辐射雾的数值模拟

本文通过数值模拟的方法,研究了辐射雾的形成和发展过程。模式较详细地考虑了湍流交换、长波辐射传输、重力沉降等过程。计算结果表明,辐射雾形成后会改变环境风、温场,反之,风、温场的改变又影响了辐射雾的发展。计算结果还表明,辐射雾最初是在离地面一定的高度上形成的,文中作了详细解释;辐射雾的发展是在湍流场和辐射场的相互作用下引起的。湍流作用是决定辐射雾形成、发展的重要因子,它一方面阻碍了辐射雾的形成,另一方面,它又能促进已形成的雾的发展。本文还研究了辐射雾形成前后的风、温变化以及长波辐射通量的变化。研究了含水量交换系数对模式的影响,结果表明,含水量交换系数的取值与动量交换系数是否相等,对模拟结果没有明显的影响。     

南京市冬季雾的物理化学特征

为研究南京冬季浓雾的宏微观物理结构和物理化学过程,揭示空气污染物与雾水化学结构的关系,2006—2007年冬季,在南京信息工程大学院内进行了雾的综合观测试验。观测项目包括雾的宏微观结构、雾水化学、大气气溶胶粒子谱及化学成分、辐射和热量平衡各分量、湍流以及常规气象和环境监测。在雾的生消过程中,各项目的观测是连续进行的。两年共观测到27次雾过程,并采集到37个雾水样本。按其形成,将南京冬季雾分为辐射雾、平流辐射雾和蒸发雾三类。该文详细分析了各类雾的宏微观结构,研究了强浓雾(能见度小于50m)发展的物理过程。结果指出,南京冬季雾多属暖雾,雾顶高度以平流辐射雾最高,平均顶高851m,辐射雾次之,平均顶高486m,蒸发雾偏低,平均顶高428m;各微物理参数均以平流辐射雾最大,辐射雾次之,蒸发雾最小,平流辐射雾含水量最大时可达1g/m3。通过对微物理参量连续变化分析发现,平流辐射雾和辐射雾进入强盛阶段时,都具有明显的爆发性增强特征。雾水化学分析结果表明,南京雾水离子浓度比较高,酸雾约占43%,属于硫酸型,均与空气污染物SO2、NO2和颗粒物有关。     

辐射雾雾滴谱拓宽的微物理过程和宏观条件

为研究南京雾的物理化学过程,2006～2007年冬季,在南京信息工程大学(原南京气象学院)院内进行了雾的外场综合观测实验,共获得27次雾过程资料,其中有22次过程进行了全过程不间断的雾滴谱和湍流观测.根据雾滴谱分布特征可以将辐射雾分为宽谱辐射雾(都为强浓雾,最大直径大于40μm)和窄谱辐射雾(多为浓雾,最大直径小于22...     

南京冬季辐射雾雾水沉降特征研究

利用2007年11月15日至12月29日在南京市郊开展的雾外场观测试验所获取的雾滴谱、三维风资料,利用涡度协方差法,主要分析了南京冬季辐射雾雾过程中的雾水沉降特征,并探讨了一次辐射雾与辐射—平流雾雾水沉降特征的差异。结果表明:辐射雾成熟阶段的雾水沉降量占总沉降量的90%以上;发现20μm以上的大雾滴对沉降起主要贡献,而大雾滴主要受重力沉降机制影响,重力沉降量约占总沉降量的82%,而雾水的湍流沉降量相对较小;直径7μm以下与40μm以上的雾滴对总沉降量几乎无贡献;雾的液态水含量与雾水沉降量之间线性相关,说明雾液态水含量对雾水沉降量有直接的影响,雾水沉降集中在能见度50 m以下的强浓雾阶段;辐射雾发展阶段近地面小雾滴在湍流扩散作用下以一定的周期向雾层上方输送,使得雾水通量谱具有明显的振荡特征,而辐射—平流雾的雾水通量谱不具有振荡特征。     

二维平流辐射雾的数值模拟

本文采用二维非定常数值模式,模拟了大气边界层内辐射雾、平流辐射雾和在海陆交界处的平流辐射雾的形成、演变规律。研究了雾发展过程中湍流-辐射作用及风场、水汽平流和海陆风环流对雾发展影响的特点。模拟计算结果得出湍流-辐射作用是雾发展变化的主要物理因子。大气边界层风场及风场环流和水汽的平流输送对在不同地点,时刻雾的发展和强度变化也有重要的影响。     

上海城市对雾的影响

上海是我国最大的工商业城市,城市气候效应十分显著。本文应用上海气象台(位于市区龙华)气象资料和上海十个郊县气象资料,来分析上海城市对雾的影响。 1.上海城市对雾的生消影响 上海是我国沿海多雾城市之一。我们曾根据上海近24a(1956—1979)中出现的990次雾作了普查,按照成雾的物理机制不同,可以把上海的雾分成:辐射雾、锋面雾、平流雾和平流辐射雾四类。其中以辐射雾为最多,约占总雾日数的44.8％。形成各类雾的天气形势和有关气象要素的变化虽各不相同,     

南京秋季辐射雾与平流雾边界层气象要素特征比较

利用南京市200 m气象铁塔的梯度观测资料、L波段探空雷达以及常规气象资料,对南京地区2010年两次秋季大雾天气过程进行了对比分析.结果表明:①两次大雾天气分别为典型的辐射雾和平流雾.②在两类大雾的发展过程中,对流层低层都存在较厚的逆温层,其中辐射雾存在多层辐射逆温和下沉逆温,而平流雾仅存在一层由暖平流形成的强逆温;边界层内辐射雾的贴地逆温强度明显强于平流雾,另外两次过程中均存在上层逆温.③雾的发展与地面气温的演变均有较好的对应关系:均是在地面气温出现突降、贴地逆温强度突增之后,边界层相对湿度随之显著上升,雾增强发展;辐射雾的雾顶高度远高于平流雾.④边界层风速呈现明显的峰值变化,且这种风速的脉动与雾的发展有一定的对应关系:当各层风速出现陡降后,雾增强发展,而后随着湍流的加强,雾趋于消散.     

南岭山地高速公路雾区恶劣能见度研究

使用2003年10月-2005年3月南岭山地京珠高速公路粤北段云岩雾区路段5套能见度仪的每分钟能见度资料和3套自动气象站的每分钟温度、湿度、风向、风速等气象要素资料, 分析研究了南岭山地高速公路雾区浓雾的能见度特征.结果表明, 南岭山地高速公路雾区各月雾日频率以1月最多, 近一半的天数都有雾; 3月次之, 7月最少.11月到次年5月雾日占全年雾日的80%以上, 形成明显的"雾季".南岭山地高速公路雾区浓雾存在日变化, 雾的频率在一天内凌晨最高, 午后最低, 明显比辐射雾的日变化小, 说明夜间辐射降温虽然不是南岭山地高速公路雾区起雾的主要原因, 但还是起到了一定的加强作用.虽然南岭山地雾区大气中含有丰富的凝结核, 南岭山地形成浓雾还是需要较高的相对湿度, 相对湿度至少要达到91%以上才能形成雾.在雾区出现5.2 m/s的大风时仍然有雾, 有雾时90%以上的风速在3 m/s以下, 有几乎一半的浓雾出现时风速在2 m/s左右, 这与辐射雾形成时大都是静小风的情况形成了鲜明对照.南岭山地高速公路雾区浓雾受地形影响比较大, 迎风坡出现雾的频率比背风坡高.     

长江上空辐射雾的数值研究

为研究长江上空辐射雾的形成和发展与长江水面和长江两岸复杂地形的关系,我们设计了一个二维辐射雾的数值模式,模式包含大气长波辐射冷却、地表能量收支、液态水的重力沉降等影响雾的形成和发展的主要因子。 结果表明:长江两岸的地形和长江水面对雾的形成和发展影响较大,若在长江河道较宽且配有合适的地形地区,长江上空的雾可发展到一个较高的高度,而在长江两岸地形较陡的地区,雾有可能就不出现。长江水面的宽窄直接影响着雾的深浅。     

一次大范围辐射雾天气过程的观测和数值模拟分析

利用观测资料分析2010年1月华中一次大范围辐射雾过程的环流背景及气象要素分布特点。发现:本次大雾过程有两层较明显的逆温层,高空系统性偏北气流形成下沉逆温,位于7000hPa附近,使大气层结维持稳定,低层水汽不能上传,为大雾生成提供高湿环境条件;地面辐射冷却作用形成近地辐射逆温层,是辐射雾形成和发展的主要因素,而日出后太阳短波辐射对地面的加热和热量湍流输送是白天辐射雾消散的重要原因。利用WRF模式进行模拟实验,发现用T213资料作为模式的初始和边界条件模拟近地层气象要素,较NCEP再分析资料有一定优势;900 m以下U大值区与最大逆温≥5℃重叠区与雾区对应较好;河流湖泊北侧在地面由高压脊转高压后部后,在低空偏南气流水汽输送作用下,出现辐射雾转平流雾可能性较大;WRF模式模拟的近地面层要素结果和实况有所差距,必须采用观测资料同化改进。     

我国东南海岸线分布对9216号台风暴雨增幅影响的数值研究

利用一个三重水平结构，双向嵌套的台风数值模式，以１９９２年８月２９日１２冒为初始场，根据模式中地形插值时遇到的问题，设计了实际海岩线与扩展海岸线两种方案，对９２１６号登陆台风及其暴雨进行了对比模拟试验。结果表明：地形动力抬升形成的对流陈水是台风暴雨增幅的一个重要原因。     

亚洲夏季风各子系统主要变率相互关系初析

使用NCEP/NCAR再分析资料和CMAP月平均降水资料分析了亚洲夏季风各个子系统的相互关系。结果表明亚洲夏季风子系统之间存在显著相关。从同期强度变化可知,当东亚季风偏强时,大尺度亚洲季风、东南亚季风、南亚季风均偏弱,相关区域降水偏少;而同时大尺度亚洲季风偏强时,东南亚和南亚季风偏强,相关区域降水偏多;东南亚季风偏强时,南亚季风偏弱,南亚地区降水偏少;反之亦然。从不同周期强度变化可知各个子系统相关仍然显著。      

气候系统性态行为复杂性的探索

用滑动t-检验方法(Moving t-tcst technique)对中国东部部分地区年降水量序列进行阶段分析,从各阶段气候性态频率分布特征得到启示．对气候系统性态行为的复杂性进行探索。提出气候系统性态行为的确定性与随机性份额比接近Fibonacci数(黄金分割比)的假设。用信息论的方法对气候变量的不确定性做了定量计算和分析，讨论了气候预测的局限性．提出气候预测(以年降水量为例)准确率的理论上限在中国北方可能为75％左右：在中国南方可能为80％左右。     

非绝热加热及地形动力作用下的大气环流长期演变过程

本文建立了一个理想的大气环流数值试验模式,其中简单地考虑了辐射、湍流、凝结加热及地形的动力作用。模式中放了两个陆地和两个海洋,海陆的影响由给定的下垫面温度表现出来。把方程组化成常微分方程组后,用Runge-Kutta方法在电子计算机上求数值解。 首先,在非绝热加热的作用下,由静止大气开始经过40天就建立起基本气流。其次,在具有年周期的太阳辐射、下垫面温度及凝结加热的作用下,基本气流以年周期变化。扰动也有明显的年周期,夏季扰动振幅变小,冬季扰动振幅变大,而且海陆温度的季节变化能控制波数为2的超长波的进退。夏季温度槽位于海洋东部,冬季位于大陆东部。 最后,在数值试验中看到初始场的影响只有100天左右。     

局地积云降水过程对云结构的影响

本文考虑了降水过程中水滴对空气的拖带作用和降温作用,并考虑到含水量变化时,由于水滴对空气拖带力的变化,而对垂直运动产生的反馈影响,导出了局地积云的运动方程、热力方程和含水量方程,并由此研究在降水过程中云中空气垂直运动、云内外温差和含水量结构的变化。计算结果指出,局地积云在降水过程的影响下,云中空气的垂直运动、云内外温差和含水量都要明显变小,并且很快地由下向上逐渐出现下沉运动,云也由下向上逐渐消散。计算结果与实际观测现象是基本相似的。本文共做了五个不同条件的个例数值计算,并由此分析比较了不同降水强度、不同稳定度、不同云中初始条件和不同云外环境所起的不同作用。     

日本东部附近海域海温异常对鄂霍次克海高压的影响

通过诊断分析和数值模拟,研究了初夏日本东部附近海域负的海温异常对6月鄂霍次克海地区阻塞高压的影响。首先,利用1951—2000年6月份的500hPa月平均位势高度资料计算了历年6月鄂霍次克海阻塞高压指数,并分析了它的变化规律。其次,对阻塞高压年和非阻塞高压年的500hPa位势高度及其异常进行合成和相关分析表明,阻塞高压年,鄂霍次克海地区存在明显的正高度异常,贝加尔湖附近为负高度异常,乌拉尔山附近为正异常,欧亚中高纬度地区纬向呈“ - ”型;日本东部为负高度异常,东亚呈偶极型。这种高度异常形势为鄂霍次克海阻塞形势的形成和维持提供了大尺度环流背景。对鄂霍次克海阻塞高压指数与同期北太平洋海温的分析结果表明,当鄂霍次克海阻塞高压活跃时,日本东部附近海域为明显的负海温异常。此外,对1998年6月的典型个例的分析也发现,当年强盛的阻塞形势维持时,日本东部附近存在强大的负海温异常。最后,设计假想的负海温异常试验,利用NCAR CAM3模式模拟了日本东部附近海域负的海温异常对初夏欧亚大气环流的影响。结果表明,在该地区5和6月加入较大负的海温异常后6月份鄂霍次克海地区500hPa会产生最大超过4dagpm的正位势高度异常并经检验显著,这种正的高度异常显然对鄂霍次克海阻塞高压的形成十分有利。     

地球旋转向量水平分量对赤道β平面上波动的影响

文中利用合理的赤道 β平面近似方程组研究 β效应和地球旋转向量水平分量 (即Coriolis力分量 f*=2 Ω cosφ)共同作用下低纬度大气波动的特征。定性结果分析表明 ,若扰动与纬度有关 (混合 Rossby-重力波和 Rossby波 ) ,f*虽然不影响波动传播的频率特征 ,但修改其决定波动经向结构的振幅。如果扰动与纬度无关 (Kelvin波 ) ,则 f*的影响消失 ,这与 f*- f平面上波动的情况显然不同。     

影响台湾岛海域的西太平洋台风特征分析

选取台湾岛附近海域(20~27°N,117~125°E)为计算区域,对1949~1999年发生在该海域的西太平洋台风的路径分类、月际变化、年际变化、周期特征、移速和强度等要素进行了气候统计学分析,得出7~9月是台风发生的关键月份,台风发生频次的年际变化表现为下降的趋势,且1995~1999年近5年时间台风频次一直稳定维持在较低水平。用Mann-Kendall方法做突变分析和t检验,没有明显的突变年。利用小波分解技术,计算得出影响台湾岛海域的西太平洋台风年发生频次具有4~6年和13~14年左右的周期。西北行路径西太平洋台风是登陆台湾岛和进一步登陆我国大陆的主要台风,西行路径台风51年来没有登陆我国大陆的记录,转向行路径台风强度最大,平均移速最快。     

气象资料三维化技术中的插值问题

通过对不同源气象资料及数字地理信息资料的插值，实现了不同气象资料与地理信息资料分辨率的协调；从而将多种信息叠加到一起，实现了多源资料的二维、三维仿真显示。这对于模拟真实的大气空间结构、理解地形及植被对大气运动的影响、辨识各种天气系统及多种信息的融合等有积极意义。     

THE ANALYSIS OF THE RELATIONSHIP BETWEEN THE SUBSYSTEMS OF THE ASIAN SUMMER MONSOON

In this study, the relationship between the subsystems of Asian summer monsoon is analyzed using U.S. National Centers for Environmental Protection/National Center for Atmospheric Research reanalysis and Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation monthly mean precipitation data. The results showed that there is significant correlation between the subsystems of Asian summer monsoon. The changes of intensity over the same period show that weak large-scale Asian monsoon, Southeast Asia monsoon and South Asian monsoon are associated with strong East Asian monsoon and decreasing rainfall in related areas. And when the large-scale Asian monsoon is strong, Southeast Asia and South Asia monsoons will be strong and precipitation will increase. While the Southeast Asia monsoon is strong, the South Asia monsoon is weak and the rainfall of South Asia is decreasing, and vice versa. The various subsystems are significantly correlated for all periods of intensity changes.