青藏高原边界层高度特征对大气环流动力学效应的数值试验

利用NCAR的全球气候模式 (CCM3) 及第二次青藏高原边界层观测试验的研究结果, 对青藏高原上大气边界层高度的作用进行了研究, 分析了夏季青藏高原地区与长江流域上空的环流状况。研究表明:青藏高原的边界层高度特征对高原东南部地区以及长江流域出现强烈的垂直上升运动及其低层辐合、高层辐散存在着显著的动力效应, 深厚的高原边界层特征将使长江流域夏季区域性的云量及降水明显增加, 河套地区与黄河流域的夏季云量及降水有所减少。     

改进的物理过程参数化对台风路径数值预报的影响

文章介绍了国家气象中心的台风路径数值预报试验模式和新开发的改进物理过程参数化方案，对1992年的5个台风个例初步试验结果表明:改进物理过程参数化模式对台风路径和台风强度的预报比简单物理过程模式有明显提高，24 h和48 h台风中心位置预报误差分别为188 km和337 km，比原模式减小38 km和190 km；48 h台风中心气压与实况之差平均减小3 hPa。     

黄河源高寒湿地-大气间暖季水热交换特征及关键影响参数研究

湿地是由陆地和水体形成的自然综合体,具有重要的生态、水文和生物地球化学功能,黄河源高寒湿地作为黄河重要的水源涵养区,对其下垫面水热交换特征及关键影响参数的研究具有非常重要的意义。本文利用中国科学院西北生态环境资源研究院麻多黄河源气候与环境变化观测站2014年6~8月观测资料,分析了黄河源区高寒湿地-大气间暖季水热交换特征,并利用公用陆面模式（Community Land Model,简称CLM）模拟了热通量变化,提出针对高寒湿地的粗糙度优化方案。主要结果如下:（1）暖季向上、向下短波与净辐射的平均日变化规律一致,向上、向下长波平均日变化平缓,地表温度升高相对于向下短波具有滞后性,潜热通量始终为正值并大于感热通量;（2）温度变化显著层结为20 cm以上土壤浅层,存在明显的日循环规律,土壤中热量09:00（北京时,下同）下传至5 cm深度,温度升高,11:00至10 cm深度,13:00至20 cm深度,18:00后开始上传,温度降低,40 cm及以下深度受此影响较小,热量在土壤中整体由浅层向深层输送;（3）土壤湿度平均日变化小,5 cm深度为土壤湿度最小层,10 cm深度为最大层;（4）麻多高寒湿地动力学粗糙度Z_0m在暖季变化稳定,可作为常数,Z_0m=0.0143 m;（5）提出更加适合高寒湿地下垫面暖季附加阻尼kB-1参数化方案,使得热通量模拟效果较CLM原始方案有所提高。以上结果对于研究湿地下垫面陆面过程具有重要意义。     

不同物理过程参数化对模式台风的影响及其动力结构的研究

文章介绍了国家气象中心的台风路径数值预报模式（以下简称台风模式）,在不同物理过程参数化下的数值试验及其结果的诊断分析。对1992年第10号热带气旋和1996年第8号热带气旋个例的数值试验结果表明,该模式能较好地预报热带气旋移动路径和登陆地点,且考虑复杂物理过程的台风模式较简单过程的模式能更好地描述热带气旋中心附近高低层的热力状况。研究还发现,500或700 hPa湿位涡第一项MPV1负值中心的绝对值大小的变化可反映热带气旋的强弱;且850 hPa上升运动最大中心的位置对未来6～12 h热带气旋的移向有较好     

论全球地震面波层析成像的参数化与样条插值模型

本文的参数化方法考虑不完全依赖数据分布的基函数的构造方法。借助函极小问题与样条插值问题的密切联系,得到了样条函数形式的参数化方法,即样条插值模型,样条插值模型是著名的Ｂａｃｋｕｓ－Ｇｉｌｂｅｒｔ模型在球面情形的推广。     

平均环流参数化预报的初步试验

本文提出一个对包括下垫面温度在内的未知总强迫项进行参数化作平均环流的预报方法.该参数化方案是假设未知作用力距平与流函数距平成正比,其比例系数是空间位置的函数,得到一个平均环流距平的预报方程.该方程表明,预报结果的好坏不仅取决于初始状态和动力学的考虑,还取决于环流的历史演变情况. 根据历史资料反求其比例系数,所作的平均环流距平的历史拟合结果令人满意.独立样本的预报结果比不上历史拟合的结果.试验结果还表明,如果加长历史资料的时间序列,把310天的历史资料增加到620天,则独立样本的预报结果有较大的改善,不仅有很多旬平均和月平均的个例非常成功,而且预报的半均准确率已超过一般惯性预报的水平.     

Melt Pond Scheme Parameter Estimation Using an Adjoint Model

Melt ponds significantly affect Arctic sea ice thermodynamic processes. The melt pond parameterization scheme in the Los Alamos sea ice model(CICE6.0) can predict the volume, area fraction(the ratio between melt pond area to sea ice area in a model grid), and depth of melt ponds. However, this scheme has some uncertain parameters that affect melt pond simulations. These parameters could be determined through a conventional parameter estimation method, which requires a large number of sensitivity simulations. The adjoint model can calculate the parameter sensitivity efficiently. In the present research, an adjoint model was developed for the CESM(Community Earth System Model) melt pond scheme. A melt pond parameter estimation algorithm was then developed based on the CICE6.0 sea ice model, melt pond adjoint model,and L-BFGS(Limited-memory Broyden-Fletcher-Goldfard-Shanno) minimization algorithm. The parameter estimation algorithm was verified under idealized conditions. By using MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)melt pond fraction observation as a constraint and the developed parameter estimation algorithm, the melt pond aspect ratio parameter in CESM scheme, which is defined as the ratio between pond depth and pond area fraction, was estimated every eight days during summertime for two different regions in the Arctic. One region was covered by multi-year ice(MYI) and the other by first-year ice(FYI). The estimated parameter was then used in simulations and the results show that:(1) the estimated parameter varies over time and is quite different for MYI and FYI;(2) the estimated parameter improved the simulation of the melt pond fraction.     

随机物理倾向扰动在风暴尺度集合预报中的影响研究

为深入探究随机物理倾向扰动（Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT）方案在风暴尺度集合预报中的影响,基于WRF模式利用FNL资料对SPPT方案中的3个参量分别进行敏感性试验,得到SPPT方案的最佳参数配置,并在此基础上分析SPPT方案模拟的降水分布特征。结果表明:SPPT方案敏感性试验中,去相关时间选择6 h时构造的集合成员可信度更高,逐时降水评分效果在积分中后期较高,对于暴雨及以上量级的评分技巧最优;造成降水主要天气系统的维持时间对该变量的选取有较大的影响。去相关空间尺度选择100 km的集合试验更为可靠,对降水预报技巧较高;同时该变量的选取与天气过程中的大尺度信息、中小尺度系统的活跃以及模式的空间分辨率有密切联系。通过对离散度和离群值分析认为扰动振幅选择0.525最为合理。SPPT方案集合成员在局部地区可以较大幅度地改变降水量,对降水落区的准确模拟存在一定的局限性。      

云粒子谱演化研究中的一些问题

简略介绍了描述云中水凝物粒子群尺度谱演变的方法：谱函数方法和分档方法,并给出了分档模式实例。讨论了谱参数本身以及在应用中应注意的问题。分析了两类方法的对比研究的结果指出,一些重要的云降水物理过程,如粒子类型间的转化,涉及粒子运动状态和人工播撒的效应等过程,应当用分档方法来处理。     

辐射参数化对海南岛海风雷暴结构模拟的影响

本文利用高分辨率WRF模式探讨了两组短波、长波辐射参数化方案(Dudhia+RRTM、RRTMG+RRTMG)对海南岛一次海风雷暴模拟的影响及其可能的物理机制.结果表明,辐射参数化能影响大气的加热程度和近地面能量,决定海陆温差和气压差,改变海南岛的海风特征,最终影响海风雷暴的发生发展.Dudhia+RRTM方案模拟的短波、长波综合加热率、感热通量以及潜热通量都大于RRTMG+RRTMG方案,造成了前者模拟的近地面能量偏高,大气层结也表现得更加不稳定,进而使得该方案下的海陆温差和气压差相对较大,Dudhia+RRTM方案模拟的海风明显强于RRTMG+RRTMG方案,能提供更好的水汽输送和抬升条件,有利于海风雷暴的发生发展,因此其模拟的雷暴活动范围和对流中心强度都要大于RRTMG+RRTMG方案.