我国北方不同下垫面地表能量通量的变化特征

利用"中国干旱气象科学研究计划——我国北方干旱致灾过程及机理"的观测数据,分析塔中站、奈曼站、平凉站和锦州站2015年8—10月及定西站2016年8—10月地表能量通量变化特征。分析发现,不同下垫面辐射均表现出明显的日变化,相对于向下短波辐射和向下长波辐射,不同下垫面反射辐射和向上长波辐射差异更加明显。塔中站反射辐射和向上长波辐射最大,锦州站和平凉站相对较小。净辐射具有明显的日变化特征,和总辐射相位一致,农田净辐射日峰值相对较大。地表反照率3个月平均从大到小依次为塔中站(0. 27)、定西站(0. 19)、锦州站(0. 16)、奈曼站(0. 15)和平凉站(0. 14)。各站点感热通量和潜热通量均为单峰型,其中,奈曼站感热通量峰值最大(276 W·m~(-2)),平凉站潜热通量峰值最大。定西站和锦州站净辐射分配以感热通量为主,平凉站则以潜热通量为主。     

感热加热对华北及其周边对流活动的影响

利用2006～2017年风云气象卫星资料和气象再分析资料,对华北及周边5～8月对流活动和地面感热加热进行统计分析。分析表明,华北及周边白天平均感热加热和地形关系密切,内蒙古中部和东南部、华北北部和华北西部山区感热加热较强,最强感热加热出现在5月和6月,7月和8月明显减弱。和感热加热强度相对应,对流活动频率较高的月份同样出现在5月和6月,其中5月以弱对流为主,6月华北中北部强对流最活跃,另外,环渤海区域6～7月强对流相对频繁。5～8月日平均感热加热和对流频率趋势呈现一致的减弱对应关系。上午,感热加热引起河北西部和北部对流层低层出现辐合气流,700 hPa以下出现不同程度的增温,上升气流可达对流层中层,东侧的平原地区出现补偿下沉运动,升温和上升运动触发对流,在有利条件下发展东移。不同月份和区域对流频率日变化呈现明显差异,6月对流频率日变化显著,8月最弱,山区对流频率日变化显著,东部渤海及周边对流频率日变化较小。对流频率的月平均分布和日变化均表现出和地形相关的感热加热差异的特征。     

中国西北地区东部盛夏降水特征及对初春地表感热异常的响应

选用1961-2015年中国西北地区74个气象站逐月地表感热通量计算资料,及其东部155个常规气象站夏季的月降水资料以及NCEP/NCAR月平均再分析资料,通过经验正交函数分解(EOF)、线性回归分析、奇异值分解(SVD)等数理统计分析方法,分析了西北地区东部盛夏(7-8月)降水的时空异常演变特征及其与西北地区初春(3-4月)地表感热异常的联系及成因。结果表明:(1)中国西北地区东部盛夏降水由东南向西北递减,总体呈年代际减少趋势,减少最明显的区域为宁夏北部、内蒙古中南部。其空间异常型主要表现为全区一致的增多(减少)和西北-东南向"-+-"变化。(2)当西北地区初春(3-4月)地表感热通量整体异常偏强(弱)时,盛夏(7-8月),在贝加尔湖以南、中国北方的上空出现高度场异常偏高(低),中国西北地区水汽辐散(辐合)加强,西北地区东部宁夏平原降水出现异常偏少(偏多);而陕西南部有水汽的辐合(辐散)加强,有(不)利于该地区降水的产生。     

Polar WRF模式海冰密集度方案对北极海雾模拟效果的个例研究

全球变暖的背景下,北极航线的常规通航甚至商业运营有望实现,而海雾会严重影响航道上船只的航行安全。海冰的存在使海气之间相互作用变得更为复杂,是研究北极海雾不可忽略的因素。船载观测发现,与中纬度常见平流冷却雾形成时气温下降速度往往超过海水降温速度不同,北极海雾发生时海冰的存在还会使海水降温速度超过空气降温速度。然而目前海冰分布是否会影响模式模拟海雾的准确性还不得而知,因此本文利用Polar WRF（Polar Weather Research and Forecasting）模式模拟了中国第七次北极考察中观测到的一次海雾过程,并进行海冰密集度敏感性试验。通过与船载观测和欧洲中期天气预报中心再分析数据比对发现,在低浮冰区内（海冰密集度小于50%）考虑海冰分布时可以更加准确地刻画潜热通量与水汽通量,模拟出与观测事实相符的表层空气降温与增湿过程以及相对湿度的变化,因此能够更好地刻画海雾的三维结构及其生消演变。     

一种船载走航式海气甲烷交换通量测量系统设计与应用研究

海气界面交换是实现海洋和大气相互作用的重要途径,其通量代表海洋与大气之间的能量交换幅度。研究海气交换通量变化特征对监测海气界面碳循环过程、碳收支通量和全球气候变化具有重要意义。针对传统通量测量方法存在观测方式结合不足、样品转移损耗大、无法实时测量导致计算结果偏差较大等问题,并结合实际工作需求,本文设计了水气甲烷交换通量自动测量系统。该系统主要由采集模块、控制模块及辅助模块构成,在硬件层面上实现了船载海表大气及表层海水甲烷同步走航测量。基于C#、JavaScript语言对流式数据实时存储及通量计算过程进行了可视化编程,该系统实现了交换通量结果计算自动化,解决了海水—大气界面甲烷含量及交换通量的快速实时测量等核心问题。通过对海气通量自动测量系统海试,验证了该系统设计的可行性,为后续研究多尺度海气相互作用及全球气候变化提供了新的技术手段。     

协调大集合模拟下全球海表面温度对北极对流层早冬增暖的影响

本文使用六个不同的最新大气模式进行了协调数值集合实验,评估和量化了全球海表面温度(SST)对1982-2014年冬季早期北极变暖的影响.本研究设计了两组实验:在第一组(EXP1)中,将OISSTv2逐日变化的海冰密集度和SST数据作为下边界强迫场;在第二组(EXP2)中,将逐日变化的SST数据替换为逐日气候态.结果表明...     

沙质海岸强浪作用下沿岸输沙问题研究

在沙质海岸上修建导流堤、丁坝等会引起局部海域水沙动力条件的改变和海床冲淤调整,因此准确预测沿岸输沙率是海岸工程建设前进行优化设计的基础条件之一.首先构建了刻画高强度推移质输沙过程中固-液混合体运动的理论模型,通过寻求模型的特解并推导成1D沿岸输沙率公式.该公式适宜计算强浪作用下的推移质输沙率,已得到了大型波浪水槽、往复流水道和海滩现场实测输沙率资料的良好验证.通过与物理模型试验实测输沙量结果的比较,进一步表明该公式能够较好地预测沙质海岸在寒潮大风浪(或台风浪)作用下的高强度输沙量(骤淤量).     

海气通量算法在海上蒸发波导诊断中的应用

利用TOGA COARE Bulk Air-Sea Flux Algorithm3.0,建立了基于通量算法的蒸发波导模型(Flux Evaporation duct Model),并进行了环境敏感性分析,而且与Paulus-Jeske模型对比,进行误差敏感性分析,并开展了雷达探测评估的海上试验,较全面的阐述了基于通量算法的蒸发波导模型的性能。     

2006年夏季珠江口外海域船基海气通量观测资料质量评估

2006年夏季在珠江口外海域进行了143个站位的海气通量船基观测.设计了一个剔除船速的滤波器及资料处理程序,对观测资料进行了处理.通过对垂向观测风速的平均值、湍流功率谱、观测通量值的计算,得出该次观测方法是不可取的.设备安置在船舷外,气流绕过船体时形成上升气流并干扰了湍流场,测得的垂向平均风速不为零,一般存在0.2-1.0m·s-1的垂向平均风速,无量纲湍流功率谱在惯性次区不符合f-2/3次律,通过涡动相关法计算的动量通量远大于块体动力学公式的计算结果.今后的船基通量观测需要选取好设备安装位置及安装高度.     

华南两次强台风暴雨过程的水汽与湿位涡对比分析

【目的】探讨不同季节但路径相似的台风暴雨的相关特征,为不同季节的台风暴雨落区预报提供参考依据。【方法】利用常规的探空和地面资料以及NCEP/NCAR1°×1°全球再分析资料,计算2个强台风的水汽通量散度和湿位涡场。对比分析水汽通量辐合、湿位涡正压项(MPV1)和斜压项(MPV2)的水平和垂直分布特征,以及与暴雨落区的对应关系。【结果】秋季的"彩虹"台风高层副热带高压加强,而中低层冷空气和东南气流的汇合使"彩虹"台风的东侧和北侧获得更有利的动力环境条件;而夏季的"威马逊"台风北侧无冷空气影响,台风南侧外围强盛的西南季风气流卷入。台风"威马逊"期间,强的水汽通量辐合中心始终在台风及其残涡中心的南侧和西侧;台风"彩虹"登陆后60 h内一直持续有2支强盛的气流向台风中心输送水汽,而水汽通量的辐合中心与"威马逊"相反,位于台风中心的北侧和东侧,东南气流的卷入以及维持时间长使暴雨增幅。台风"彩虹"登陆后高层高值MPV1扰动下传,低层MPV2> 0并增强,湿斜压性得以增强,有利于垂直涡度增长,使台风低压得以维持和发展;登陆后48～66 h 925 hPa层MPV1为负值,使对流不稳定能量及潜热能的释放,有利于暴雨的维持。而台风"威马逊"登陆后湿斜压性增强不明显。2个台风强降水中心大致位于925 hPa MPV1正负中心过渡带偏向负中心一侧;"威马逊"过程低层MPV1负值中心在正值中心的左侧,对应着西南季风的汇入区;而"彩虹"过程低层MPV1负值中心在正值中心的右侧,对应着冷空气和东南气流的汇合区。这是2个台风暴雨落区差异的成因之一。【结论】本研究得出的湿位涡诊断结果对台风暴雨落区预报具有较好的指示意义。