斜压不稳定理论的发展历程分析

斜压不稳定理论是中高纬度地区天气尺度扰动生成和发展的机制,是继长波理论之后大气动力学上的又一重大进展,对现代天气预报具有重要的指导意义。按照斜压不稳定理论发展的时间脉络,阐述了赵九章、查尼和伊迪在斜压不稳定方面开展的研究工作,分析了3位科学家各自的研究特点及历史贡献。赵九章1946年发表在《Journal of Meteorology》上的论文,最早提出了"斜压不稳定"这一概念,给出了不稳定的临界波长,并阐述了在不稳定扰动情况下能量的转换,以及不稳定波对大气环流带来的可能影响,尽管得出的不稳定临界波长与观测差别较大,但其对波-流相互作用的讨论在当时是超前的。查尼于1947年采用滤波和尺度分析等方法,将大气扰动方程简化为一个可以求解的系统,推导出大气稳定状态的判据,建立了斜压不稳定理论,其结果与实况比较接近;并据此把准地转模式成功应用于数值天气预报实践中,促使数值天气预报获得首次成功。1949年,伊迪在查尼研究工作的基础上通过合理的简化方法,得到了更为简洁的模型。最后,通过对比他们的研究思路,重点分析了赵九章未能使得斜压不稳定理论提前一年建立的原因:由于其研究思路始终局限在大气水平运动上,忽略了斜压系统发展中散度项的贡献,因而未能抓住天气系统发生、发展的本质,致使其最终与斜压不稳定理论的成功建立失之交臂,其论文本身存在的一些亮点也因此被后人忽视。      

单双参云微物理方案对华北“7·20”特大暴雨数值模拟对比分析

在2016年7月19 21日华北特大暴雨过程初步分析的基础上,采用中尺度数值模式WRF3.6.1中16种微物理参数化方案对该过程进行了数值模拟,并分为单参和双参两组对结果进行评估分析。结果表明,该过程为伴随低涡发展的强对流降水,持续时间长、范围广、总量大。大部分微物理方案对降水的分布模拟效果较好,能够再现此次特大暴雨过程;随模拟时间延长,方案间的差别变大,且单参方案对各量级降水的模拟差别比双参方案显著,方案间雨水混合比、固态水凝物以及垂直速度的差别均大于双参方案,整体效果不如双参方案。综合来看,SBU_YLin方案对于此次特大暴雨过程模拟效果最好,对降水量级和落区的模拟都接近实况。     

青海一次强降水过程的物理量预报应用试验

针对强降水业务预报工作的实际需求,利用常规观测站和区域自动站逐小时降水资料及欧洲中心(ECMWF)细网格数值预报产品,采用水平螺旋度、水汽通量及水汽通量散度对2017年7月26—27日发生在青海省的强降水天气过程进行预报应用分析。结果表明:水平螺旋度、水汽通量及水汽通量散度与降水的发生发展和强降水中心有较好的对应关系;500 h Pa正水平螺旋度强度对降水强度的变化有一定的指示性,负水平螺旋度强度偏强时可以很好地指示强降水中心位置;水汽通量大值区内水汽辐合强度越强,降水强度也越强。     

中国西北地区东部短时强降水时空特征

基于中国西北地区东部136个气象站2001-2011年每6 h地面降水常规观测资料、1 674个自动站2009-2011年逐时降水资料,运用气候统计、线性趋势、归一化、分区域统计以及降水集中度（PCD）和集中期（PCP）分析等方法,研究了西北地区东部短时强降水的时空分布和气候特征。结果表明：该地区短时强降水日数年际变化不大,但区域性的短时强降水过程呈明显增加趋势;短时强降水主要发生在7月上旬至8月下旬,且具有明显的日变化特征;短时强降水总频次的空间分布与地势分布比较一致,高频高值区多位于夏半年环流盛行西南气流的迎风坡附近;在空间上PCD由东南向西北越来越集中,PCP自东向西逐步推迟。     

海陆风及沿海风速廓线在风电场风速预报中的应用

为了建立沿海风功率预报系统,本文探讨了中国沿海风电场风速预报问题,并利用数值模式RAMS对海陆风进行了模拟研究.发现海陆风发生时,海风和陆风阶段风速廓线存在较大差异,海风阶段风速的垂直切变明显小于陆风阶段.海陆风发生时,风速会呈现有规律的变化,即海风和陆风分别有两个时段：风速增加时段和风速减少时段.在为沿海风电场提供风速预报时,当模式预报到海陆风发生时,可以利用海陆风的这种特点,使用统计方法对预报出的风速进行有效的订正.并发现即使没有海陆风发生,当风向为海洋吹向陆地时,风速随高度的垂直切变同样小于陆地吹向海洋的时段.利用统计方法根据不同风向时风速廓线的特性,把数值模式计算高度上的预报结果,精确地插值到风机涡轮高度,会很大程度上减少风速预报的误差及风功率预报环节的误差.     

1961—2000年中国太阳辐射区域特征的初步研究

利用中国122个辐射观测站1961—2000年的逐日地面辐射资料,同期729个气象站的逐日云量资料,分析了总辐射、直接辐射和散射辐射年代际距平分布和变化。按照中国地理气候区域的特征并考虑年总辐射,将中国划分为5个不同的辐射区域。分析了各区近40 a来总辐射、直接辐射、散射辐射的年际变化。结果表明:①总辐射和直接辐射年曝辐量在1961—1990年之间呈下降趋势,在20世纪80年代达到最低值,以青藏高原西南部地区降幅最明显;在1991—2000年总辐射和直接辐射年曝辐量有回升趋势,其中青藏高原地区回升最显著,但均未达到历史最高水平。5区总辐射近40 a来下降率为:-1.24%/10a,-1.66%/10a,-1.60%/10a,-1.89%/10a和-1.93%/10a。②近40 a来散射辐射年曝辐量除东北无明显变化外,南疆和青藏高原有降低趋势,而南方有略微增加趋势;通过对云量的分析发现西北地区低云量略增加,而其他地区低云量和总云量都有不同程度的下降趋势,5区总云量近40 a来下降率为:-2.99%/10a,-1.68%/10a,-3.10%/10a,-1.17%/10a和-1.01%/10a,低云量变化率为:-1.51%/10a,4.46%/10a,-1.47%/10a,-0.89%/10a和-0.75%/10a。最后对造成辐射长期变化的原因作了初步讨论。     

沙漠化扩展对区域气候影响的数值模拟研究

利用GCM -SSiB全球大气环流谱模式,设计两组数值模拟试验(即控制试验(CE)和沙漠面积扩大试验(DE)),研究了大陆沙漠化对我国区域气候变化的影响。模拟结果表明:沙区扩展后,大陆年平均地表温度降低,海平面气压上升,纬向风速、季风加强,夏季低空上升运动减弱,冬季下沉运动增强,降雨量显著减少,地表蒸发、感热和潜热通量亦显著减少。我国区域气候随大陆沙漠化扩展趋向冷干、风速加大,沙漠扩展与区域气候恶化存在正反馈。     

我国北方沙区气候变化对全球变暖的响应

我国北方沙区,由于东西跨度很大,各沙区之间气温、降水及湿润度存在着较大差异。西部的沙区气温较高、降水较少、气候干燥;东部的沙区气温较低、降水较多、气候相对湿润。春季各沙区都比较干燥。各沙区气温变化基本是同步的,而降水变化有差异。各沙区夏半年气温与降水之间基本为负相关;冬春季节,河套沙区和东部沙区有明显的正相关时段。在全球变暖的背景下,我国北方沙区的气温总体也在升高(沙区气温每10a上升约03℃,且升温幅度比全国、全球更明显,而降水变化却相对较小。各个沙区对全球变化的响应不尽相同。东部沙区气温升高、降水减少、湿润度下降幅度最大,暖干化趋势最明显;塔里木沙区气温变化平稳、降水及湿润度略增;其他沙区气温略升、降水略减、湿润度略降,呈弱的暖干化趋势。与气候变化相对应,我国北方沙区沙漠化土地面积增大,而且沙漠化主要发生在东部沙区。预计21世纪初10a我国北方沙区的气候将进一步暖干化,因而土地沙漠化的自然过程也将进一步加快和加剧。     

中国北方春季沙尘暴频次的多要素线性拟合

利用1953-2005年地面风速及地温(5 cm和40 cm深处)等18个气象要素的春季标准化资料对我国北方97个测站的标准化春季沙尘暴频次进行了线性拟合,结果表明:无论对单要素拟合还是对多要素拟合,要素与沙尘暴频次间的(平均)相关程度决定着其对后者的拟合效果,相关程度越高,拟合效果越好。若与实际级别相同的拟合沙尘暴频次视为准确,则全区约有33%的测站,其拟合准确率≥50%;53年间约有39.6%的年份,其拟合的准确范围≥50%;对所有年份和所有测站而言,约45.6%的沙尘暴频次能够被准确地拟合,拟合的沙尘暴频次略低于实际频次。根据线性拟合方程中各要素前的系数可断定,18个要素中风速和蒸发量是沙尘暴的正影响因子,而水汽压、相对湿度和最低气温等则是沙尘暴的负影响因子,其他一些因子对沙尘暴的影响方式具有明显的区域性差异。     

西藏南部河谷气候变化趋势及预测——以江孜站为例

利用西藏江孜气象站1957-2006年气温、降水等资料,分析了近50年来西藏南部(下称藏南)河谷地区的气候变化,并对未来气候变化的可能趋势做了预测。分析表明:藏南河谷的气温在过去50年间呈明显的上升趋势,升温速率较全球平均升温速率偏高,主要表现为日最低气温的上升,降水呈波动下降变化;在21世纪的前期,藏南河谷气温上升、降水增加,但气温变化较降水更为明显,故湿润度呈波动减小。2030年代起由于温度升高、降水减少,呈现出趋于暖干化趋势,将预测结果与2007-2008年的实际观测资料相比较,预测结果与实际值接近。因此,预测结果基本可信。