Influences of Two Convective Schemes on the Radiative Energy Budget in GAMIL1.0

The Grid-point Atmospheric Model of IAP LASG version 1.0 (GAMIL1.0) is used to investigate the impacts of different convective schemes on the radiative energy budget.The two convective schemes are Zhang and McFarlance (1995)/Hack (1994) (ZM) and Tiedtke (1989)/Nordeng (1994) (TN).Two simulations are performed:one with the ZM scheme (EX_ZM) and the other with the TN scheme (EX_TN).The results indicate that during the convective process,more water vapor consumption and temperature increment are found in the EX_ZM,especially in the lower model layer,its environment is therefore very dry.In contrast,there is a moister atmosphere in the EX_TN,which favors low cloud formation and large-scale condensation,and hence more low cloud fraction,higher cloud water mixing ratio,and deeper cloud extinction optical depth are simulated,reflecting more solar radiative flux in the EX_TN.This explains why the TN scheme underestimates the net shortwave radiative flux at the top of the atmosphere and at surface.In addition,convection influences longwave radiation,surface sensible and latent heat fluxes through changes in cloud emissivity and precipitation.     

边界层温度廓线遥感反演的本地化改进研究

采用MODIS资料和美国发展的MODIS大气温、湿度廓线统计反演算法,估算大气温度、湿度廓线作为初始场,应用101层快速透过率模式(PFAAST)估算了大气透过率,并采用Newton非线性迭代算法反演中国西北荒漠戈壁地区大气温度廓线。结果表明:该方法对边界层高度及以上部分的大气温度反演得比较好,误差基本都在2 K范围内,边界层范围内的温度反演误差较大,反演误差与气溶胶光学厚度增量和地表温度估算误差呈显著正相关关系,与大气水汽混合比的关系较差。文中从敏感性试验和理论分析角度阐述了地表温度和气溶胶光学厚度估算误差对大气温度反演误差的影响,发现不同光谱波段的地表温度权重均随地表温度的增加有不同程度增加,地表温度反演误差增加将增加地表温度权重,提高地表温度估算误差有助于提高地表温度权重的精度;荒漠戈壁地区大气边界层中气溶胶浓度较高,光学厚度较大,使边界层大气透过率降低,进而降低卫星红外遥感波段的地表温度权重和空气温度权重。由于该模式没有很好地考虑边界层中沙尘气溶胶的影响,使卫星反演的大气透过率偏高,以至于高估地表温度权重和大气温度权重,使得反演的表面温度和空气温度偏低。该研究结合太阳光度计获得的光学厚度资料,采用统计方法对气溶胶效应引起的大气透过率误差和表面温度估算误差进行校正,并对物理算法进行本地化改进,实现了边界层温度廓线的反演。     

西北太平洋区域纬向风垂直切变的气候特征研究

西北太平洋区域纬向风垂直切变的变化是影响西北太平洋热带气旋生成和发展的一个重要的动力因子,弱的纬向风切变有利于热带气旋的发生、发展。文中将西北太平洋区域纬向风垂直切变幅度(MWS)定义为850与200 hPa的纬向风之差的绝对值,以研究MWS的气候特征。结果表明,西北太平洋区域的MWS有两个主要空间模态,第1空间模态表现为在15°N以南的热带西太平洋存在MWS东西向变化相反的两个区域,20°N附近的热带西太平洋MWS的变化与其以北海区的MWS的变化相反。第2空间模态表现为在热带太平洋140°E东、西的变化相反。研究了两个模态相关的大气环流特征,发现去掉强ENSO信号后,第1模态不但与低纬度大气环流有关,而且还与南、北半球中高纬度的大气环流有关,第2模态主要与热带西太平洋和北太平洋局地大气环流有关。另外,第1模态的时间系数与赤道东太平洋海温、西北太平洋台风生成频次有着密切联系;第2模态时间系数与西北太平洋台风活动频次联系密切。     

利用MODIS反演四川盆地地表温度与地面 同步气温、地温观测值的相关性试验

通过对MODIS反演的地表温度与四川盆地自动气象站观测的准同步地面空气温度Ta和0 cm地温Ts的相关分析,结果表明：对于非均匀下垫面,卫星反演地表温度TLS分别与Ta和Ts的相关系数稳定性都不好,不同卫星过境时间的相关系数差异很大。但（Ts-TLS）与（Ts-Ta）却有着既显著又稳定的线性相关,不同卫星过境时间的相关系数都达到0.8以上,具有良好的相关性。基于卫星反演地表温度和空气温度的地温统计模型,其标准误差为4.85 ℃。     

利用卫星遥感资料估算区域尺度空气温度

空气温度是地球大气系统能量和水分循环的关键参数,气象台站观测的空气温度是单点观测的,空间代表性较差,在区域尺度模型中应用还存在一些问题,作者提出了一个从卫星遥感资料直接反演空气温度的新方法。基于NOAAAVHRR资料反演的地表温度(Land Surface Temperature,T_(LS))和地面观测的空气温度(Air Temperature,T_a)的相关关系,建立了稀疏植被区域不同高程范围的空气温度遥感估算统计方法;基于NDVI和T_(LS)的梯形空间特征关系,建立了在中、高植被覆盖区域的空气温度遥感估算物理方法。经检验,稀疏植被区域空气温度反演绝对误差在1.5～1.8℃之间,中、高植被覆盖区域空气温度反演平均绝对误差为1.61℃,表明作者提出的空气温度遥感反演方法是可行的。     

陇中黄土高原地表能量不平衡特征及其影响机制研究

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)2008年夏季的观测资料,分析了陇中黄土高原地表能量不平衡特征及其影响机制,计算了地表和5 cm深处土壤热通量板之间的热储存,并对地表能量不平衡特征重新进行了计算和评价。当把土壤热储存作为地表能量收支的一部分考虑后,不平衡差额绝对值平均降低了23 W.m-2,能量不闭合度平均减小了0.104,利用最小二乘法(OLS)进行线性回归得到的平均不闭合度减小了0.085。从白天和晚上的能量不闭合度频率分布也能够看出,土壤热储存对地表能量收支平衡有很大改善。但即使考虑了土壤热储存项,地表能量不闭合仍然很明显。除了土壤热储存,边界层大气不同形式的输送能力作为对地气能量通量交换过程中的重要因素,对能量不平衡也会产生深远影响。结果显示,地表能量不闭合度分别与垂直速度w、水平风速u和对流速度尺度w*有较密切的关系。涡动相关法通量计算中常通过坐标旋转强迫垂直速度变为零,然而非零的垂直速度和垂直平流是真实存在的,忽略垂直平流热量输送是产生地表能量不平衡的重要原因。     

降水性层云含水量跃变对应的微结构观测研究

利用长春2007年5月16日的一次层状云降水过程的飞机观测资料,并结合天气图、卫星云图及雷达回波等资料,综合分析了此次降水过程中粒子浓度、粒子谱、雷达垂直累积液态水（vertical integrated liquidwater,VIL）、微波辐射计积分液态水（liquid water content,LWC）以及地面雨强特征。研究表明,层状云微结构在水平方向上的起伏较大,出现两次典型的含水量跃变：第1次液态水跃变主要是因为粒子浓度增加;第2次液态水跃变是因为粒子浓度和粒子谱共同作用的结果;雷达VIL值和地面雨强两者呈正相关。     

地表通量输送对飑线过程影响的数值模拟研究

使用水平分辨率20km的RSM-RANAL再分析资料和WRF模式,对2004年7月12日影响上海地区的一次飑线过程进行分析和数值模拟,结果表明:(1)雷暴发生区域的西北侧约300km处有一冷锋,地面风场辐合;中低层为一致西南急流,雷暴发生区域上空300hPa位于西风急流右后侧辐散区中;地面存在明显的温度梯度。(2)雷暴发生前浙皖交界山区处的CAPE增至1000J/kg,CIN减至30J/kg以下;杭州湾附近的CAPE值大于2000J/kg。这些地方之后均有强对流单体生成,并成为飑线的一部分。(3)WRF模式对这次飑线过程的主要特征模拟较好,包括地面风场和飑线的结构。(4)敏感性试验指出陆面过程对本次飑线过程的形成发展起了重要作用。一方面通过潜热通量输送增大边界层湿度;另一方面通过感热通量输送改变了边界层的层结结构,使得低层辐合(或抬升)比较容易释放不稳定。在强对流天气的预报中地表条件不可忽略。     

台风“海棠”(2005)登陆前后非对称螺旋雨带特征分析

利用中尺度数值模式,WRF对2005年7月19—20日台风"海棠"登陆前后具有非对称性结构的螺旋雨带的结构特征进行数值模拟和分析。结果表明,降水中心所处的两条雨带位于台风中心东北象限,其南雨带的移动和强度变化与850 hPa正的涡度带在19日02—18时(世界时,下同)都有较好的对应关系。台风流场的逆时针旋转作用将海上850 hPa正的涡量大值带逐渐与南雨带合并,造成南部雨量中心的雨量增幅。南雨带北移逐渐与北雨带合并,造成北部雨量中心的雨量增幅。另外,分析暴雨的发展与高低层垂直切变风的高层辐散流场有关;最后讨论了雨量中心附近区域低层对流涡度矢量(CVV)垂直分量的发展条件及其与降水的关系。     

北非地区海-陆热力差异与夏季江淮流域旱涝的关系

基于NCEP/NCAR月均再分析资料和中国743站降水资料,根据夏季江淮流域51 a(1954-2004年)区域旱涝指数的年代际变化特征,确定北非地区作为研究的关键区.分析发现,关键区的地表温度异常在冬季具有较好的持续性,冬季北大西洋涛动是导致这种异常持续性的重要原因之一.通过对前冬北非地区地表温度和夏季江淮流域降水的SVD分析发现:当北非大陆地区偏冷,其西北侧的海区偏暖时,江淮流域夏季的降水将整体偏多;反之,江淮流域夏季的降水整体偏少.进一步研究发现,北非地区海陆地表温度异常的对比,要比其中单一海洋或陆地区域的异常对夏季江淮流域的旱涝有更好的指示能力.文中定义了一个海陆热力差异指数来表征这种地表温度异常的对比程度,该指数和夏季江淮流域旱涝指数呈较好的正相关关系,并且对夏季江淮流域极端旱涝年份也有较好的指示,认为该指数可以作为一个指示江淮流域整体旱涝事件的预报因子.