天气预报分析型数据模型及生成

将原始数据转换为分析型数据,增强用户对海量数据的分析能力,是数据仓库技术最核心、最有价值的思想,也是数据仓库在气象领域应用的基础。该文针对天气预报领域数据空间性、瞬变性、物理性和多尺度性等特点,提出了五元组描述的天气预报分析型数据概念模型;总结了生成分析型数据的固定区域统计、划分区域统计、基本天气系统识别和天气学概念模型识别4种聚集变换,并对其关键技术进行了讨论。提出了基本天气系统自动识别的滤波-划分-测量算法,探讨了针对气象数据特点的模糊空间关系,定义了进行天气学概念模型识别的空间模糊产生式规则,并针对空间数据给出了定位条件等扩展。     

城市中水体布局对大气环境的影响

城市下垫面状况在很大程度上决定城市大气物理环境的特征。在城市区域增加湿地等自然地表有利于城市的减温增湿,促使局地流场发生变化,改善局地微气象条件以及大气物理环境。城市规划大气物理环境多尺度数值模拟系统为城市规划大气物理环境定量评估提供了有效的模拟工具。利用该系统中的城市尺度模式模拟了水体布局为集中型和分散型,水体面积占有率分别为4%、8%、12%和16%条件下,城市大气温度、湿度、风速、城市大气扩散条件的变化及其对城市大气环境的影响,利用北京市城市水体气象观测数据,分析了水体周边和商业区、交通区温、湿度的差异,并对模式模拟结果进行了验证,揭示了城市水体布局对城市大气物理环境影响的可能机制。模拟和观测结果显示,城市水体布局会对城市微气象环境产生一定影响。无论分散型或集中型布局,城市水体面积的增加,都在一定程度上使城市气温降低、湿度增加、平均风速增大。比较而言,分散型水体布局对城市区域微气象环境的影响更为显著。     

“00.7”北京特大暴雨模拟中气象资料同化作用的评估

针对2000年7月4～5日北京地区的一次特大暴雨过程(24 h降水量达240 mm),文中利用MM5/WRF三维变分系统和MM5非静力模式,对此次特大暴雨过程中的各种气象监测资料(地基GPS大气柱水汽含量、常规探空、高空测风、地面常规观测和地面自动气象站)的同化作用通过观测系统数值试验进行了评估.结果表明与传统的客观分析方案相比较,MM5/WRF三维变分同化系统可直接引入非常规地基GPS大气柱水汽含量监测资料,提供更好的大气初始分析场.在三维变分同化方案下,各种大气监测资料均对改进此次特大暴雨模拟有不同程度的贡献,其中,常规探空和高空测风监测资料对改进预报结果的影响最大,地面常规观测和地面自动气象站观测资料作用次之,地基GPS大气柱水汽含量资料在与其他大气监测资料相互优势互补后,可很好地改善模式大气的分析质量,通过三维变分同化技术在区域数值天气预报模式初始场中引入地基GPS大气水汽监测网资料,使此次强降水个例的6 h和24 h测站降水预报的TS评分值在1,5,10和20 mm预报检验阈值下分别提高了1%～8%.研究结果对利用三维变分数值系统,评估气象监测网资料在改进高影响天气事件预报中的作用有借鉴意义.     

北京奥运会期间NO2浓度降低原因分析

2002～2008年,北京市城区和近郊8月的NO2月均浓度大体呈现逐年下降趋势,其中前5年二者均以每年约10%的降幅下降,2008年发生显著下降,降幅达40%左右。利用嵌套网格空气质量模式系统(NAQPM/IAP),采用敏感性试验方法,评估了气象条件与污染控制措施对北京奥运会期间大气NO2浓度降低的影响,评估不同污染控制措施对NO2浓度降低的作用。研究结果表明,污染控制措施是NO2浓度降低的主要影响因素,其中面源的污染控制措施对于NO2浓度降低的作用最明显。     

气候模式-农业气象模式集成系统的小麦灌溉管理新途径

首次采用区域数值预报模式与农业气象模型结合的技术途径, 构成一个气候模式-土壤水分模式-灌溉模式的系统模型。模型的数值天气预报部分采用大气过程与陆面过程耦合的区域气候模式; 农业气象模型采用适用于冬小麦区的土壤水分和灌溉管理预报模型。研究表明, 本模型较农业气象模型中一般用气候平均作为环境背景场的方法其预测能力有显著提高, 并提供覆盖整个小麦生长期的区域土壤水分定量预报和灌溉管理服务, 具有很好的使用和推广前景。     

三维冰雹分档强对流云数值模式研究：Ⅰ、模式建立及冰雹的循环增机制

针对现行冰雹云参数化模式中假定冰雹谱服从特定的负指数分布，冰雹增长率依赖其加权平均末速度以及粒子间的数浓度转换不守衡等局限性，作者建立和发展了一个包括云滴、云冰、雨滴、雪团、霰和雹的云中主要水成物场及凝结、撞冻等37种主要微物理过程，可用于预测和研究三维强冰雹云降雹过程的冰雹分档模式，模式能够提供在雹云参数化模式中无法提供的关于冰雹增长与分布的信息，研究共分三部分；模式的建立及冰雹的循环增长机制；冰雹的分档分布特征；冰雹产生与增长的微篁,经一部分，通过建立模式及模拟一个多单体风暴个例，对多单体中冰雹的增长机制进行了数值模拟研究。     

鄂东一次下击暴流天气的中尺度分析

利用自动气象站观测网资料,计算了逐分钟地面散度场,并将散度场等与多普勒天气雷达资料叠加形成综合分析场,对2007年7月27日鄂东地区雷雨大风天气过程进行了中尺度分析。结果表明:地形辐合线对中尺度对流系统(MCS)触发和加强起到重要作用。MCS发生发展期间,多普勒天气雷达上相继有两个弓状回波形成。第一个弓状回波在速度图上因弓状回波移动方向与雷达波束有较大夹角后部入流急流特征不明显,但强度图上有弱回波通道特征;第二个弓状回波沿雷达径向移动,后部入流急流特征明显。武汉地区灾害性雷雨大风是一个强盛的多单体风暴所产生的系列下击暴流造成的,它位于第二弓状回波向前突出的位置。系列下击暴流发生期间,地面附近强辐散峰值与多单体风暴强回波高度显著下降的时间和位置基本一致。除弓状回波特征、后部入流急流、中层速度辐合及回波重心高度下降等特征外,弱回波通道、风暴相对速度图上沿雷达波束方向的正负速度对等也是下击暴流发生的典型特征。     

湘北特大致洪暴雨的中尺度分析及数值模拟

利用地面加密观测资料、卫星云图和长沙多普勒天气雷达资料,结合GRAPES_Meso中尺度数值模式模拟结果,对2010年7月8—9日湘北特大致洪暴雨过程进行综合分析。此次大暴雨过程形成的环境条件是低层切变线维持并诱发出地面风场辐合线,产生强烈的垂直上升运动,配合丰沛的水汽输送和高不稳定能量释放。造成局地强降水成因有:（1） 两个β中尺度强对流云团发展合并加强且停滞少动;（2） 在暴雨旺盛阶段,岳阳临湘强降水区的假相当位温θse线呈“ ”型结构,低层的假相当位温348线呈暖舌,向上伸展到630 hPa左右,而高层θse为向下凹的“漏斗”形状,这种层结热力结构不稳定强,非常有利于对流运动,很容易触发大暴雨发生;（3） 观测结果表明其维持机制是大暴雨发生在带状长回波带内,超过50 dbz的雷达回波强度稳定少动维持近4 h,导致强降水的持续性。      

利用多波段分光仪观测生物有效UV辐射、臭氧总量和云的影响

该文介绍了一种利用紫外分光仪进行辐照度观测获取生物有效UV辐射、臭氧总量和云的光学厚度的方法。这些量是观测的辐照度与辐射传输计算相结合后测定的。该方法被用于具有 4个中心波长为 30 5、32 0、340和 380nm ,宽度为 10nm的 4波段分光仪。将这种仪器与高精度分光光度计在美国圣迭戈不同天气条件下进行了为期 1周的对比观测。当太阳天顶角 (SZA) <80°时 ,CIE 权重UV辐射剂量率的相对误差为 1.4± 3.2 %。晴天条件下 ,当SZA <80°时 ,相对误差为 0 .6± 1.5%。该仪器观测的辐照度推算的臭氧总量对云并不敏感。这种仪器还与Dobson和Brewer仪器在挪威奥斯陆进行了一年多的对比观测。整个观测期间 (包括有云的情况 )获得的臭氧总量相对误差为 0 .3± 2 .9%。当晴天和SZA <6 0°时 ,标准差减小到 1.9%。将仪器观测中所获得的臭氧总量和云的光学厚度输入到辐射传输模式 ,可以计算从 2 90～ 4 0 0nm分辨率为 1nm的整个光谱。这样计算的光谱与同时用高精度分光光度计观测的光谱在晴天及有云的条件下非常一致 ,所以 ,这种光谱可以用于测定任何作用光谱的辐射剂量率。而计算这种光谱只需要一个UV B通道和一个UV A通道