应用单多普勒雷达资料反演风场作暴雨中尺度分析

针对2002年6月23日发生在安徽西部的一次暴雨过程，以有限的探空资料作为大尺度背景场，应用合肥CINRAD-98D多普勒雷达资料，通过准四维变分分析方法进行反演，获得了不易被常规探测到的中小尺度三维风场，由此分析了引起强降水的中尺度天气系统。指出暴雨中心位于风速切变的下方，同时上空也伴随辐合中心，以及正涡度极大值。分析结果表明，变分法是一种较为准确的从雷达资料中提取三维风场的方法。利用雷达资料反映中尺度天气系统，同时又加入大尺度的背景场作为基础，两者相互弥补，能较真实地反映实际天气状况。在气象预报中有效地应用多普勒雷达资料，有助于研究更为细致的中小尺度天气系统结构，而且也可为中小尺度数值预报模式提供准确的初始场。     

中国物理海洋学研究70年:发展历程、学术成就概览

本文概略评述新中国成立70年来物理海洋学各分支研究领域的发展历程和若干学术成就。中国物理海洋学研究起步于海浪、潮汐、近海环流与水团,以及以风暴潮为主的海洋气象灾害的研究。随着国力的增强,研究领域不断拓展,涌现了大量具有广泛影响力的研究成果,其中包括:提出了被国际广泛采用的“普遍风浪谱”和“涌浪谱”,发展了第三代海浪数值模式;提出了“准调和分析方法”和“潮汐潮流永久预报”等潮汐潮流的分析和预报方法;发现并命名了“棉兰老潜流”,揭示了东海黑潮的多核结构及其多尺度变异机理等,系统描述了太平洋西边界流系;提出了印度尼西亚贯穿流的南海分支(或称南海贯穿流);不断完善了中国近海陆架环流系统,在南海环流、黑潮及其分支、台湾暖流、闽浙沿岸流、黄海冷水团环流、黄海暖流、渤海环流,以及陆架波方面均取得了深刻的认识;从大气桥和海洋桥两个方面对太平洋–印度洋–大西洋洋际相互作用进行了系统的总结;发展了浅海水团的研究方法,基本摸清了中国近海水团的分布和消长特征与机制,在大洋和极地水团分布及运动研究方面也做出了重要贡献;阐明了南海中尺度涡的宏观特征和生成机制,揭示了中尺度涡的三维结构,定量评估了其全球物质与能量输运能力;基本摸清了中国近海海洋锋的空间分布和季节变化特征,提出了地形、正压不稳定和斜压不稳定等锋面动力学机制;构建了“南海内波潜标观测网”,实现了对内波生成–演变–消亡全过程机理的系统认识;发展了湍流的剪切不稳定理论,提出了海流“边缘不稳定”的概念,开发了海洋湍流模式,提出了湍流混合参数化的新方法等;在海洋内部混合机制和能量来源方面取得了新的认识,并阐述了混合对海洋深层环流、营养物质输运等过程的影响;研发了全球浪–潮–流耦合模式,推出一系列海洋与气候模式;发展了可同化主要海洋观测数据的海洋数据同化系统和用于ENSO预报的耦合同化系统;建立了达到国际水准的非地转(水槽/水池)和地转(旋转平台)物理模 型实验平台;发展了ENSO预报的误差分析方法,建立了海洋和气候系统年代际变化的理论体系,揭示了中深层海洋对全球气候变化的响应;初步建成了中国近海海洋观测网;持续开展南北极调查研究;建立了台风、风暴潮、巨浪和海啸的业务化预报系统,为中国气象减灾提供保障;突破了国外的海洋技术封锁,研发了万米水深的深水水听器和海洋光学特性系列测量仪器;建立了溢油、危险化学品漂移扩散等预测模型,为伴随海洋资源开发所带来的风险事故的应急处理和预警预报提供科学支撑。文中引用的大量学术成果文献(每位第一作者优选不超过3篇)显示,经过70年的发展,中国物理海洋学研究培养了一支实力雄厚的科研队伍,这是最宝贵的成果。这支队伍必将成为中国物理海洋学研究攀登新高峰的主力军。     

云凝结核浓度对南京地区一次冰雹云过程影响的数值研究

采用WRF模式与包含了云凝结核(Cloud Condensation Nuclei,CCN)浓度和霰雹密度预报的NSSL(National Severe Storm Laboratory,国家强风暴实验室)微物理方案,模拟不同CCN初始浓度条件下南京地区的一次冰雹云过程,分析不同CCN初始浓度影响下冰雹云过程的宏微观演变特征,以及对流发展不同阶段的水凝物粒子及流场、温度场的垂直分布特征。研究发现:1)较大的CCN初始浓度虽然抑制了前期对流降水,但对后期对流降水的产生有促进作用;2)CCN初始浓度的增加使得模拟雷达回波的强回波区域(大于40 dBz)缩小,中等强度区域(小于40 dBz)扩张。3)CCN初始浓度增大不利于对流发展初期云雨自动转化过程的发生,但是促进了冰晶与雪的产生,使得冰雹含量峰值出现的时间推迟。4)CCN浓度增大抑制了雨水产生,间接使得霰粒子更倾向于干增长,平均密度更小;5)较大的CCN浓度促使冰雹云单体的发展时间增长。     

青岛海陆风三维结构的数值模拟

本文采用 1个陡地形影响修正的三维中尺度流体静力的气象学模式 ,对青岛地区海陆风的日变化规律和三维结构进行了较细致的分析。结果显示 ,青岛有多支海陆风存在 ,且每支海陆风出现的时间、强度和向内陆伸展的距离有很大的不同。这其中沿岸山地的机械和热力作用扮演着重要的角色。在观测站 ,模拟结果和实测资料等方面有较好的一致性。     

《卫星水汽图像和位势涡度场在天气分析和预报中的应用》导读建设中尺度天气业务平台的若干科学技术问题Ⅰ： 科学问题与基本架构

针对要建设中尺度天气业务平台所涉及的科学技术问题进行了深入的研讨,在此基础上提出解决这些科学技术问题必须采用的新技术与新理论,从而提出中尺度天气业务平台的建设思路和总体架构。     

低纬高原罕见“雷打雪”中尺度特征分析

应用常规高空资料、FY-2C卫星红外和水汽图像、加密自动站地面观测资料,结合新一代多普勒雷达探测资料,综合分析了2008年2月28日夜间至29日凌晨发生在云南的"雷打雪"罕见天气现象.结果表明:南支槽和冷空气、西南低空急流的共同影响,是其发生的有利天气背景,其中强对流天气就发生在急流与锋面相互作用的湿度锋湿区内斜压不稳定的环境中.中-γ尺度对流云团生成并逐渐增强为中-β尺度对流云团是形成此次复杂对流天气的直接中尺度系统.多普勒雷达回波中,PPI上有回波强度达25～33dBz的"人字形"回波、钩状回波以及阵风锋的出现,相应VPPI上出现逆风区、低层零线"S"形暖平流及"牛眼"结构是"雷打雪"天气中降雨转为冰雹、阵雪过程中,中尺度对流系统由弱变强的典型特征.地面逐时温、压、湿、风的迅速演变特征表现为雷暴发生前增温增湿和增压,温度、气压出现峰值,且气压曲线显示为圆顶状的中尺度雷暴高压特征;风的变化则表现为风向呈逆时针旋转,偏北风增大并出现风速峰值.雷暴过境时,要素显示为降温增湿,出现露点锋.     

中尺度模式中不同对流参数化方案的比较试验

MM5模式中有多种积云参数化方案可供选择,粗细网格采用不同的积云参数化方案对降水预报有一定的影响。采用常用的四种积云参数化方案,粗细网格进行不同配置,对辽东半岛大暴雨过程进行试验发现：细网格信息可以通过嵌套边界向外层传递,影响外层预报结果。细网格选取GR方案比选取AK、BM、KF方案模拟效果好很多;细网格参数化方案不变,粗网格取不同的参数化方案,对细网格的模拟结果差别不大。但选取一个好的参数化方案对细网格的模拟结果会稍有改进。     

Turbidity-discharge hysteresis in a meso-scale catchment: The importance of intermediate scale events

In-situ sensors for riverine water quality monitoring are a powerful tool to describe temporal variations when efficient and informative analyses are applied to the large quantities of data collected. Concentration-discharge hysteresis patterns observed during storm events give insights into headwater catchment processes. However, the applicability of this approach to larger catchments is less well known. Here, we evaluate the potential for high-frequency turbidity-discharge (Q) hysteresis patterns to give insights into processes operating in a meso-scale (722 km²) northern mixed land use catchment. As existing event identification methods did not work, we developed a new, objective method based on hydrograph characteristics and identified 76 events for further analysis. Qualitative event analysis identified three recurring patterns. Events with low mean Q (≤ 2 m³/s) often showed short-term, quasi-periodic turbidity variation, to a large extent disconnected from Q variation. High max Q events (≥15 m³/s) were often associated with spring flood or snowmelt, and showed a disconnection between turbidity and Q. Intermediate Q events (mean Q: 2–11 m³/s) were the most informative when applying hysteresis indexes, since changes in turbidity and Q were actually connected. Hysteresis indexes could be calculated on a subset of 60 events, which showed heterogeneous responses: 38% had a clockwise response, 12% anticlockwise, 12% figure eight (clockwise–anticlockwise), 10% reverse figure eight (anticlockwise–clockwise) and 28% showed a complex response. Clockwise hysteresis responses were associated with the wetter winter and spring seasons. Generally, changes in Q and turbidity were small during anticlockwise hysteresis events. Precipitation often influenced figure-eight patterns, while complex patterns often occurred during summer low flows. Analysis of intermediate Q events can improve process understanding of meso-scale catchments and possibly aid in choosing appropriate management actions for targeting a specific observed pattern.     

98.5.14闽北大暴雨成因分析

利用天气图、卫星云图等资料,分析了１９９８ 年５ 月１３～１４ 日闽北大暴雨的形势背景、物理量场、卫星云图和地面中尺度系统的特征,探讨了此次大暴雨的成因,所得结果有利于业务预报     

2012年7月下旬河套地区4次切变暴雨的对比分析

应用日常预报业务中可以方便使用的常规观测资料、数值预报产品、卫星云图、加密自动站观测资料以及雷达资料等,从环流背景、流型配置、物理机制等方面对比分析了河套地区4次暴雨过程,旨在提高对暴雨的短期预报预测能力及短时强降水的临近预警能力。分析发现：（1）副热带高压西侧的偏南气流以及来自孟加拉湾的暖湿偏南气流在35°—40°N与来自高纬度的干冷的偏北气流多次交汇,水汽在该带中明显辐合,为河套地区持续性暴雨发生发展提供源源不断的水汽,提供水汽辐合上升动力条件;（2）暴雨落区与低层的显著流线出口区或急流出口区的位置、切变线的位置密切相关,暴雨一般落在高空急流的右侧、低空急流的左侧;（3）暴雨天气出现前一般会出现500 hPa以下θ随高度的增加而减少的特征;（4）暴雨天气出现前一般都会出现风随高度顺转的特征;（5）暴雨过程中地面辐合线起到动力抬升作用,触发中小尺度系统的生成和发展;（6）抬升凝结高度和自由对流高度都比较低,利于水汽凝结,而平衡高度较高,利于能量的积累,对于对流天气的预报有较好的指示意义。