初始强迫风场对Zebiak-Cane海气耦合模式预报能力的影响研究

结合观测的海表温度距平（SSTA）对925hPa NCEP／NCAR再分析风应力距平（以下简称NCEP风应力距平）资料与FSU风应力距平资料进行了比较分析。对比分析了分别以NCEP、FSU风应力距平作为初始强迫风场时的Zebiak-Cane海气耦合模式（简称ZC耦合模式）的预报能力。结果表明：1980、1990年代NCEP风应力距平较FSU风应力距平与观测SSTA匹配更为合理。NCEP风应力距平不仅较FSU风应力距平对ZC海洋模式初始化效果好，尤其在1990年代更为显著，而且在1980、1990年代以NCEP风应力距平替代FSU风应力距平作为ZC耦合模式的初始强迫风场，都提高了该耦合模式预报能力，尤其是可提前6-8个月成功地预报出1997／1998年EI Nifio事件。进一步分析表明，在1997／1998年EI Nifio事件前兆、爆发阶段，NCEP风应力距平驱动海洋模式产生的SSTA比FSU风应力距平驱动海洋模式产生的SSTA更接近观测SSTA的水平冷、暖分布特征，这为ZC耦合模式提供了更为合理的预报初始强迫场，从而有利于提高其预报能力。     

LAPS上海本地化及其在局地对流天气中的应用研究

本文首先基于地面自动站、探空、雷达和卫星资料,开展局地分析预报系统(Local Analysis and Prediction System,LAPS)上海本地化研究,并结合2010—2014年夏季6个局地对流天气个例对其性能进行检验评估。结果表明:雷达径向风资料对LAPS风速分析影响较大,使分析场风速廓线与探空廓线的均方根误差缩小约7.66%;风云卫星资料能够改善LAPS温度和相对湿度,使分析场温度、相对湿度廓线与探空廓线的均方根误差分别缩小约9.09%和14.01%;探空气球飘移对本文LAPS分析场检验影响不明显。进一步将LAPS分析场用于2011年8月13日、2014年8月4日两次局地对流个例分析表明:LAPS高时空分辨率的分析场能够反映中小尺度天气系统的时空变化,在天气尺度背景并不十分有利于对流生成的情况下,热岛、海陆风环流的形成和持续对上海夏季局地对流天气的发生和发展起到关键作用。     

上海地区一次阵风锋结构特征与动量收支诊断分析北大核心CSCD

利用多普勒天气雷达资料、自动气象站资料以及WRF模式模拟结果,分析了2012年7月13-14日上海地区发生的一次阵风锋结构特征,并对阵风锋移速成因进行了动量收支诊断分析。结果表明：（1）此次阵风锋天气现象特征明显：气压陡升、风向突变、风速加大、温度及露点温度骤降等,并伴有短时强降水。（2）WRF模式较为完整地模拟了此次阵风锋发展演变及其对上海地区的影响过程。（3）阵风锋后面伴有冷池,冷池主体位于2 km以下,冷池上方伴有负的扰动气压,且2~3 km气柱内有扰动西风下传。冷池强弱直接影响阵风锋强度,扰动西风下传所带动量直接驱动冷池,进而影响到阵风锋形成及其强度。（4）动量收支诊断分析分析表明,垂直平流、气压梯度力对阵风锋的纬向移动有较大贡献。     

GNSS/PWV与风云四号A星GIIRS水汽廓线融合应用研究

中国新一代地球静止气象卫星风云四号A星（FY-4A）搭载的干涉式大气垂直探测仪（Geostationary Interferometric Infrared Sounder, GIIRS）以红外高光谱干涉分光方式探测三维大气温湿结构,取得了在静止轨道上探测大气的突破性进展。地基全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）是一种连续监测大气可降水量（Precipitable Water Vapor,PWV）的有效手段,基于2018年6—8月中国地基GNSS站监测的PWV和FY-4A/GIIRS水汽廓线的业务产品以及常规无线电探空资料,开展GNSS/PWV与FY-4A/GIIRS水汽廓线快速融合应用,以提高卫星资料反演大气水汽廓线的精度。结果表明:与常规无线电探空相比,FY-4A/GIIRS水汽廓线产品在大气低层均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）为4.5 g/kg,700 hPa为2.4 g/kg,500 hPa以上因水汽含量较低RSME小于1.5 g/kg。GNSS/PWV与FY-4A/GIIRS水汽廓线融合后,FY-4A/GIIRS水汽廓线误差整层RMSE减小20%,从近地层到600 hPa RMSE平均减小20%—25%,尤其是850—700 hPa改善最明显,极大改善了卫星水汽反演资料的可用性。对一次多系统影响的暴雨天气过程应用分析表明,GNSS/PWV和FY-4A/GIIRS融合产品可获得高时、空密度的大气水汽廓线,对强降水的临近预报有非常重要的支撑作用。      

改进的湿Q矢量分析方法及梅雨锋暴雨形成机制

利用实测暴雨资料,结合改进的MM4(MMM4)模式模拟输出的加密资料,分别利用改进的湿Q矢量(记为Q*)及改进的湿Q矢量分解(Partitioning),诊断分析了1991年7月5日20:00~6日20:00一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程。结果表明,600hPaQ*矢量散度辐合区对同时刻地面降水的强度、落区及不均匀性有很好的指示作用。在整个梅雨锋暴雨过程中,Q*矢量散度辐散、辐合在垂直方向上是相间分布的,它所激发的次级环流可能是诱发梅雨锋暴雨产生的重要因素。进一步研究表明,改进的湿Q矢量分解比“总”Q*矢量更具有诊断意义,可将梅雨锋暴雨的垂直运动场进行有意义的尺度分离,更有利于梅雨锋暴雨的潜在物理机制的评估。在梅雨锋暴雨的不同阶段,对于垂直运动场而言,不同尺度的Q*矢量散度辐合场的强迫作用不同,有主、次之分。基于上述诊断分析结果,本文进而提出梅雨锋暴雨形成的可能物理机制,并给出其概念模式:由于初始大气中大尺度的水汽及垂直运动场的空间分布不均匀,从而造成了大尺度Q*矢量散度辐合,激发出次级环流,进而引发了中尺度Q*矢量散度辐合场的产生,最终产生次级环流,直接导致梅雨锋暴雨的发生。     

上海徐家汇地区台风“灿鸿”与良态风风速特征

上海徐家汇地区建筑分布密集且高低不一,是典型的具有非均一下垫面特征的城市地貌。本文利用该地区的地理信息研究了粗糙度长度的分布规律,并基于80m高度的风速实测数据,对台风"灿鸿"和良态风作用下的平均风速、湍流强度、阵风因子等参数与粗糙度长度之间的关系进行了分析。结果表明:不同风向角对应的计算扇区内建筑物高度、分布密度的差别导致了粗糙度长度值随风向角发生明显变化,但是变化幅度随着计算扇区的增大而减小;台风"灿鸿"作用下的平均风速最大值大于良态风,两者对应的粗糙度长度变化范围差别甚微,但是台风作用下的粗糙度长度中位数较小且分布相对集中;台风"灿鸿"作用下各向湍流强度均随着平均风速的增加呈明显的减小趋势,但不随粗糙度长度变化;良态风作用下,各向湍流强度不随平均风速变化,而随着粗糙度长度的增加而增加;台风"灿鸿"和良态风作用下,各向阵风因子均随湍流强度的增加而增大,但前者作用下的阵风因子略大于后者。     

几种Q矢量的比较

利用1991-07-05T20—06T20一次江淮梅雨锋暴雨过程实况资料,结合地面降水分布,从定性(矢量场,即Q)、定量(散度场,即2∇·Q)的角度细致、具体地比较分析了准地转Q矢量、半地转Q矢量、非地转Q矢量及湿Q矢量的诊断特性。结果表明:半地转Q矢量诊断能力优越于准地转Q矢量。非地转Q矢量、湿Q矢量诊断能力明显优越于准地转Q矢量、半地转Q矢量。准地转Q矢量诊断能力最差;从定性的角度分析,非地转Q矢量与湿Q矢量诊断能力相差不大。但进一步定量分析发现,在整个梅雨锋暴雨过程中,湿Q矢量的诊断能力大于其他Q矢量;700hPa高度上各Q矢量的矢量、散度辐合区较其在850hPa和500hPa上对降水反映更好,尤其是700hPa湿Q矢量散度辐合区与降水区有非常好的对应关系。     

上海夏季海风锋及其触发对流的时空分布和环流背景分析

基于2011—2014年6—9月多普勒雷达、加密自动站和NCEP/NCAR再分析资料,对上海地区海风锋及其触发对流的时空分布和环流背景进行统计,得出主要结论:(1)近4 a来上海夏季海风锋登陆65次,其中海风锋触发对流19次。海风锋最早于09时登陆,平均持续时间为5.2 h。海风锋触发对流时段为13—15时,对流平均维持时间为2.5 h。海风锋触发对流多出现在市区、北部郊区和浦东新区,呈现强局地性;(2)根据海风锋登陆点将海风锋分成北支、南支和双支3种类型。海风锋类型与环境风向密切相关,环境风为东北风时形成南支海风锋,环境风为偏南风和西南风时形成北支海风锋,环境风为偏西风时形成双支海风锋。南支海风锋不易触发对流,这与其出现时上海的热力条件不如北支和双支海风锋出现时有关;(3)海风锋触发对流日的环流背景为:500 hPa副热带高压强盛,上海受副高控制;中低层西南风增温、增湿,促进层结不稳定;低层925 hPa为弱西风。海风锋触发对流日的大气可降水量和K指数显著大于无对流日,但与其它对流日无明显差异。      

城市阻碍效应对局地台风降水的影响

城市阻碍效应是城市化影响降水形成过程的可能物理机制之一,在于其改变了风场、风场辐合,甚至改变了天气系统本身,进而改变了湿度平流,最终影响城市降水的落区、强度。风速越大,城市阻碍效应越明显。现有关于下垫面对台风降水影响研究主要着重分析地形及地表状况对台风降水落区及强度的影响,但对作为下垫面因子之一的城市对台风降水的影响作用考虑明显不够。全面系统回顾国内外有关城市阻碍效应对降水影响研究进展,以及下垫面对台风降水影响研究进展。上海是我国城市化程度最高的城市,同时平均每年受到2～3个台风影响。已有研究关注到了城市阻碍效应对上海局地台风降水影响作用,但是,对于表征台风降水的城市阻碍效应还存在明显不足。最后具体给出了未来有关城市阻碍效应在上海局地台风降水研究中的应用思考。     

21世纪Q矢量在中国多种灾害性天气中应用研究的进展

伴随着Q矢量理论的完善与发展,人们也对Q矢量的分析方法开展了广泛的应用研究,不仅用于诊断分析研究暴雨、台风、暴雪、强对流及沙尘暴等多种灾害性天气的成因,同时在天气预报工作中也扮演着越来越重要的角色.对进入21世纪以来中国对Q矢量的应用研究工作进行全面、系统地回顾与总结,并对未来关于Q矢量的应用研究工作进行了讨论与展望.