基于不同分辨率和参数化方案的新疆区域数值模式性能初步评估

基于中尺度数值模式WRF,选取新疆两次强降水过程,设计3个试验方案,其中试验1为控制试验,试验2提高分辨率,试验3提高分辨率并调整物理参数化方案,初步评估不同分辨率和参数化方案对新疆区域2m温度、10m风速、降水预报的影响。结果表明:(1)提高分辨率对2m温度、10m风速模拟精度均有提高,2m温度预报精度提高约0.5℃,降低了日间温度模拟冷偏差;10m风速预报精度提高约0.5m/s,降低了风速模拟正偏差;但提高分辨率后,模式出现虚假降水预报的情况。(2)提高分辨率并调整物理参数化方案后,2m温度模拟误差略有减小,模拟偏差减小约0.2℃;10m风速模拟误差增大约0.5m/s,模拟偏差增大超过0.5m/s;对降水落区、量级的模拟精度显著提高,减小了降水中心的模拟强度,对虚假降水预报有一定修正。     

西安高陵人工林土壤干层与含水量季节变化研究

通过野外调查和室内测定,利用烘干称重法对高陵地区丰水年前后不同人工林下0~6 m土壤含水量及土壤水分的季节变化进行研究。结果表明,2002年高陵田家村中国梧桐林和杨树林下160~400 cm范围内均已发育了土壤干层。经过2003年丰水年充沛的降水补给,2004年高陵团庄槐树林、杏树林0~6 m土层均未出现土壤干层,说明水分在丰水年得到很好恢复。丰水年后梨、杏、槐三种人工林160~400、410~600 cm层位土壤含水量均显示春季最高,夏季次之,秋季降到最低或略微上升。     

数值天气预报业务模式现状与展望

基于新疆区域同化预报系统（简称“DOGRAFS”）,选取新疆伊犁河谷地区2016年7月31日—8月1日的强降水过程,利用常规观测资料和卫星微波辐射资料进行同化敏感试验,其中控制试验仅同化常规地面和探空资料,敏感试验在常规观测基础上分别增加微波温度（AMSU-A）、湿度（MHS）和温、湿度（AMSU-A、MHS）资料,并对2016年7月进行连续试验,以初步探究卫星微波温、湿度资料同化对新疆降水预报的影响。从关键要素增量的垂直和水平分布来看,仅同化AMSU-A资料与同时同化AMSU-A和MHS资料对初始场温度、位势高度和湿度的调整均比较显著,其低层温度和位势高度为正增量,中、高层为负增量,湿度场增量中心集中在800—600 hPa。而仅同化MHS资料对温度和位势高度的影响较小,对湿度场有所“微调”,但可更好地修正补充降水过程中的水汽信息。从降水预报和客观检验结果来看,同化AMSU-A资料总体为负效果;而同化MHS资料对于整个降水落区和大阈值降水的预报均有明显优势。

     

一个重构的153年热带太平洋次表层上卷海温资料

次表层上卷海温对改进ENSO(厄尔尼诺-南方涛动,El Ni o-Southern Oscillation)模拟水平及ENSO年代际变化均具有重要作用。利用一个中等复杂程度耦合模式(intermediate coupled model,简称ICM)和Nudging(张弛逼近)同化方法,重构了1856—2008年间热带太平洋地区的次表层上卷海温。统计检验表明,重构的次表层上卷海温与近50年的3种分析资料间具有较高的相关性和较小的均方根误差。此外,通过此重构的次表层上卷海温资料重新驱动ICM模式,模拟得到的海表温度距平(sea surface temperature anomaly,简称SSTA)可以真实地反映出ENSO的年际和年代际变化,表明此重构的次表层上卷海温资料可用于气候研究,特别是用于ENSO的大尺度低频变化或年代际气候变化研究。     

陕西咸阳人工林地土壤干层研究

根据咸阳庞西村苹果林地、梧桐林地和草地土壤含水量测定,研究了0~6m土壤含水量的变化和土壤干层特点与分布。结果显示, 咸阳人工林地从表层向下含水量呈现由高到低再到低的变化;10龄苹果林地2~4m深处土壤含水量平均为8.3%,12龄梧桐林2~4m深处土壤含水量平均为8.6%,均发育了明显的土壤干层;4龄苹果林下土层有干化显示,但无干层发育;草地土层含水量明显较苹果林地高,无土壤干化的显示。研究表明,土壤干层形成的具体原因一是降水量少决定的薄膜水带埋藏深度小,二是薄膜水的运移速度缓慢和含水量低。为保持人工林基本正常的生长和土壤水的正常运移,应避免严重的土壤干层出现。咸阳附近土壤干层的出现表明土壤干层在黄土高原广泛分布,该区的植被恢复首先应以疏林或森林草原为主,待土壤水分改善后再考虑恢复森林植被。     

三套再分析资料在青藏高原湖泊模拟研究中的适用性分析

湖泊模式为青藏高原湖-气相互作用研究提供了有效方法,而驱动数据对模拟结果影响显著,但目前用来驱动模式的再分析资料对高原不同地区湖泊的适用性依然不够清楚。利用野外观测数据、M ODIS地表温度数据和WRF耦合的一维湖泊模式,对比分析了中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集(简称ITPCAS)、ERA-Interim和NCEP/NCAR三套再分析资料在青藏高原地区纳木错、班公错和鄂陵湖三个不同深度湖泊的适用性,并对三套再分析资料的准确性进行了初步验证,进一步分析了不同校正方式后的再分析资料对模拟结果的影响。结果表明,用三套不同再分析资料作为模式驱动数据时,WRF耦合的一维湖泊模型均能够较好地模拟出高原湖泊表面温度的变化,但仍然与MODIS观测结果存在偏差。三套再分析资料中ITPCAS数据集的各气象要素与站点观测更为接近,ERA-Interim数据的向下长波和短波辐射比观测值偏大,NCEP/NCAR数据中的向下长波较观测值偏小而风速偏大。利用站点观测对再分析资料进行校正,ITPCAS数据进行全要素校正前后模拟结果差别不大,ERA-Interim和NCEP/NCAR进行全要素校正后模拟结果准确性显著提高;对于实地观测资料匮乏的地区,单独对ERA-Interim向下短波辐射数据进行校正以及同时对NCEP/NCAR气温和向下长波辐射数据进行校正均能优化湖表面温度的模拟结果。     

西宁地震台地磁数字化与模拟记录对比分析

西宁地震台FHD数字化核旋仪从2006年10月安装以来,一直与模拟仪器并行工作。二者采样率不同,所测的量也不相同。在对西宁地震台磁变仪的记录图纸进行数字化转换、生成分钟值的基础上,对FHD仪和磁变仪的观测结果进行对比分析。结果表明:数字FHD仪比三分量磁变仪更加准确地记录了当地地磁场的变化,数字仪器的观测资料明显优于模拟仪器。     

GPS卫星轨道精度对定位结果的影响

卫星轨道误差是影响定位精度的重要误差源,在轨道精度、表示方式和实时性等方面对广播星历、超快速星历、快速星历和精密星历进行了比较分析,得出广播星历与精密星历所提供的卫星轨道相差较大,超快速星历居中,快速星历轨道与精密轨道接近,在测量设备的高精度比对鉴定中,满足不同试验需求对卫星星历的选择提供了依据。     

WRF模式中不同土地利用数据对新疆一次高温天气模拟的影响

本研究在WRF(v3.8.1)中分别使用MODIS 21类和USGS 24类土地利用类型数据,模拟了新疆2017年7月9日的极端高温天气,并在对模拟温度进行了高度订正的基础上,对比了两种土地利用数据对2 m温度预报的影响。结果表明:(1)MODIS和USGS在新疆地区的土地利用差异主要在阿尔泰山、天山以及南疆西部的昆仑山北部海拔3000 m以上的高山带,相应地,使用USGS模拟的这些高山带2 m气温明显高于使用MODIS的模拟值,最高偏高12 K左右,是全疆范围内两者偏差的极大值。(2)就新疆区域而言,使用USGS模拟的2 m气温整体优于使用MODIS的模拟值,且USGS模拟的2 m温度整体低于MODIS模拟的2 m温度。两者与实况的偏差多在2 K以内。(3)在伊犁河谷,MODIS土地利用类型主要为"旱地/草地",USGS为"草地"和"农田/林地马赛克"。伊犁河谷代表站点2 m温度模拟多以高温偏低、低温偏高为主。(4)与MODIS相比,USGS中哈密地区"农田/林地马赛克"所占比重明显增大。哈密地区多数代表站点高、低温均以偏低为主。(5)站点温度的高度订正多以调低为主,调低幅度最大值为1.9 K,出现在伊犁河谷的尼勒克站。站点2 m温度的调整幅度整体上明显大于MODIS和USGS模拟2 m温度的差值,由此可见温度高度订正的必要性。     

2016年夏季DOGRAFS系统站点24h降水量级预报检验

随着精细化降水预报的要求和发展,模式对站点定量降水预报已成为天气预报业务的主要参考依据之一。本文对乌鲁木齐区域数值天气预报系统DOGRAFS v1.0在2016年夏季全疆105个站点的24h累积降水量的预报性能进行统计检验。结果表明：(1)除山区外,全疆晴天预报准确率达到85%以上,其中南疆盆地、吐鄯托盆地晴天预报准确率达到95%以上。(2)对于小雨出现较多的站点,预报准确率达到55%以上、部分站点达到70%,同时上述区域存在15%左右的报强率;对于降水较少的南疆盆地和吐鄯托盆地整体以漏报为主,漏报率在80%以上。(3)北疆大部分地区和南疆西部山区的中雨预报准确率整体在30%左右;中雨日数较多的中天山及其两侧预报准确率约60%,该区域也存在20%左右的报强率;其他地区预报降水较实况以偏弱为主。(4)大雨及以上量级降水,模式预报整体表现为偏弱,对于大降水出现较多的地区预报平均准确率为25-30%。