高原气象
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高原气象
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2017年 36卷 4期 刊出日期 2017-08-20

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2017 Vol. 36 (4): 0-0 [摘要] ( 17 ) [HTML] [PDF 474KB] ( 64 )
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875 青藏高原中部聂荣亚寒带半干旱草地近地层湍流特征研究
杨丽薇, 高晓清, 惠小英, 高娜, 周亚, 侯旭宏
湍流运动是大气最基本的运动特征,是地气间能量物质交换的主要方式。利用2014年7月18日至8月31日青藏高原中部聂荣观测站的近地层湍流观测资料,分析了该地区近地层湍流统计特征以及近地层通量的日变化特征。结果表明:在不稳定和稳定层结下,风速分量归一化标准差σu/u*σv/u*σw/u*与稳定度参数z/L满足相似理论的“1/3”定律,近中性条件下趋于常数,并表现为σu/u*σv/u* >σw/u*;在不稳定层结下,温度、水汽密度和CO2浓度归一化标准差σT/|T*|、σq/|q*|和σC/|C*|与|z/L|满足“-1/3”定律,在近中性层结下趋于常数,且明显大于青藏高原其他地区。湍流在风速0 m·s-1 < U < 3 m·s-1的环境中发展最为旺盛,垂直风分量的湍流强度较水平风分量更为集中,三个方向的湍流强度基本表现为Iu≈Iv > Iw。夏季潜热通量大于感热通量,CO2通量的日变化以吸收为主,最强达到0.46 mg·m-2·s-1
2017 Vol. 36 (4): 875-885 [摘要] ( 87 ) [HTML] ( ) [PDF 701KB] ( 131 )
886 盛夏高原季风指数的探讨及其对四川盆地降水的影响
庞轶舒, 马振峰, 杨淑群, 杨小波
综合考虑盛夏时期高原环流场与高度场的变化特征,提出了新的高原季风指数。通过相关统计、小波分析等统计方法,与其他高原季风指数进行对比研究,结果表明该指数能较好响应盛夏高原热力的年际变化,反映高原盛夏风场分布特征。在此基础上,利用该指数研究分析盛夏时期高原季风对四川盆地降水的影响。分析结果表明,盛夏高原季风偏强时,对流层中层印度半岛-孟加拉湾地区高度场偏高,西太平洋副热带高压,乌拉尔山阻塞高压,东北亚阻塞高压异常偏强,东亚/太平洋(EAP型)遥相关波列呈“+-+”分布。低层印度半岛-孟加拉湾和西太平洋高压外围的异常反气旋环流,将来自阿拉伯海、孟加拉湾和南海的暖湿气流输送至我国南方地区;乌拉尔山阻塞高压与东北亚阻塞高压之间的异常偏北气流和我国东北地区的异常东北风使北方冷空气南下。冷暖气流汇集于四川盆地,水汽辐合上升运动增强,导致该地降水偏多。
2017 Vol. 36 (4): 886-899 [摘要] ( 47 ) [HTML] ( ) [PDF 1685KB] ( 86 )
900 影响长江中下游夏季降水的青藏高原水汽抽吸作用和水汽路径的定量化研究
敬文琪, 崔园园, 刘瑞霞, 王业桂, 方涵先, 赵小艳, 马杰
基于2008年夏季JICA高原探空资料、1979-2015年ERA-Interim和MERRA再分析资料和中国160站点降水资料,首先评估了两种再分析资料在青藏高原(下称高原)的适用性;其次,提出将高原高低层水汽通量散度差定义为高原水汽抽吸指数;然后,采用合成分析法定义了与长江中下游(MLRYR)夏季降水关系密切的水汽路径有5条:孟加拉湾路径、云贵路径、南海路径、低纬路径和汇合路径,并对其强度进行了定量计算。研究表明:ERA-Interim相对MERRA再分析资料在高原适用性更优。在年际变化上,5条水汽路径与MLRYR夏季降水呈同相位变化。5条路径之间关联密切,构成了两条影响MLRYR降水的反气旋式水汽输送相关链:“南海-孟加拉湾-高原南缘-云贵-MLRYR”和“南海-华南-MLRYR”。南海水汽路径是中国东部地区降水重要的水汽通道;汇合路径是调控MLRYR夏季降水的重要水汽输入通道,而云贵东向路径与整个长江流域的降水呈显著正相关。影响MLRYR夏季降水的高原水汽抽吸作用主要发生在高原南缘。高原水汽抽吸作用可以将低层的水汽抽吸至高层,通过增加长江流域西入的纬向水汽输送间接影响到长江流域的降水。
2017 Vol. 36 (4): 900-911 [摘要] ( 71 ) [HTML] ( ) [PDF 1040KB] ( 82 )
912 ATMS和CrIS卫星资料同化对青藏高原天气预报的影响
薛童, 管兆勇, 徐建军, 邵旻
利用WRF模式和GSI同化系统同化美国最新一代的ATMS和CrIS卫星资料,探讨卫星辐射资料同化对青藏高原天气要素预报准确性的影响。进行了四组试验模拟,即无资料同化的控制试验(CTRL)和三组同化试验,三组同化试验分别为:只用常规观测资料进行同化(CONV)、常规观测资料和ATMS卫星资料同化(ATMS)、常规观测资料和CrIS卫星资料同化(CRIS)。分析了2015年1月及7月的温度场、相对湿度场和风场的预报能力,除了分析近地表2 m温度场、2 m相对湿度场及10 m风场外,也分析了高地形区域以及低地形区域不同高度层上气象要素的预报能力。结果表明:ATMS和CRIS同化对青藏高原天气要素预报效果改进并不具有普遍性,ATMS同化试验可以有效的增进7月低地形区域的2 m温度场、7月高地形区域2 m相对湿度场以及1月高地形区域10 m风场的24 h、48 h预报能力;CRIS同化对1月高地形区域2 m温度场24 h预报、1月与7月高地形区域10 m风场24 h与48 h预报有改善效果。就垂直分层来讨论,CRIS同化试验不管在哪个高度分层都无法有效地改进模式预报能力,ATMS同化试验则在不同分层、不同变量场有着不一样的预报效果。资料同化后温度场预报主要的误差来源是系统性误差,而相对湿度场和风场在同化后主要误差是由非系统性误差造成的。整体上ATMS同化试验效果优于CRIS同化试验。
2017 Vol. 36 (4): 912-929 [摘要] ( 35 ) [HTML] ( ) [PDF 2704KB] ( 85 )
930 中国小时风速数据集研制及在青藏高原地区的应用
赵煜飞, 张强, 余予, 杨贵
基于记录2400余个国家站建站至今的地面风自记观测数据文件,与2001以来自动站小时风速数据进行拼接整合,形成中国2400个站点从建站以来的逐小时风速序列;同时结合历史风速资料信息化特点,参考我国小时风速数据特性研制质量控制方案,完成中国逐小时台站观测风速数据集的研制。20世纪50年代,只有少部分地面观测站采用风自记观测,主要分布在我国东北、华北、江南等地区。风自记站数在70年代以后增加较快,逐渐接近地面观测站数。2004年以后,所有地面观测站均实现了风的逐小时观测。经分析,全国76.3%台站平均缺测率小于7%。2005年自动站开始自动观测后,正确率高于95%;可疑率在1969年和1970年最高,分别为0.21%和0.18%;错误率在1991年、1998年、1997年和2004年相对偏高,分别为0.013%、0.005%、0.001%、0.001%。利用研制的逐小时风速数据集,对青藏高原地区各季节风速日变化进行分析应用,结果表明:春季风速较大,各小时平均风速均高于其他三个季节。青藏高原东部(西部)地区在16:00(14:00)(如无特别说明,均指北京时)风速较大,06:00(06:00)风速较小。东部地区16:00风速明显大于西部地区14:00风速,分别为3.75 m·s-1和2.90 m·s-1。19952015年春季,东部峰时风速序列与平均风速都显示为减小趋势(通过0.01的显著性检验);青藏高原西部峰时风速与平均风速序列无显著的变化趋势。
2017 Vol. 36 (4): 930-938 [摘要] ( 60 ) [HTML] ( ) [PDF 737KB] ( 78 )
939 北疆春季降水相态转换判识和成因分析
张俊兰, 彭军
2014年4月13-15日北疆出现了大范围雨转雪天气和强降雪过程,给当地工农牧业及人民生活造成严重影响。对这次过程,利用天气学诊断方法,分析了其发生发展过程,并得到此次灾害性天气过程中雨雪相态转换和降水强度的预报指标。结果显示:(1)此次天气过程是在中亚低涡两次生成、发展和减弱过程中出现的。(2)中低层温度变化是预报北疆春季降水相态转换的关键因子和指标,中层温度可区分雪和雨夹雪,T500<-25℃、T700<-12℃可判定为雨夹雪转雪;低层温度可区分雨和雨夹雪,T850<-2℃和T925<2℃时雨转雨夹雪,T850<-4.5℃用来判别雨夹雪转雪。(3)春季北疆沿天山一带和天山山区的降水中水汽凝结起主要作用,中低层水汽冷凝结是影响降水强度的重要因子,水汽条件越好、冷空气越强、凝结厚度越厚、持续时间越长,则降水强度越强,水汽冷凝结强度决定了降水强度的大小。
2017 Vol. 36 (4): 939-949 [摘要] ( 68 ) [HTML] ( ) [PDF 1151KB] ( 67 )
950 怒江上游TRMM 3B42V7降水产品资料时空验证及降水特征分析
李蒙, 秦天玲, 刘少华, 卢亚静
利用1998-2013年热带测雨卫星TRMM 3B42V7降水数据产品和18个气象站点观测数据对怒江上游进行了降雨时空分布特征的对比分析,研究了TRMM 3B42V7数据产品在该区域的精度。结果显示:研究区内TRMM 3B42V7数据和站点数据相关性月尺度最强(R>0.9),年尺度次之(R>0.5),日尺度较差(R<0.5);流域面雨量两组数据在月尺度上有极强的相关性(R≈0.98),时间序列拟合较好,但在降水量大的月份TRMM 3B42V7数据较站点观测数据略偏大;不同时间尺度下两组数据的空间分布特征总体具有较好的一致性,局部分布特征有差异;流域西北和东南局部区域TRMM降水分别有低估和高估趋势,其他大部区域相当。利用TRMM 3B42V7数据对流域降水进行季节占比分析,结果显示,流域降水季节分配不均匀,夏季(6-8月)降水占全年降水总量的比例较大,高达42%~72%;其他春(3-5月)、秋(9-11月)、冬(12月至次年2月)三季节降水整体较少,总占比为28%~58%。
2017 Vol. 36 (4): 950-959 [摘要] ( 39 ) [HTML] ( ) [PDF 780KB] ( 76 )
960 东北地区典型暴雨个例的水汽输送特征分析
马梁臣, 孙力, 王宁
利用NCEP 1°×1°的GDAS资料同时引入基于拉格朗日方法的轨迹模式(HYSPLIT v4.9),选取了东北地区2009年6月27日至7月1日的冷涡暴雨个例、2010年8月19-22日切变暴雨个例、2013年8月14-17日气旋暴雨个例和2012年8月27-30日的台风暴雨个例,模拟计算了四个个例的水汽输送通道以及不同源地的水汽贡献。结果表明:四个暴雨个例的水汽输送通道基本有两支:一支是南海或西太平洋的海上水汽输送,另一支是西北气流的水汽输送。不同天气系统造成的典型暴雨个例的水汽输送特征各有差异。冷涡暴雨个例中,42.1%的水汽贡献来自于西太平洋和南海附近,鄂霍次克海附近的水汽亦有一定的补充,西北气流和海上水汽各约占50%;切变暴雨个例和气旋暴雨个例水汽输送较相近,以西太平洋和南海的水汽输送为主体,西北气流水汽比重减少,另外切变暴雨有局地水汽的贡献;台风暴雨个例中,北太平洋和黄海、渤海水汽是本次台风暴雨水汽主要来源。降水量的大小和分布的密集程度与海上水汽的贡献率密切相关。
2017 Vol. 36 (4): 960-970 [摘要] ( 53 ) [HTML] ( ) [PDF 803KB] ( 76 )
971 两种垂直风廓线的对比及应用Ⅱ:不同降水条件下风廓线特征
方德贤, 董新宁, 周国兵, 吴钲, 张勇, 黄安宁
利用2013年重庆多普勒天气雷达(SA)和风廓线雷达(TWP8-L)观测的垂直风廓线数据,对晴空、弱降水、一般性降水和强降水四种不同天气条件下垂直风廓线特征及其演变情况进行了分析。结果表明:(1)风廓线雷达的探测高度随降水增加逐渐增加;(2)晴空天气条件下,边界层(1 km以下)风向存在明显的日变化,夜间以偏东气流为主,白天以偏南气流为主,高空(3 km以上)为一致的偏西气流,风速较小;(3)弱降水天气条件下,边界层风向以偏东气流为主,相对较为杂乱,高空与晴空一致,中高层(1~3 km)以偏南气流为主;(4)一般性降水天气条件下,低层与弱降水较一致,而高空出现较一致的西南气流,有利于水汽输送,同时垂直切变具有较好的单一方向性,较有利于对流的发展和维持;(5)强降水天气条件下,风廓线雷达和多普勒雷达观测的垂直风廓线较为一致。降水前期风向随高度的增加逐渐由偏东气流转为偏西气流,有利于对流的触发;降水期间风切变具有很好的单一方向性并在中低层出现低空急流区,有利于对流系统的维持,同时西南气流厚度加深,也有利于水汽的输送;降水结束期风速减小,中低层风向也逐渐转为偏北气流,对流系统逐渐消亡。
2017 Vol. 36 (4): 971-983 [摘要] ( 41 ) [HTML] ( ) [PDF 2101KB] ( 85 )
984 山东省南部一次极端特大暴雪过程诊断分析
胡顺起, 曹张驰, 陈滔
为了更全面地认识鲁南地区历史极端暴雪发生发展的机制,利用常规探空和地面观测资料、FY-2E长波辐射资料(Outgoing Long-wave Radiation,OLR)和NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,采用天气动力学分析方法,对2015年11月23-24日出现在山东省南部极端特大暴雪过程的成因和动力结构演变特征进行分析。结果表明:(1)此次降雪发生在回流形势下,对流层中层强西南低空急流、切变线及低层强东北风共同作用,造成异常强暴雪天气。(2)低层西南急流把水汽输送到鲁南地区,并在暴雪区上方产生强的水汽辐合中心,为本次特大暴雪提供了有利的水汽条件。(3)高低空急流耦合,高空槽前正涡度平流使得低层减压,产生上升运动,有利于暴雪发生发展。(4)西南低空急流与偏北风在鲁南上空辐合,是强降雪主要集中在该地区的重要原因。(5)强冷空气降温使得雨快速转雪,降雪持续时间长,导致强降雪发生。(6)OLR特征分析表明,OLR 3 h平均低值中心与3 h最大降雪中心存在明显的负相关关系。研究鲁南地区极端暴雪特征有助于提高该地区灾害性天气的预报能力,对防灾减灾有着重要意义。
2017 Vol. 36 (4): 984-992 [摘要] ( 46 ) [HTML] ( ) [PDF 1078KB] ( 73 )
993 湖南省雷暴大风的时空分布和变化特征
许霖, 姚蓉, 王晓雷, 欧小峰
利用1971-2010年湖南94个地面气象观测站雷暴大风观测资料,采用气候倾斜率、M-K突变检验、小波分析等统计方法分析了雷暴大风事件的变化趋势和振荡周期,并初步探讨了其成因。此外,利用2001-2010年NCEP再分析资料,选取典型站点对其不同区域动力、热力参数进行了对比统计分析,对于正确认识湖南地区雷暴大风的形成机制及其预报预测具有重要意义。结果表明:近40年来出现雷暴大风事件次数总体呈减少趋势,特别是20世纪90年代后雷暴大风次数显著下降;雷暴大风主要出现在夏季,且大部分地区雷暴大风主要集中出现在午后到傍晚时段;湖南省雷暴大风次数在1990年前后出现突变,小波分析表明存在着2~3年、3~5年、6~7年的短周期和11~12年的长周期,其中2~3年和3~5年的变化周期具有相对稳定和全域性特点。分析雷暴大风发生时表征大气热力不稳定的参数发现,不同区域的雷暴大风发生的热力不稳定条件东西向之间存在一定差异,且湘西高于湘东;动力不稳定条件南北向之间存在一定差异,湘南高于湘北;上下层水汽差存在山区高于湖区的特点。
2017 Vol. 36 (4): 993-1000 [摘要] ( 39 ) [HTML] ( ) [PDF 717KB] ( 95 )
1001 兰州新区近地层风场时空特征分析
李晓霞, 黄涛, 王兴, 梁东升
利用兰州新区2014年1-12月秦川金家庙、西岔段家川、新区东南角、黑石川和平4座70 m风塔和新区城区4个10 m高度自动气象站逐10 min风向风速观测资料,分析了兰州新区盛行风向、风速、污染系数时空分布特征。结果表明:新区周围地形复杂,盛行风向、风速及污染系数等要素随高度、时间、位置均有变化。观测年内,新区测风塔70 m高度年盛行风向为东北风及相邻方向,该方向平均风速最大;新区偏北的两个风塔(秦川金家庙和西岔段家川)西北至偏北方向污染系数较小,新区偏南两个风塔(新区东南角和黑石川和平),偏北及相近方向污染系数较小。测风塔10 m高度各观测点盛行风向、风速和污染系数与70 m均有明显差异,4个风塔的风场特征也显著不同。各观测点各高度均有静风天气出现,70 m高度静风频率4.2%~13.5%,10 m高度静风频率5.6%~11.5%;各塔风向有较明显的季节变化特征,秋、冬季盛行风向接近,春、夏季盛行风向接近;新区风向日变化呈现出山谷风特征,白天盛行风向多为东南风或西南风,夜晚多为东北风和偏东风。
2017 Vol. 36 (4): 1001-1009 [摘要] ( 47 ) [HTML] ( ) [PDF 872KB] ( 67 )
1010 东亚经向波列对中国中东部盛夏气温的影响
张英华, 李艳, 李德帅
利用1980-2008年CN05月平均地面气温格点资料和NCEP/NCAR再分析资料,首先分析了中国中东部7月地面平均气温的变化特征,得到3个主要模态,其方差贡献率分别为44%、17%、11%,其中第1模态显示了江淮、华北和东北地区近30年来地面平均气温的线性升高趋势;第2模态显示了江淮-江南地区与东北东部地区的“偶极子”型反位相分布特征,第3模态显示了华北-黄淮地区与华南和东北地区的“三极子”型分布特征。由于前人已对第1模态做了详细讨论,本文主要分析第2和第3模态。分析结果显示,东亚经向波列对“偶极子”型和“三极子”型有以下重要影响:当东亚西太平洋地区的经向波列整体偏北时,易出现第2模态的“偶极子”型特征,当该波列整体偏南时,有利于出现第3模态的“三极子”型特征;当中国华南沿海、台湾地区附近对流活动偏弱时,有利于对应第2模态的负位相的经向波列出现,反之亦然。在关于第2模态正负异常年的合成场中,850 hPa上东亚沿海的波作用通量在低纬度地区主要是向北传播的,而300 hPa上波作用通量在低纬度以北传为主,中纬度以东传为主,但低纬度的对流加热异常情况及北传的波作用通量对于第3模态不明显。
2017 Vol. 36 (4): 1010-1021 [摘要] ( 27 ) [HTML] ( ) [PDF 1122KB] ( 64 )
1022 多模式风速融合预报应用研究
石岚, 徐丽娜, 郝玉珠
利用ECMWF集合风速预报产品和目前运行的风能专业数值模式预报产品,通过对比检验分析,设计一种适用于风功率短期预测、电网调度所需的风电场机组轮毂高度风速融合预报产品。即通过多统计量融合,分析其集合、最大最小及时空分布,通过概率分布函数、集合技术,研究提取波动风速的概率信息,指示出最有可能的风速波动位置,对集合存在的量级偏差进行概率匹配技术校准。尝试对各成员贝叶斯概率预报进行融合,获得代表ECMWF集合预报不确定性的集成贝叶斯概率预报,计算不同的集合统计量,形成单值预报,通过ARIMA提升预报的时间分辨率,基于BMA与确定性数值模式预报进行融合,给出机组轮毂最优风速预测曲线和最低最高可信区间。研究表明:融合预报对提升现有数值预报产品的精准度具有明显改进,验证期预报与现有确定性预报比较,平均绝对误差MAE降低了24.3%、相关系数R提升了12.5%;与ECMWF集合预报比较,MAE降低了11.7%、R提升了14.5%。
2017 Vol. 36 (4): 1022-1028 [摘要] ( 37 ) [HTML] ( ) [PDF 572KB] ( 62 )
1029 复杂地形下光合有效辐射的遥感估算研究
牛晓俊, 冯文兰, 王永前, 黄宇倩, 曾林
光合有效辐射(PAR)在不同的陆地生态系统模型中都是重要的输入参数,直接利用卫星遥感数据估算光合有效辐射有利于在空间上强化空间信息的连续性与差异性。针对复杂地形条件下遥感估算模型参数存在的不确定性,以及遥感获取的瞬时PAR难以满足实际应用需求的问题,本研究在岷江上游地区开展了复杂地形下光合有效辐射的遥感估算研究。利用MODIS标准大气产品,采用简化的大气辐射传输模型,综合考虑复杂地形下太阳辐射入射角的变化以及地形遮蔽和邻近地形辐射增强的作用,完成了对瞬时PAR估算结果的地形校正,并通过线性插值方法得到了PAR日总量数据。将估算得到的岷江上游2013年22个晴空天气下的PAR与中国科学院茂县山地生态系统定位研究站同期实测数据的对比显示,瞬时光合有效辐射平均估算误差为7.26%,日总量数据的平均估算误差也为7.26%。结果表明,该模型反演估算瞬时光合有效辐射和时间尺度上推至PAR日总量都能够较好的适用岷江上游的复杂地形条件。
2017 Vol. 36 (4): 1029-1038 [摘要] ( 33 ) [HTML] ( ) [PDF 585KB] ( 54 )
1039 云南极端气象干旱指标的研究
郑建萌, 黄玮, 陈艳, 周建琴
根据云南降水和蒸发的气候特征,剔除区域内降水多、蒸发小的站点,用剩余101个站1961-2012年的气象资料研究云南区域极端气象干旱标准。分析表明,云南气温与蒸发呈显著正相关关系,可用气温作为蒸发变化的表征量。进而提出了用修正的降水气温均一化指数IS作为云南气象干旱指数。利用滑动3个月的IS指数序列和IS累加强度作为指标,检测出云南1961-2012年的十次极端气象干旱事件为1962/1963年、1968/1969年、1978/1979年、1980年、1983年、1987年、1992年、2003年、2009/2010年、2011/2012年的干旱过程。对这10次干旱过程分析及其与相关文献的对比表明,将这10次干旱过程作为云南极端气象干旱事件是合理的。
2017 Vol. 36 (4): 1039-1051 [摘要] ( 37 ) [HTML] ( ) [PDF 805KB] ( 78 )
1052 一种基于鲁棒集合滤波的资料同化方法
摆玉龙, 张转花, 尤元红, 刘颖娟
在集合卡尔曼滤波方法中,根据预报集合的统计特性提供的预报误差协方差矩阵对资料同化起决定性作用。但协方差矩阵低估会引起资料同化滤波发散问题。通过将集合转换卡尔曼滤波方法和时间局地化的H滤波方法相结合,提出一种基于鲁棒集合滤波思想的资料同化方法,放大转移矩阵的特征值,改善估计效果。主要思路是在集合滤波的框架下,按照鲁棒滤波的最小最大准则,实现同化系统性能的改进。利用非线性Lorenz-96混沌系统,考察集合时间局地化的H滤波在系统参数变化时,对同化系统鲁棒性的影响。结果表明:集合时间局地化的H滤波对系统参数变化具有很好的鲁棒性;与传统的滤波方法相比,鲁棒滤波方法提高了同化的效果。
2017 Vol. 36 (4): 1052-1059 [摘要] ( 27 ) [HTML] ( ) [PDF 513KB] ( 61 )
1060 粒子群算法在陆面过程模式参数优化中的应用研究
杨启东, 凌彩云, 杜冰, 王丽娟, 杨扬
陆面过程模式中输入参数的不确定性会引起模式模拟偏差。为了改善模式的模拟能力,减小参数的不确定性,通常要进行参数优化过程。利用温江站观测的近地层资料,结合粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO),优化了陆面过程模式SHAW(Simultaneous Heat and Water)中难以直接观测的土壤和植被参数。在此基础上,分别利用优化后的参数和默认参数运行SHAW模式,模拟该地区陆面过程特征,并与观测值进行对比,研究优化参数后对陆面过程模拟的影响。结果表明:利用PSO算法优化SHAW模式后,能提高土壤湿度和潜热通量的模拟性能,模拟的土壤湿度和潜热通量与相应的观测值偏差减小。但与此同时,并没有改进净辐射、土壤温度和感热通量的模拟性能。说明PSO算法可以用于陆面模式参数优化,但仅仅通过参数优化并不能同时提高所有变量的模拟性能。
2017 Vol. 36 (4): 1060-1071 [摘要] ( 32 ) [HTML] ( ) [PDF 1131KB] ( 64 )
1072 窄波束C波段双偏振多普勒天气雷达及其探测能力分析
楚志刚, 胡汉峰, 黄兴友, 魏鸣
为了评估南京信息工程大学窄波束C波段双偏振多普勒天气雷达的观测性能和应用潜力,对雷达的高分辨率回波数据进行了分析,利用固定地物订正了径向定位误差,以及在线太阳信号修正了差分反射率因子(ZDR)偏差;通过对流降水和层状云降水回波分析,发现了共振散射效应、不同降水粒子的回波特征、非均匀波束填充(NUBF或NBF)现象、降水倾斜结构和可能存在过冷水的证据。
2017 Vol. 36 (4): 1072-1081 [摘要] ( 28 ) [HTML] ( ) [PDF 1462KB] ( 73 )
1082 2015年7月14日阵风锋及锋后大风多普勒天气雷达产品特征分析
吴举秀, 周青, 杨传凤, 黄磊, 涂爱琴, 马传成
利用济南多普勒天气雷达和自动站探测资料,结合天气形势及天气实况,对2015年7月14日发生在山东境内的1次阵风锋及锋后大风演变特征进行了分析。结果表明,阵风锋在其3 h生命史中有1 h出现8级以上的大风天气,实测的极大风速达到了24 m·s-1(9级大风)。阵风锋形成发展阶段和旺盛阶段,产生阵风锋的强对流单体的最大反射率因子维持在60 dBZ左右,强中心高度基本在5 km左右,单体顶高基本在9 km以上,C-VIL基本在40 kg·m-2以上。风暴具有先左向传播后右向传播的特征,形成左右2个风暴群,共同维系着阵风锋的发展与持续。左右风暴群的强度、顶高等参数差别不明显,但所致大风却差别较大。左侧风暴群所致最大风力达到10级,其前方阵风锋上最大风力达到9级,右侧风暴群所致最大风力为8级,其前方阵风锋上最大风力为7级。左侧强风暴后侧低层存在大的后部入流,而右侧风暴群没有这种现象。强的后部入流可导致风暴后部产生更强的下沉气流,从而在地面产生更强的下击暴流及强的阵风锋。
2017 Vol. 36 (4): 1082-1090 [摘要] ( 33 ) [HTML] ( ) [PDF 1559KB] ( 78 )
1091 全球质量守恒准均匀经纬网格三次样条函数变换准拉格朗日积分方案与模拟个例
辜旭赞, 赵军, 唐永兰
三次样条函数(样条格式)为二阶可导非线性格式,但样条格式线性部分是二阶导数中央差。本文在简谐波真解条件下,推导证明二阶导数中央差比一阶导数中央差的空间截断误差以及相速和群速误差均减少一倍。借鉴谱模式动力框架核心思想,高斯网格二维谱变换半隐式-半拉格朗日积分方案,研究准均匀经纬网格样条格式变换显式-准拉格朗日积分方案。引入原始大气运动方程,推导样条格式二阶时空离散准拉格朗日预报方程通式,得出静力守恒气压、气温预报方程,在经纬网格基础上,设计两种基本准均匀经纬网格,通过对压、温、湿、风及广义牛顿力(加速度)场做“经纬网格-准均匀经纬网格”三次样条函数变换,求得“水平双三次曲面+垂直三次样条”拟合上游点三次运动路径,用“匀加速”变率预报风场,进而求得一个时间步长平均“静力平流”三维位移散度场,并用它预报气压场增压和气温场绝热增温,从而实现全球静力质量守恒经纬网格三次样条函数变换显式-准拉格朗日积分方案,经初步积分试验,证明上述动力框架是可行的。
2017 Vol. 36 (4): 1091-1105 [摘要] ( 26 ) [HTML] ( ) [PDF 719KB] ( 76 )
1106 垂直运动对雾-霾及空气污染过程的影响分析
孙兴池, 韩永清, 李静, 康桂红, 万明波
应用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料,分析2013年山东分别出现雾和霾的两次严重污染过程,结果表明:(1)大气静稳状态时,500 hPa为脊前西-西北气流,850 hPa为暖脊,有弱暖平流,地面气压场较弱,易出现逆温、混合层高度低、风速小,导致大气水平和垂直扩散能力差。850 hPa弱上升和700 hPa弱下沉,造成高空干洁大气和地面“脏”空气对峙的局面,垂直交换停滞是雾-霾和污染持续的根本原因。(2)强冷空气驱散雾-霾的过程,正是打破了空气垂直交换停滞的状态,使得高空清洁大气能够下沉到地面。空气质量的根本改善由垂直交换完成。(3)弱冷空气伴随的弱下沉运动和锋面附近整层上升运动能够减轻污染。(4)冷锋过后剧烈下降的地面露点温度即是高空干洁大气到达地面的标志。
2017 Vol. 36 (4): 1106-1114 [摘要] ( 27 ) [HTML] ( ) [PDF 934KB] ( 77 )
1115 北京及其周边地区SAFIR和ADTD闪电定位资料对比分析
李京校, 郭凤霞, 扈海波, 李如箭, 钱慕晖, 肖稳安
通过对比分析2008年北京及其周边地区SAFIR(Surveillance et Alerte Foudre par Interferometrie Radiometrique)和ADTD(Advanced TOA and Direction system)两套闪电定位系统观测的地闪资料,结果显示:SAFIR系统探测的正地闪次数、负地闪次数均比ADTD系统偏少,但二者探测到正地闪和负地闪的日变化、月变化特征基本一致。SAFIR系统探测的正地闪百分比ADTD高。SAFIR系统的地闪高值区主要在偏南部,而ADTD系统的正地闪电流强度高值区流高值区主要在偏北部,地闪低值区分布基本一致。SAFIR系统探测的正地闪、负地闪电流强度小于ADTD系统的观测值,前者探测的正地闪电流强度日分布中整体比后者小约25 kA,负地闪电流强度日分布则小约10 kA。二者观测的电流强度日变化、月变化变化特征基本一致。ADTD负地闪电流累积概率分布整体和IEEE工作组给出范围较为接近。SAFIR系统探测的正地闪电流强度高值区空间分布较集中,而ADTD系统的空间分布相对较均匀分散。整体而言,两者探测的闪电时间分布特征较为接近,而闪电次数和强度分布特征有差别,对于出现差别的原因有待进一步研究。
2017 Vol. 36 (4): 1115-1126 [摘要] ( 42 ) [HTML] ( ) [PDF 1061KB] ( 69 )
1127 大气边界层与风力发电的相互作用研究综述
张双益, 胡非
大气边界层与风力发电的相互作用是近年来的新兴研究热点,具有重要科学意义和高度应用价值。一方面,大气边界层的风切变现象可导致风电机组的输出功率减小、机械载荷增大;湍流现象在低(高)风速段导致机组的输出功率增大(减小),但对机械载荷具有单调增大的影响;大气边界层具有显著的日变化规律,层结状态的改变影响着地面风场的结构和特性,并导致风电机组的输出功率和机械载荷随之发生变化。另一方面,风电机组的叶轮旋转施加了扰动效应,导致下风向的风速减小、湍流增大,并且具有复杂空间分布特征;而大型风电场或风电基地产生的巨大扰动效应可影响和改变边界层的整体结构和特性,并影响局地甚至全球气候环境。
2017 Vol. 36 (4): 1127-1137 [摘要] ( 43 ) [HTML] ( ) [PDF 667KB] ( 77 )
1138 江淮切变线研究的回顾与展望
姚秀萍, 孙建元, 马嘉理
江淮切变线是中国东部特有的天气系统,与梅雨期降水密切相关,为江淮流域地区夏季降水最主要的天气系统。为了提高夏季中国东部降水的预报能力,深化对江淮切变线认识和研究,本文较为系统地回顾了江淮切变线的相关研究,包括江淮切变线的定义、分类、结构、形成发展机制、影响作用、与其他天气系统相互作用以及研究技术手段等方面,并梳理其研究成果,从经典定义和预报业务实际出发,指出江淮切变线结构的多样性和多尺度特性。同时,在回顾研究成果的基础上,展望了在多源大气探测资料不断出现的当今,江淮切变线值得进一步深入研究。
2017 Vol. 36 (4): 1138-1151 [摘要] ( 29 ) [HTML] ( ) [PDF 606KB] ( 89 )
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