够完善,对山前风场预报偏差较大,造成对山前风暴的发展演变和山前降水的预报偏差较大。     

复杂地形下雷暴增强过程的个例研究

本文基于多普勒雷达变分同化分析系统（VDRAS）反演的对流层低层热力和动力场,并结合多种稠密观测资料,对北京地区2009年7月22日一次弱天气尺度强迫下雷暴在山区和平原增强的机理进行了较深入的分析。研究结果表明：雷暴过程受大尺度天气系统影响不明显,对流前期地面弱冷锋,是此次雷暴新生的触发机制,高层冷平流、低层偏南暖湿气流的稳定维持和对流不稳定能量的聚集是本次雷暴增强的必要条件。雷暴从河北北部移进北京西北山区后,在下山和到达平原地区时,经历了两次明显的发展增强阶段。雷暴第一阶段下山增强,地形强迫起着主要作用,具体表现在三个方面：（1）地形斜坡使得雷暴冷池出流下山加速与稳定维持的偏南气流形成了强的辐合区;（2）地形抬升使得偏南暖湿入流强烈地上升,从而加剧了对流的发展;（3）地形抬高了冷池出流高度,使得出流与近地面偏南气流构成随高度顺转的低层垂直风切变,低层暖空气之上有冷平流叠加,使得雷暴前方的动力和热力不稳定增强。雷暴第二阶段在平原地区再次增强的主要原因是：组织完好的雷暴到达平原地区后,其冷池与低层暖舌在城区（朝阳地区）的对峙,产生了强的扰动温度梯度;强的冷池出流与势力相当的偏南暖湿气流相互作用产生了强的辐合上升气流,并与下沉气流在较长时间内共存;冷池出流形成的负涡度与低层切变产生的正涡度达到近似平衡状态。运用RKW理论,三者导致雷暴前方低层的辐合抬升最强,最有利于雷暴的维持发展。     

基于雷达资料四维变分同化技术对北京地区一次下山突发性增强风暴热动力机制的模拟分析

利用三维数值云模式和雷达资料四维变分(4DVar)同化技术,通过对4部新一代多普勒天气雷达探测资料进行快速更新同化和云尺度模拟,初步分析了2009年8月1日发生在北京地区的一次短生命史、突发性增强风暴的低层动力和热力影响机制。此次风暴过程处于弱天气尺度背景和弱层结背景下,冷池和低层环境风场相互作用是造成山上对流风暴增强传播下山的关键机制,而风暴的短生命史和平原地区上空弱风垂直切变环境有关:在对流风暴产生的初期,由于平原地区局地热力、动力场分布的差异,在平原地区西部近地面形成冷池结构,而冷池的“障碍物”作用进而阻碍环境风场的传播。在此机制下,导致在冷池东南边缘附近形成辐合中心、较强的低层水平风垂直切变和全螺旋度大值中心,有助于风暴传播下山。在风暴临近山边阶段,平原地区原有冷池的“绕流”等机制仍然有助于形成有利于主体风暴传播下山增强的近地面辐合中心、强低层水平风垂直切变和全螺旋度大值中心等环境。此外,随着山上风暴降水产生若干冷池,由于风暴形成的阵风锋抬升作用以及新生冷池与老冷池的逐渐发展并相互靠近,使冷池之间暖空气不断抬升,在冷池之间低层形成较强的辐合中心、全螺旋度大值中心。并且,由于冷池边缘的热力场分布不均匀,同样在冷池边缘形成较大扰动气压和扰动温度,增大了垂直加速度,在冷池之间中高层形成上升气流区,这些机制使北部风暴重新增强和新生风暴产生的同时,最终也导致这些风暴互相靠近,合并组织成带状回波。风暴在平原传播阶段,带状回波产生的冷池进一步增强,并明显扩展。低层风场指示冷池出流(阵风锋)更加强烈且存在明显的“前冲”特征,显现出部分飑线系统特征。但是,由于此时平原地区处于弱风垂直切变环境,此时冷池强于低层风垂直切变,即冷池产生的负涡度大于低层风垂直切变产生的正涡度,因此,冷池前沿的上升气流向后倾斜并导致阵风锋逐渐离开主体风暴,不利于沿着出流边界形成新的对流单体,从而不利于维持对流风暴系统的发展传播。随后,阵风锋和前方东南气流交汇,形成新的孤立单体。并且,基于模拟结果计算了与对流系统发展密切相关的全螺旋度、风垂直切变。结果显示,风垂直切变(尤其是0—3 km)和全螺旋度与风暴发生和传播位置及强度相关性较高,反映出模拟量对带状回波风暴过程具有较好的指示意义。     

柴达木盆地三湖地区第四系沉积相与生物气成藏

柴达木盆地三湖地区第四系蕴藏着巨大的生物气资源,目前已探明加控制天然气储量接近3×1011m3。更新世时期,柴达木盆地的湖相沉积主要分布在三湖(吉乃尔湖、涩聂湖和达布逊湖)地区,自山前至盆地中心依次发育了冲积扇、河流三角洲和湖相沉积,其中湖相沉积分布最为广泛。早更新世湖相沉积开始形成,中更新世湖相沉积扩张并且达到鼎盛,晚更新世湖相沉积开始萎缩并形成盐湖沉积。中、早更新世冰川的出现和青藏高原的崛起使柴达木盆地的古气候变得干旱寒冷,沉积水体温度较低,盐度较高。本区第四纪独特的沉积环境是形成大型生物气藏最重要的地质条件。高盐度的水体环境减缓了有机质的降解速度,长期的低温条件抑制了甲烷菌的活动,避免了沉积有机质在沉积浅埋阶段的过量消耗,推迟了生物产气的高峰期。而三湖地区巨厚的第四系暗色泥岩和频繁发育的砂岩提供了充足的气源条件和构成了良好的生储盖组合。     

一个大羊环流模式中赤道西太平洋暖池海面温度对西风爆发的响应

用逐日的欧洲中期数值预报中心再分析(ERA)风应力,和由Haney公式结合ERA海表资料与预报海温计算出的热通量强迫一个全球大洋环流模式.并用逐日的模拟结果与TOGA-COARE(Tropical Ocean--Global Atmosphere--Coupled Ocean-AtmosphereResponse Experiment)浮标观测资料对比,分析模拟结果中暖池海区上层海洋热量平衡对西风爆发(WWB)的响应.在第一次WWB过程中,模拟与观测的主要差异在WWB期间,而造成差异的原因主要是模式中由下沉运动引起的增温和由强的纬向温度梯度引起的暖平流.初步认为下沉增温可能是差分格式本身和模式分辨率不足造成的.从热量平衡的结果看,第二次WWB事件的模拟比第一次更成功,两次差异可能与两次WWB事件的季节背景不同有关.     

Sediment routing hypothesis for pool‐riffle maintenance

This paper provides comprehensive evidence that sediment routing around pools is a key mechanism for pool‐riffle maintenance in sinuous upland gravel‐bed streams. The findings suggest that pools do not require a reversal in energy for them to scour out any accumulated sediments, if little or no sediments are fed into them. A combination of clast tracing using passive integrated transponder (PIT) tagging and bedload traps (positioned along the thalweg on the upstream riffle, pool entrance, pool exit and downstream riffle) are used to provide information on clast pathways and sediment sorting through a single pool‐riffle unit. Computational fluid dynamics (CFD) is also used to explore hydraulic variability and flow pathways. Clast tracing results provide a strong indication that clasts are not fed through pools, rather they are transported across point bar surfaces, or around bar edges (depending upon previous clast position, clast size, and event magnitude). Spatial variations in bedload transport were found throughout the pool‐riffle unit. The pool entrance bedload trap was often found to be empty, when the others had filled, further supporting the notion that little or no sediment was fed into the pool. The pool exit slope trap would occasionally fill with sediment, thought to be sourced from the eroding outer bank. CFD results demonstrate higher pool shear stresses (τ ≈ 140 N m^–2) in a localized zone adjacent to an eroding outer bank, compared to the upstream and downstream riffles (τ ≈ 60 N m^–2) at flows of 6 · 2 m³ s^–1 (≈ 60% of the bankfull discharge) and above. There was marginal evidence for near‐bed velocity reversal. Near‐bed streamlines, produced from velocity vectors indicate that flow paths are diverted over the bar top rather than being fed through the thalweg. Some streamlines appear to brush the outer edge of the pool for the 4 · 9 m³ s^–1 to 7 · 8 m³ s^–1 (between 50 and 80% of the bankfull discharge) simulations, however complete avoidance was found for discharges greater than this. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

风切变对中尺度对流系统强度和组织结构影响的数值试验

采用我国实际观测的探空作为中尺度模式Weather Research and Forecasting(WRF)的理想试验的背景场,分别改变整层、低层和中层的垂直风切变,研究其对中尺度对流系统强度和组织结构的影响。结果表明,改变整层垂直风切变对对流系统的强度和组织结构影响最显著,增加整层垂直风切变,对流强度增强且易组织成线状,减小整层垂直风切变,对流强度弱且呈分散状态。从垂直速度、水平风场、散度场和冷池的三维结构特征分析了其影响的机制:(1)风切变增加,上升气流与下沉气流的相互干扰减弱,有利于垂直速度的维持和增强;(2)垂直风切变增加造成水平涡度增加,扭转项的作用分别使上升和下沉运动得到加强;(3)垂直风切变增加,冷池强度和高度增加且集中在系统后部,使系统线状组织性增强。研究还发现,增加垂直风切变造成近地面大风和降水增强,且强降水出现在大风之后,这主要是因为在对流发展阶段上升运动与下沉运动互不干扰情况下,强下沉运动造成的近地面大风,而成熟阶段上升运动不断增强或维持造成雨水比湿不断增加形成强降水。     

赤道东太平洋海温与我国江淮流域夏季旱涝的成因分析

对赤道东太平洋和西太平洋暖池海温与江淮流域夏季降水的关系作功率谱分析和相关分析.指出秋冬季增暖的厄尔尼诺事件对应江淮流域夏季降水偏多, 春夏季开始发展的ENSO事件江淮流域夏季降水偏少.对两种在不同季节增暖的ENSO事件对应的异常流场特征及其对江淮流域降水的影响用1991年和1994年实例作对比分析.不同季节增暖的ENSO事件在太平洋热带地区环流调整的不同阶段可能是影响夏季风活动和东亚夏季天气气候异常的主要原因.     

梅雨锋上两类中尺度对流系统形成的边界层特征

采用具有较高时空分辨率的地面观测资料以及WRF（Weather reasearch and forecasting）模式输出资料,分析了2009年6月29一-30日梅雨锋暴雨过程中两类不同的中尺度对流系统（rnesoscale convective system,MCS）边界层特征及边界层对两类MCS的触发维持机理,重点分析了海平面气压场特征、边界层冷池、干线及其在MCS中的影响。结果表明：两类中尺度对流系统的海平面气压特征存在着明显的差异,对流爆发阶段地面风场存在辐合线,再次激发阶段气压场呈“跷跷板”型的中尺度扰动,即由前置中低压和后置中高压组成,最强的对流带位于中低压和中高压之间的过渡区内;边界层辐合线是第一类中尺度对流系统（MCSl）维持的重要因素;MCSl爆发后边界层冷池生成,冷池前的冷出流与低层环境风产生的强辐合触发了第二类中尺度对流系统（MCS2）;存在于中低压和中高压之间的中尺度干线是MCS2的重要特点之一。     

Belowground carbon balance and carbon accumulation rate in the successional series of monsoon evergreen broad-leaved forest

The belowground part of terrestrial ecosystem is a huge carbon pool. It is believed that of the total 2500Gt carbon stored in global terrestrial ecosystem, soil carbon storage within the 1 m surface layer ac- counts for 2000Gt, which is 4-fold of vegetation car- bon storage[1,2]. Compared with the carbon in the vegetation, carbon in the deep soil layers is much more stable, and it will stay in soil profile permanentlyunless geological vicissitude occurs. Essentially, forest restoration is the…