GRAPES_GFS不同湿物理过程对云降水预报性能的诊断与评估

积云对流和云微物理是数值天气预报模式中最为重要的两类湿物理过程,它们共同影响云和降水的预报性能。通过采用CMAP降水资料和MODIS、MLS及Cloud Sat卫星云观测资料对全球中期数值预报模式GRAPES_GFS中这两类湿物理过程参数化方案的不同组合所预报的降水场和云宏微观场进行诊断和评估,以揭示其对云和降水的预报性能。结果表明:(1)云微物理方案是中高纬度地区总降水预报差异的主因,三种云微物理方案预报的降水强度为SINCEP3NCEP5。赤道及低纬地区降水差异主要是由积云对流方案引起的,KF_SI组合与CMAP降水最为一致。(2)SI方案和NCEP3方案在中纬度地区格点降水要显著多于混合相云NCEP5方案;与SAS方案和KF方案相比,BM方案使与其组合的云方案产生的格点降水明显偏少。(3)BM方案产生的对流降水要明显多于SAS方案和KF方案,中高纬地区SAS方案和KF方案预报的对流降水基本一致,在低纬地区SAS方案对流降水最少。(4)NCEP5方案预报的云顶温度与MODIS观测吻合较好,NCEP3方案和SI方案预报的云顶温度要较实况偏暖。三种对流方案预报的云顶温度冷暖关系为SASBMKF,BM和KF预报的云顶温度与实况较为接近。(5)NCEP5方案预报的积分云水与卫星观测最为接近,两种简冰方案显著偏少,尤以SI方案偏少最多。SAS和KF方案能较好的预报积分云水的空间分布,但其量值较观测偏大,BM方案预报的积分云水在低纬度地区偏少明显。(6)所有方案组合预报的卷云较MLS卫星观测显著偏少,混合相云方案对卷云预报较简冰方案具有一定优势,BM方案偏少最显著。(7)全球平均而言,KF对流方案和NCEP5云微物理方案对GRAPES_GFS的云和降水预报性能较其他降水物理方案具有一定优势。     

冰晶核化对雷暴云闪电行为影响的数值模拟研究

为了探讨冰晶核化对雷暴云闪电行为的影响,通过已有的三维对流云起、放电模式探讨对比了3种冰晶核化方案,分别为原模式中的经验公式YS方案及与气溶胶相关的DE方案和LP方案。研究表明冰晶核化方案对雷暴云内冰晶微物理发展特征、起电及放电过程均有一定影响。模拟结果显示:(1)考虑了气溶胶的两种新参数化方案中冰晶粒子在高温区(高于-13.8℃)出现,在雷暴云发展过程中DE方案和LP方案冰晶的垂直分布均大于YS方案。(2)DE方案和LP方案中高温区出现的冰晶所带电荷极性有明显的反转现象,导致雷暴云电荷结构产生差异;雷暴云发展旺盛时刻DE方案和LP方案出现三级性电荷结构,而YS方案在整个雷暴云过程都是偶极性,并且DE方案和LP方案中电荷空间分布区域更加广泛。(3)不同核化方案下雷暴云放电特征存在差异,YS方案在偶极性电荷结构背景下没有负地闪产生,而DE方案和LP方案中次正电荷区的存在促进了负地闪的发生,并且负先导出现在较低的高度范围内;DE方案和LP方案中电荷量级较大,因此云闪发生频次以及正、负先导传播次数增加明显。     

GRAPES中尺度模式中不同积云参数化方案预报性能对比研究

利用我国新一代中尺度数值模式GRAPES_Meso,采用KFeta和BMJ两种积云对流参数化方案,对我国2009年冬季(1月)和夏季(6—8月)天气进行批量回报试验。回报试验结果表明：在冬季,两种方案对GRAPES_Meso模式的预报性能影响差异较小。在夏季,两种方案对模式回报效果的影响表现明显。在低层BMJ方案对形势场的回报性能略优于KFeta方案,中层则是KFeta方案明显优于BMJ方案,而在高层KFeta方案略优于BMJ方案。TS评分检验表明KFeta方案对降水的预报总体上优于BMJ方案,特别是中雨到暴雨量级在华南地区KFeta方案有明显的优势。两个方案预报积云降水平均贡献率的空间分布差异主要表现在低纬度洋面上,BMJ方案的贡献率比KFeta方案大。两个方案积云降水贡献率的概率分布形态在小雨量级上都呈陡峭的“U”型分布。KFeta方案随着降水量级的增大逐渐向大贡献率偏移,特大暴雨量级时基本上是积云降水的贡献;而BMJ参数化方案则是随着降水量级的增大逐渐向小贡献率偏移,特大暴雨量级时基本上是格点降水的贡献。     

对流边界层湍流通量及逆梯度输送参数化分析

"K"理论是众多气象预报模式中运用最广泛的湍流参数化方案之一,但无法解释"逆梯度"的输送,必须进行修正。最具代表性的修正方案有三种:方案Ⅰ(Deardroff方案)、方案Ⅱ(Holtslag和Moeng方案)和方案Ⅲ(刘烽方案)。本文利用香河的边界层观测资料对上述三种方案进行验证和比较,发现方案Ⅰ的结果在整个对流边界层(Convective Boundary Layer,CBL)呈系统性偏低,与观测不符;方案Ⅱ在CBL中上部能够再现逆梯度输送现象,基本能给出合理的湍流通量垂直分布,但在CBL的下部和上部与观测不符;方案Ⅲ的逆梯度项与高度有关,并在CBL中部达到最大,而其他两个方案中逆梯度项随高度不变。该方案不但在CBL中上部与方案Ⅱ的结果一致,并能合理表达整个CBL内的湍流通量分布,更接近观测结果。     

台风“莫拉菲”对不同边界层方案的敏感性数值模拟

利用WRF中尺度模式,在不同边界层方案下对2009年第6号台风"莫拉菲"登陆前后的主要过程进行了数值模拟,分析了边界层参数化方案对台风的大环境场、路径、强度和累积降水的影响。并通过对边界层过程中的感热通量和潜热通量进行分析,表明台风强度和累积降水主要是由水汽凝结潜热释放造成的。MRF方案为非局地K理论方案,YSU方案是新一代的MRF方案,增加了显式处理的夹卷层过程,而MYJ方案是Mellor-Yamada2.5级湍流闭合方案,主要是使用TKE闭合方法。模拟结果表明,YSU方案比MRF方案在模拟结果中有明显的改善,MYJ方案出现在模拟台风强度过强的情况。综合来说,YSU方案的模拟结果较好。     

云顶高度和温度预报多方案对比检验与集成

基于WRFV3.6.1模式,选取3个单参数方案Lin、WSM6、Thompson和3个双参数方案Morrison 2-mom、CAM5.1、NSSL 2-mom模拟影响江苏地区的云系过程。针对云顶高度和云顶温度2个云宏观变量,利用卫星反演资料进行定量检验,评估各方案的预报能力,挑选出最优参数方案。同时,考虑到单一方案预报的不确定性,利用多方案集成技术来减小预报的系统性的偏差。结果表明,各方案均能较好地模拟出云带的基本走向与分布,但对云带范围的模拟仍存在差异,CAM5.1与NSSL 2-mom方案模拟云系范围较实况偏大,其他方案则偏小。CAM5.1方案为最优方案,NSSL方案虽然可以较好地模拟出云顶高度高值中心和云顶温度低值中心位置,但量级误差较大,预报效果最差。3个单参数方案WSM6、Thompson和Lin对云顶高度和温度的模拟效果大致相当,优于双参数方案Morrison。简单集合平均和消除偏差集合平均有效地减小了预报误差,预报效果优于6个方案中最优的CAM5.1方案,其中消除偏差集合平均结果相对于简单集合平均预报更为准确。     

不同边界层参数化方案对东亚夏季风气候模拟的对比研究

用WRF v3.2.1中尺度预报模式和NCEP/NCAR再分析资料,对比研究了WRF模式中5个不同边界层参数化方案对东亚夏季风气候的模拟效果。结果表明:WRF模式对各边界层参数化方案均较为敏感,采用不同的边界层参数化方案对模拟区域内的夏季降水、气温、环流等气候要素均可产生明显影响。选取MYJ方案和QNSE方案对500 h Pa夏季平均环流的模拟效果较好,YSU方案和QNSE方案对夏季平均日降水量模拟与再分析资料更吻合,YSU方案和MYNN2.5方案对中国东部2 m气温的模拟结果较好。不同边界层参数化方案模拟结果都显示出由于副热带高压偏强,使副热带高压第2次北跳后停留时间过短,导致长江中下游降水偏少,华北地区降水增多。通过比较YSU和QNSE边界层方案,发现YSU方案相比QNSE方案的降水差异,是由于850 h Pa水汽输送造成的。在中国大部分地区YSU方案的2 m温度比QNSE方案高,并且地面2 m气温和降水存在一定对应关系。因此合理选取边界层参数化方案可以提高数值模拟的准确性。     

GRAPES中尺度模式中Kain-Fritcsh方案的改进及应用试验

本文对GRAPES_Meso中Kain-Fritcsh eta积云参数化方案进行了三种改进:(1)将原触发机制中的温度扰动分解成由水汽决定的垂直向和水平向温度扰动(KF1方案),(2)在原温度扰动中直接增加一项由相对湿度计算的水汽平流项(KF2方案),(3)在KF1方案中增加用相对湿度计算的水汽平流项(KF3方案)。利用GFS预报场资料对上述改进方案进行模拟试验和批量回报试验,结果表明:“5·23”暴雨个例中,(1)改进方案均可以减少原方案模拟的部分虚假降水,KF1方案模拟降水范围较好,KF2方案模拟强降水中心较好,KF3方案同时具备二者优点。(2)三种改进方案对于强降水站点均存在模拟降水偏弱,KF1方案降水趋势与实况接近,但存在对流激发较快,后期降水略为不足,KF2方案则相反,KF3方案表现介于二者之间;KF2、KF3方案均会在对流激发最强和最弱时刻使其向有利方向调整。台风个例中,KF1方案模拟中心气压较好,KF2方案模拟台风路径较好,KF3方案则在两者上均有较好表现。TS评分检验表明KF1方案在各个降水量级上的评分都较低,KF2、KF3方案评分相对较高;误差检验(高度、风)时,KF1方案在中层误差较大,高、低层误差最小,其他两种方案表现则相反。      

不同模式扰动方案在风暴尺度集合预报中的对比试验研究

由于适用于中长期集合预报的模式扰动技术在风暴尺度集合预报系统中的影响并不明确,为探究不同模式扰动方案在风暴尺度集合预报中的效果,基于WRF模式设计了3组模式扰动方案:多物理扰动（MP）方案、随机物理倾向扰动（Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT）方案以及由MP方案与SPPT方案组合构建的一种新混合扰动（SPMP）方案。对2013年7月5—6日发生在江淮流域的一次强对流天气过程进行了数值模拟。结果表明:MP方案在积分前期的降水概率评分较高,对高层大气的扰动效果更为合理;SPPT方案主要作用于积分中后期,对大气低层及近地面的扰动效果最为理想,尤其是对于地面水汽场的模拟;SPMP方案能显著提高大气中高层各预报变量的离散度,降低均方根误差,提升集合成员的可信度,有效弥补降水预报评分在单独使用MP方案和SPPT方案不同积分时段的不足。在扰动水平传播方向上,SPMP方案的扰动形态主要受MP方案主导;垂直方向上,SPMP方案在低层的扰动形态与SPPT方案一致,在高层受MP方案控制。波谱能量分析表明3组方案的扰动能量随积分时间均有向大尺度传播的趋势,SPMP方案能有效补偿两种方案能量在各尺度的耗散。      

辽宁省典型地形测风塔缺测数据线性计算适用性分析

利用辽宁省典型地形26座测风塔和6个同期气象站的逐时风速实测数据,采用不同时间尺度（月、季、年）的线性拟合并结合风切变指数拟定7个方案重构测风塔缺测风速数据,并对各拟定重构方案进行误差检验。结果表明：辽宁省典型地形测风塔缺测数据重构主要以季节尺度的线性拟合及其结合风切变指数的两个方案（方案3和方案7）为最优方案,且上述两个方案的空间分布具有区域性特征,其中,辽宁北部的平原和丘陵、辽宁东南部的沿海平原和沿海丘陵主要以方案7为最优方案,辽宁西部的丘陵和山地主要以方案3为最优方案,个别地区以方案1或方案4为最优方案。温带大陆性季风气候区所具有的季节性风速变化和固有的地形地势特征及其对风切变指数的影响,是辽宁省典型地形测风塔缺测数据重构最优方案空间分布呈区域性特征的主要成因。     

连云港市海洋气象业务服务系统

根据全国海洋气象台站网布局和任务设置要求,结合连云港确立新亚欧大陆桥东桥头堡、建设国际枢纽港和开发海洋特区经济的规划以及连云港市气象业务现代化发展的实际,从海洋气象探测与灾害监测、海洋气象资料与实时信息通信传输、海洋气象预报和海洋气象服务四个方面提出连云港市海洋气象台气象业务服务系统的总体方案,并且在制作丰富的海洋气象预报产品和面向不同对象开展多媒体服务方面体现了一定的特色。     

气象代码的应用现状及向表格驱动代码过渡的影响分析

对气象代码的组成、字符代码的特点及局限性、表格驱动代码的特点及优势进行了介绍, 对我国气象代码的应用现状进行了分析, 并介绍了世界气象组织由字符代码向表格驱动代码过渡计划的主要内容。向表格驱动代码过渡对我国各级气象部门现有观测系统、通信传输、数据处理及存储、数据使用等多个业务环节产生的影响进行了初步分析和探讨, 并对我国表格驱动代码过渡应开展的工作提出了初步设想。     

A Quality Assurance Procedure and Evaluation of Rainfall Estimates for C-Band Polarimetric Radar

A mobile C-band dual polarimetric weather radar J type (PCDJ), which adopts simultaneous transmission and simultaneous reception (STSR) of horizontally and vertically polarized signals, was first developed in China in 2008. It was deployed in the radar observation plan in the South China Heavy Rainfall Experiment (SCHeREX) in the summer of 2008 and 2009, as well as in Tropical Western Pacific Ocean Observation Experiments and Research on the Predictability of High Impact Weather Events from 2008 to 2010 in China (TWPOR). Using the observation data collected in these experiments, the radar systematic error and its sources were analyzed in depth. Meanwhile an algorithm that can smooth differential propagation phase (Ф_DP) for estimating the high-resolution specific differential phase (K_DP) was developed. After attenuation correction of reflectivity in horizontal polarization (Z_H) and differential reflectivity (Z_DR) of PCDJ radar by means of K_DP, the data quality was improved significantly. Using quality-controlled radar data, quantitative rainfall estimation was performed, and the resutls were compared with rain-gauge measurements. A synthetic Z_H/K_DP-based method was analyzed. The results suggest that the synthetic method has the advantage over the traditional Z_H-based method when the rain rate is >5 mm h^-1. The more intensive the rain rates, the higher accuracy of the estimation.     

解读美国《总统气候行动计划》的动因

长期以来,美国因缺少联邦政府层面的气候行动计划而受到国际社会的指责。这一情况在奥巴马总统的第二执政期有所改变。2013年6月,奥巴马行政当局发布《总统气候行动计划》,被认为是迄今为止最为全面的联邦气候变化应对计划。本文通过梳理行动计划的主要内容,从美国自身和国际社会角度分析了该行动计划出台的各种因素及影响,指出奥巴马行政当局旨在通过启动该气候行动和整合行政资源,修复国家气候战略,提升政治影响,同时此举有助于扭转美国在国际气候谈判中的被动地位,并重新确立领导地位。     

一种气候预测综合决策的方法——递归正权综合决策法

根据气候预测的特点，提供了以误差平方和为风险函数，以正权综合为模式的多途径气候预测决策方案。不仅从理论上论证了几种正权方法的优性，还提供了递归技巧，进一步提高了正权综合的预测精度。对1997年汛期降水预测所做的综合决策表明，该方法具有较好的综合决策能力。     

十一运会开幕式人工影响天气服务作业决策与实施流程设计

介绍了"十一运会"开幕式期间天气背景和人工消(减)雨作业防线设计,分析了实施区域人工消(减)雨火箭、高炮过量催化作业对监测预报、空域保障、指令下达、发射操作、弹药供给等技术保障要求及对策,明确了人工影响天气应急服务关键时间节点的主要工作内容,介绍了作业决策、作业实施、跨区作业等流程的技术要点和任务要求。经过全运会开幕式前期作业试验和应急服务检验,各项技术流程设计符合人工消(减)雨作业技术要求。     

Urban Morphology Influence on Urban Albedo: A Revisit with the Solene Model

This heuristic study of the urban morphology influence on urban albedo is based on some 3,500 simulations with the Solene model. The studied configurations include square blocks in regular and staggered rows, rectangular blocks with different street widths, cross-shaped blocks, infinite street canyons and several actual districts in Marseilles, Toulouse and Nantes, France. The scanned variables are plan density, facade density, building height, layout orientation, latitude, date and time of the day. The sky-view factors of the ground and canopy surfaces are also considered. This study demonstrates the significance of the facade density, in addition to the built plan density, as the explanatory geometrical factor to characterize the urban morphology, rather than building height. On the basis of these albedo calculations the puzzling results of Kondo et al. (Boundary-Layer Meteorol 100:225–242, 2001) for the influence of building height are explained, and the plan density influence is quantitatively assessed. It is shown that the albedo relationship with plan and facade densities obtained with the regular square plot configuration may be considered as a reference for all other configurations, with the exception of the infinite street canyon that shows systematic differences for the lower plan densities. The curves representing this empirical relationship may be used as a sort of abacus for all other geometries while an approximate simple mathematical model is proposed, as well as relationships between the albedo and sky-view factors.     

Climate change response in Europe: what’s the reality? Analysis of adaptation and mitigation plans from 200 urban areas in 11 countries

Urban areas are pivotal to global adaptation and mitigation efforts. But how do cities actually perform in terms of climate change response? This study sheds light on the state of urban climate change adaptation and mitigation planning across Europe. Europe is an excellent test case given its advanced environmental policies and high urbanization. We performed a detailed analysis of 200 large and medium-sized cities across 11 European countries and analysed the cities’ climate change adaptation and mitigation plans. We investigate the regional distribution of plans, adaptation and mitigation foci and the extent to which planned greenhouse gas (GHG) reductions contribute to national and international climate objectives. To our knowledge, it is the first study of its kind as it does not rely on self-assessment (questionnaires or social surveys). Our results show that 35 % of European cities studied have no dedicated mitigation plan and 72 % have no adaptation plan. No city has an adaptation plan without a mitigation plan. One quarter of the cities have both an adaptation and a mitigation plan and set quantitative GHG reduction targets, but those vary extensively in scope and ambition. Furthermore, we show that if the planned actions within cities are nationally representative the 11 countries investigated would achieve a 37 % reduction in GHG emissions by 2050, translating into a 27 % reduction in GHG emissions for the EU as a whole. However, the actions would often be insufficient to reach national targets and fall short of the 80 % reduction in GHG emissions recommended to avoid global mean temperature rising by 2 °C above pre-industrial levels.     

面向云计算的网络体系结构下数据传输机制

分析目前云计算架构下的传输机制,针对网络传输机制中缺少对链路上的任务需求的耦合相关性,提出未来面向云计算的网络体系结构下数据传输机制,分别从网络传输延迟、传输可靠性和云节点存储安全性进行研究,并针对每个瓶颈提出相应的修改方法,从而构建了一个支持不同服务质量需求的云架构,该架构支持现有的网络异构融合,满足可控可管可扩展等需求,适用于新型网络通信信息基础设施.     

全区台站数据采集分发综合监控系统设计与实现

文章针对目前基层观测台站传输现状,设计了气象观测数据采集传输监控平台,实现了观测数据采集、传输、分发、管理、监控的统一,克服和解决工作人员工作流程繁琐、效率低;数据传输管理分散,监控难度大：原始数据存储分散,不利一统管理,共享能力低;格式及数据质量控制程序由各厂家开发,不利于根据本地化情况进行修改和调整;不利于基础数据传输工作的全区统一规范管理和部署等方面的弊端和难题。系统具体功能包括：观测数据文件的实时采集传输、观测数据初步质量控制、观测数据文件存储管理、监控信息采集存储、信息前台显示操作平台、实时报警功能、时钟同步功能,系统的实施将降低工作强度、提高工作效率、促进全区整体信息网络业务的进一步发展。