暴雨模拟中多普勒雷达径向速度变分同化的应用

针对2008年6月广东地区的一次强降雨过程,利用WRF中尺度数值模式及其三维变分同化系统(WRF-3DVAR),进行了多普勒雷达径向速度变分同化对暴雨过程模拟效果影响研究。结果表明:WRF-3DVAR能够有效地同化多普勒雷达径向速度,同化后的主要影响在于改进了初始动力场,使得初始场包含有更详尽的中尺度特征信息,进而显著提高模式对广东局地暴雨过程的模拟效果。在高分辨率中尺度数值模式中有效地利用多普勒天气雷达资料,是提高中尺度降雨预报的关键。     

一种新的统计回归模型及其建模方案

根据经典门限自回归模型的基本思想,引入半截多项式变换,导出了一种新的统计回归模型,并提出了相应的一整套建模方案。这种模型和建模方案的特点是:（1）解决了统计回归分析中逐段线性化模型的检验问题;（2）在确定统计回归模型中各待估参数和变量——包括门限变量、门限值、阶数、时滞和回归系数时显得十分方便、快捷。试验结果表明,根据此方案建立的统计回归模型具有较高的拟合和预报精度,同时具有良好的稳定性。     

地形对于气流运动影响的数值研究

建立了二维、非静力平衡的数值模式，研究地形对上游气流的阻挡以及大振幅背风波谷与下坡风的形成。结果表明：地形的阻挡效应受地形高度、大气层结及地形非对称性等因子的影响。数值试验与理论分析都证明地形越高、层结越稳定时阻挡作用越强；同样条件下，迎风坡坡度大的地形容易对气流形成阻挡。此外，分析了地形高度、大气层结、地形非对称性以及基本入流大小对背风波谷及下坡风强度影响的规律，并通过一次实际观测对数值模拟结果进行了检验。     

东亚春季强冷锋结构及其动力学诊断研究 I. 东亚春季强冷锋结构

本文利用常规探空资料和华东中尺度试验的部分资料，对1983年春季一次快速南下，并在江淮地区产生大范围强对流天气的冷锋进行了三维结构的分析。通过研究发现，这次冷锋过程主要有以下特征: （1） 与冷锋相对应的高空槽前存在一支下沉（DVM）气流；（2）有一强的辐合区出现在对流层中层，锋前上升运动的最大值也出现在对流层中层；（3）比较强的锋生过程主要集中于对流层中下层；（4）存在一支明显的热力直接环流（TDC），即暖湿空气沿冷锋倾斜上升；（5）在冷锋后存在一支较强的下沉气流（DVM），这支DVM对冷锋逆温层（或等温层）的形成可能有重要作用。并将此次东亚春季强冷锋个例与小仓义光（Ogura）等分析的北美春季冷锋（SESAME）个例作了对比，发现此次冷锋个例中，锋区的温度密集区主要在对流层中层，而北美SESAME个例温度密集区主要在对流层低层。这可能是由于东亚高空急流较强，动力强迫而引发锋生所致。     

基于混沌吸引子的复杂农业系统预测模型研究

农业生产是自然再生产和经济再生产有机结合的过程，农业系统是高度耦合了自然生态、社会经济系统等的复杂大系统，具有非线性和耗散性特征。复杂农业系统要素非线性作用所表现的系统行为形成农业系统的整个演化轨迹。从长期演化来看，由于系统内部自组织作用、系统协同和外部随机扰动的作用使得农业系统出现混沌现象，故复杂系统具有长期不可预测性。本文根据复杂农业系统的预测规范，重构复杂农业系统相空间，建立了基于“混沌吸引子”的非线性混沌动力学预测模型，并以成都的相关数据进行分析验证。     

A TWO-LAYER PRIMITIVE EQUATION OCEAN CURRENT MODEL AND ITS SIMULATION

A two-layer primitive equation model is developed in this paper. The capabilities of this model aretested by the use of multiyearly averaged January and July sea surface level pressure fields and windfields which can be diagnosed from the pressure fields. The results show that the ocean surface currentsand undercurrents in the second layer driven by the sea surface wind and the sea surface pressure areclose to the observation. The results are also compared with that of the IAP OGCM and the OSUOGCM.     

气候系统及模式中反馈机制研究 I.概念和方法

气候系统中存在着各种各样的气候反馈机制,而气候模式对这些反馈机制描述的差异,正是造成不同模式对同一直接辐射强迫（如二氧化碳加倍）的响应不同的主要原因。因此,只有正确描述气候系统中的各种反馈作用,气候模式才可能用来对未来的气候变化进行预测。为此,本文首先介绍了气候系统及模式反馈机制分析研究时所常用的一些概念,如气候敏感性参数、云辐射强迫等,随后概述了气候模式反馈机制比较分析时常用的各种方法,并指出了这些方法各自的优缺点。而详细的有关气候系统及模式中反馈作用及其机制的分析则在文章的第ＩＩ部分给出。     

二维能量平衡模式中大气温度对二氧化碳增温效应的响应

利用一个考虑了辐射能传输的二维能量平衡气候模式,解析地分析了二氧化碳浓度改变后冰界纬度的变化,得到了冰界纬度随CO2浓度变化的关系以及全球平均温度的变化曲线.结果表明,当CO2浓度由工业革命前的280×10-6增加到700×10-6时,冰界仅后退(北半球向北)几个纬度;当CO2的浓度继续增加时,冰界纬度会加速向极地退缩,直至出现全球无极冰覆盖的现象.同样地,当CO2浓度由280×10-6增加到700×10-6时,全球地表平均温度虽然在增加,但增加的速率很小,并且增加的速率在减小,而当大于700×10-6之后,温度增加的速率会快速增大,温度将加速上升.对不同反照率进行敏感性试验,发现当反照率从0.1到0.32时,结果并没有显著地改变,即结果对反照率的变化并不敏感.这一计算结果表明,在目前的状态下,由CO2引起的增温作用似乎处于变化很小的准饱和状态,即目前气候不会因为CO2浓度的增加而迅速变暖.较为实际的情形可能是大气温度在缓慢增加到一定程度后才会迅速升高.这并不意味着可以忽视CO2的增温效应,因为根据计算结果,这个临界值大概在700×10-6左右,当CO2浓度增加到超过临界值之后,气温会剧烈上升,气候将会处在一个非常温暖的阶段.     

A THEORETICAL BASIS FOR THE PRIESTLEY-TAYLOR COEFFICIENT

The relationship between potential evaporation and arealevaporation is assessed using a closed-box model of the convectiveboundary layer (CBL). Potential evaporation is defined as theevaporation that would occur from a hypothetical saturated surface,with radiative properties similar to those of the whole area, and smallenough that the excess moisture flux does not modify thecharacteristics of the CBL. It is shown that the equilibrium rate ofpotential evaporation is given by Ep0=E0,where E0 is the equilibrium evaporation (radiative termof the Penman formula), and is a coefficient similar to thePriestley-Taylor coefficient. Its expression is , where is the areal surface resistance, r_a is the localaerodynamic resistance, and is the dimensionless slope of thesaturation specific humidity at the temperature of the air. Itscalculated value is around 1 for any saturated surface surrounded bywater, about 1.3 for saturated grass surrounded by well-watered grassand can be greater than 3 over saturated forest surrounded by forest.The formulation obtained provides a theoretical basis to the overallmean value of 1.26, empirically found by Priestley and Taylor for thecoefficient . Examining, at the light of this formulation, thecomplementary relationship between potential and actual evaporation(as proposed by Bouchet and Morton), it appears that the sum ofthese two magnitudes is not a constant at equilibrium, but depends onthe value of the areal surface resistance.     

基于不同分辨率和参数化方案的新疆区域数值模式性能初步评估

基于中尺度数值模式WRF,选取新疆两次强降水过程,设计3个试验方案,其中试验1为控制试验,试验2提高分辨率,试验3提高分辨率并调整物理参数化方案,初步评估不同分辨率和参数化方案对新疆区域2m温度、10m风速、降水预报的影响。结果表明:(1)提高分辨率对2m温度、10m风速模拟精度均有提高,2m温度预报精度提高约0.5℃,降低了日间温度模拟冷偏差;10m风速预报精度提高约0.5m/s,降低了风速模拟正偏差;但提高分辨率后,模式出现虚假降水预报的情况。(2)提高分辨率并调整物理参数化方案后,2m温度模拟误差略有减小,模拟偏差减小约0.2℃;10m风速模拟误差增大约0.5m/s,模拟偏差增大超过0.5m/s;对降水落区、量级的模拟精度显著提高,减小了降水中心的模拟强度,对虚假降水预报有一定修正。