论文

• 祁连山夏季地形云结构和云微物理过程的模拟研究(I):模式云物理方案和地形云结构
• 刘卫国;刘奇俊
• 2007 Vol. 26 (1): 1-15. 
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• 对三维非静力中尺度模式ARPS的云降水微物理方案进行了改进,利用改进后的ARPS模式模拟了祁连山地区夏季的两个地形云个例,通过对各自模拟结果的对比分析并结合实况资料研究了夏季祁连山地区地形云的发展状况、动力场特征、降水特征以及云微物理结构特征。研究结果表明,地形云的发展受地形影响很大,地形的抬升促进了云和降水的发展,地形的作用也改变了地面降水特征,使云的宏、微观物理结构发生较大变化。

• 祁连山夏季地形云结构和云微物理过程的模拟研究(II):云微物理过程和地形影响
• 刘卫国;刘奇俊
• 2007 Vol. 26 (1): 16-29. 
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• 本文是祁连山夏季地形云结构和微物理过程模拟的第II部分。文中利用第I部分中祁连山夏季两个地形云降水个例的模拟结果,详细分析了地形云及其降水发展期间云微物理过程的特征及变化,并通过与平坦地面条件下模拟结果的对比,研究了云发展过程中的地形影响。研究表明,地形云中微物理过程的发展受地形影响很大,冰相微物理过程明显增强;地形影响下云的主要降水机制也受到影响甚至被改变。

• 陇中黄土高原植被覆盖和裸露下垫面地表通量和总体输送系数研究
• 王澄海;黄宝霞;杨兴国
• 2007 Vol. 26 (1): 30-38. 
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• 通过对陇中黄土高原地区地表观测资料的分析,研究了该地区地表能量收支各项的平均日变化、小麦不同生长阶段的热通量日变化、总体输送系数平均日变化及其与稳定度的关系。结果表明:该地区白天潜热通量在净辐射通量的分配中所占的份额最大,其次为感热通量,土壤热通量最小;随着小麦的生长,潜热通量在净辐射通量的分配中所占的份额增加,感热通量则呈下降趋势,波文比呈下降趋势;在10m高度处,在小麦地动量总体输送系数C_d的平均值为6.03×10^-3,感热总体输送系数C_h的平均值为3.40×10^-3;在裸地,动量总体输送系数C_d的平均值为5.18×10^-3,感热总体输送系数C_h的平均值为4.08×10^-3。在同一观测高度上,C_d小麦>C_d裸地,C_h小麦<Ch裸地。

• 青藏高原地面加热场强度与ENSO循环的关系
• 李栋梁;何金海;汤绪;雷小途;侯依玲
• 2007 Vol. 26 (1): 39-46. 
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• 分析了近50年青藏高原地面加热场强度距平指数、Niño C区海温指数、SOI和印缅槽指数的统计相关,结果表明,ENSO指数和印缅槽指数在月、季时间尺度上具有很好的持续性。青藏高原地面加热场强度距平指数和印缅槽指数与Niño C区海温指数存在很好的正相关,与SOI有显著的负相关。由此建立了一个通过印缅槽将ENSO循环与青藏高原地面加热场联系起来,解释西北区东部及河套干旱形成的概念模型。

• 三江源地区近50年降水变化分析
• 唐红玉;杨小丹;王希娟;史津梅;徐亮
• 2007 Vol. 26 (1): 47-54. 
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• 利用西北及三江源(黄河、金沙江及澜沧江)地区122个气象观测台站1956-2004年近50年的逐日降水量及月总降水量资料,分析了三江源地区降水变化特征。结果表明:近50年来三江源地区的年降水量呈减少趋势,减少幅度为6.73mm/10a;降水日数的趋势变化呈较为明显的减少趋势,递减率为2.7d/10a;平均降水强度总体呈弱的增强趋势,增强速率平均为0.20mm/d/10a,增强幅度比中国西北地区平均水平强;从4~9月最长无降水日数趋于增长反映出西北地区干旱化的趋势。

• 青藏高原云闪起始阶段放电特征分析
• 佘会莲;董万胜
• 2007 Vol. 26 (1): 55-61. 
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• 2003年夏季在青藏高原那曲地区进行了雷电综合观测试验,利用宽带干涉仪系统获取的闪电资料,根据辐射源定位结果和相应的电场变化对云闪放电起始阶段进行了分析,初步分析结果表明:雷暴过境时地面电场为正值的情况下,云闪放电多发生在中部负电荷区和下部正电荷区之间,上部正电荷区一般不参与放电。虽然不同的云闪会有不同的放电发展过程,但放电起始阶段具有相似的特征。云闪放电起始于中部负电荷区,在初始几十毫秒内,辐射源垂直向下发展,云内负流光向下发展速度约为1.14~1.72×10⁵m/s。在下部正电荷区内,闪电通道可以垂直发展,也可以水平发展。且发生在正电荷区的放电过程比较复杂,正电荷区辐射点比负电荷区要多。

• 一种诊断序列非均一性的新方法
• 黄嘉佑;李庆祥
• 2007 Vol. 26 (1): 62-66. 
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• 提出使用偏最小二乘回归方法进行序列非均一性和区域气候突变诊断的新方法。利用三峡地区16个测站夏季气温1951-2004年期间资料,用此方法对内江站与邻站气温进行分析研究,结果表明,该地气温在1970年代初和1980年代末出现明显的局地非均一性。

• 中国北方地区旱涝的年代际预测分析研究
• 王革丽;杨培才;王咏青;朱亚芬
• 2007 Vol. 26 (1): 67-74. 
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• 基于状态空间重构理论和嵌入定理,给出场时间序列预测模型的建立思路。与单点时间序列预测分析方法相比,场时间序列预测分析方法的优点在于,在寻找吸引子上某个相点的最邻近点及其映象以建立预测模型时,不局限于它自身的时间序列,而是在区域内所有相点的时间序列所构成的整个吸引子上寻找。这样,在一定程度上改进单点时间序列的"遍历性",以提高预测精度。在此基础上,利用中国北方地区534年旱涝等级资料,对中国北方几个区域年代际尺度的旱涝变化及其极端旱(涝)出现频率进行预测试验分析。

• 增长模叠加方式及其对集合预报初始扰动的影响
• 张立凤;于永锋
• 2007 Vol. 26 (1): 75-82. 
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• 用增长模繁殖法(BGM)有效地构造集合预报初始扰动的一个前提是,任两个扰动之间应尽可能的发散。本文从增长模发展和饱和的角度分析了增长模叠加方式与集合预报初始扰动"取样性"的关系,无论是从扰动形势演变得出的定性结论还是定量计算的结果都显示:在相同初始模的情况下,通过改变扰动叠加方式分别构造多个扰动样本的做法是近似等效的。用这种方法增加的集合样本从"取样性"的角度来看是没有多大意义的,更多的是在浪费有限的计算资源。构造多个初值的有效方法应该是从不同初始模出发进行增长模的繁殖。

• Mosaic方法在非均匀下垫面上的适用性研究
• 姜金华;胡非;李磊
• 2007 Vol. 26 (1): 83-91. 
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• 在非均匀下垫面情况下,Mosaic方法是目前国际上广泛运用于模式中计算地表通量的方法。大量的研究表明,下垫面的非均匀分布会引发局地环流,非均匀分布的空间尺度较大时,所引起的环流甚至可以达到海陆风的强度。这种环流的存在直接影响到次网格地表通量的计算。次网格地表非均匀分布,尤其是大尺度模式中的次网格非均匀分布,必将影响地表通量的计算。本文针对次网格地表非均匀问题,设计了高分辨率的Mosaic试验和非均匀试验,开展了不同背景风情况下的一系列数值试验,以探讨这种影响的程度。结果表明,在土壤湿度空间分布不均匀的情况下,运用Mosaic方法计算得到的地表潜热通量偏小,背景风较小的时候偏差较大,背景风增强时偏差减小。

• 城市小区规划对大气环境影响的评估研究
• 苗世光;王晓云;蒋维楣;奚文;季崇萍;刘凤辉;陈鲜艳
• 2007 Vol. 26 (1): 92-97. 
• 摘要 ( ) PDF (256KB) ( )
• 不同城市小区规划方案对大气环境的影响不同。本文在已建城市小区尺度气象和污染扩散模式的基础上,针对城市小区规划对气象及大气环境的影响,提出了一套以人为本的客观、科学、可操作的影响评估指标及方法,并以北京市某小区两种规划方案为例,具体评估了它们对气象及大气环境的不同影响。结果表明:由于第二种规划方案在小区中部有一条较宽的东西向道路,并且道路中绿化较多,这条道路是气流东西向流动的重要通道,道路附近风速较大、气温较低、污染较轻,并且对整个小区的气象和大气环境都有改善。由此可见,基于城市小区尺度模式,对城市小区规划对大气环境的影响进行评估是必要和可行的。本文提出的人体舒适度、行人舒适度、地面污染物浓度、最高建筑高度以下污染物浓度、建筑物表面污染物浓度及扩散能力等六项评估指标,并分别给予该6种指标的权重系数为0.2,0.1,0.1,0.1,0.1及0.4,然后再加权平均的评估方法是合理可行的。

• TRMM卫星探测青藏高原谷地的降水云结构个例分析
• 傅云飞;李宏图;自勇
• 2007 Vol. 26 (1): 98-106. 
• 摘要 ( ) PDF (1329KB) ( )
• 利用TRMM卫星测雨雷达探测反演的降水廓线、红外辐射温度、微波高频辐射亮温和闪电资料,并结合数字地形资料和NCEP再分析资料,分析研究了1999年5月4日13:05(UTC,下同)青藏高原东南部某山谷及附近地区(29.49°N~30.13°N,95.08°E~96.89°E)的降水云结构。结果表明,该降水云团为特殊地形强迫而引起的一强对流降水;强对流降水云团水平范围约20km,它自谷地向上呈"蘑菇"状向上水平展开;最大降水率位于谷中云体下部,超过100mm.h^-1;在谷地上方该强对流降水云团云体向下风方向延伸,形成下风方向大范围的弱降水。结果还表明,强对流降水云团中剧烈变化的地表降水率也反映在云团云顶红外辐射温度和云体微波辐射亮温的变化上。此外,虽然闪电附近云顶高度和云中的含冰量相差甚小,但闪电发生次数、持续时间和发出的辐射能量却十分不均。降水事件的天气背景分析表明,降水发生前13h内,高原500hPa一弱低压槽东移引起的大气低层辐合、中高层辐散及大气不稳定性增加,是此次降水事件发生的大气内在因素。

• 云微物理参数化对华北降雪影响的数值模拟
• 林文实;李江南;樊琦;吴池胜;古志明;孟金平;布和朝鲁
• 2007 Vol. 26 (1): 107-115. 
• 摘要 ( ) PDF (1277KB) ( )
• 对发生在华北地区的一次降雪过程进行了中尺度数值模拟。结果表明,高纬强冷空气南下和低纬倒槽的水汽输送是造成这次长时间降雪过程的主要原因。采用混合方案的中尺度数值模拟表明,这次降雪天气不是对流云造成的,而是稳定性的非对流云降雪。敏感性试验也表明,采用其他积云参数化方案对模拟的降雪量基本没有影响。控制试验模拟的24h降雪量与实际观测比较吻合。模拟结果表明,当采用Dudhia简单冰相方案时,会有过多的云冰、过冷却水及雪;当采用Reisner 1混合相方案时,会有过多的云冰和雪;修改的各个Reisner 2方案对此次降雪的预报改进不大,但各个Reisner 2方案的敏感性试验中云冰混合比、过冷却水混合比和雪混合比稍微有差异。

• 双线偏振雷达判别降水粒子类型技术及其检验
• 曹俊武;刘黎平
• 2007 Vol. 26 (1): 116-127. 
• 摘要 ( ) PDF (1469KB) ( )
• 在综合分析国内外降水粒子相态识别方法的基础上,结合我国双线偏振雷达的应用需求,建立了一套利用双线偏振雷达探测资料识别降水粒子类型的识别模式,并根据美国KOUN雷达观测资料对该模式进行了分析验证,同时检验了模式中的几个偏振参数:差分反射率因子Z_DR、差传播相移K_DP、水平偏振和垂直偏振回波功率零滞后互相关系数ρ_HV(0)对不同降水粒子的识别效果。通过分析认为:利用该识别模式得到的结果基本合理,可以反映降水区域内降水粒子的相态结构,但还需要对资料作进一步的研究。同时在识别各类降水粒子方面,Z_DR的效果要高于K_DP和ρ_HV(0),在缺乏相关资料的情况下可以考虑用Z_H和Z_DR配对识别的结果作为真实的结果。

• 椭球雨滴群旋转轴呈正态分布情况时雷达反射率因子的修正
• 吴莹;王振会;陈钟荣;胡方超
• 2007 Vol. 26 (1): 128-134. 
• 摘要 ( ) PDF (293KB) ( )
• 推导出了在云降水粒子群为小旋转椭球水滴群、椭球旋转轴呈正态分布、云降水粒子谱为M-P分布情况下的雷达气象方程,并且重新定义了相应的雷达反射率因子,确定了在用雷达测定非球形雨滴降水时的订正系数。为新一代多普勒天气雷达观测资料的雨滴形状和分布特征订正、提高降水测量精度提供了理论依据和方法。

• X波段双通道同时收发式多普勒偏振天气雷达
• 王致君;楚荣忠
• 2007 Vol. 26 (1): 135-140. 
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• 以我们研制的X波段多普勒偏振天气雷达为基础,介绍一种双通道同时收发式多普勒偏振雷达技术,并对其优缺点和应用问题进行讨论。这是一部真正意义上的多参数雷达,它可同时获取云和降水的强度信息(Z_H)、多普勒信息(平均径向速度V,谱宽W)和偏振信息(差反射率Z_DR,差传输相移Φ_DP及比相差K_DP和相关系数ρ_HV)。这些信息反映了云和降水粒子的范围、大小、运动变化和相态的不同,是全面了解云和降水特别是灾害性天气的形成机理及其微物理变化过程的较好工具。它可广泛用于大气物理研究、人工影响天气、暴洪监测和临近天气预报等领域,对于提高云和降水物理研究水平和提高防灾减灾能力都有重要意义。

• 近40年中国高空温度变化的初步分析
• 薛德强;谈哲敏;龚佃利;王兴堂
• 2007 Vol. 26 (1): 141-149. 
• 摘要 ( ) PDF (1391KB) ( )
• 为了了解高空气温的长期变化趋势,利用中国28个高空探空站1961-2000年间地面至高空10hPa的温度资料进行了统计分析,结果表明:从地面到高空200hPa最冷在1月,最热在7月;但是在最冷的100hPa层以上,其气温年变化位相相反,即1月最热,8月最冷;50hPa层以上温度的年变化不大。近40余年来,年平均气温变化趋势自地面至700hPa,绝大部分地区温度上升,尤其是地面增温最为显著,而西南地区有降温趋势;对流层上层至50hPa的平流层的温度在降低,尤其是50hPa降温最为显著。北半球的较强火山喷发对中国32°N以南的低纬与32°N以北的中高纬地区高空温度的影响不同。火山喷发后,低纬地区平流层第1~26个月温度均有不同程度增温,其中在第7~8个月增温最明显;在对流层以下,第6~11个月、第16~27个月出现2次明显降温时段,第1次降温最明显。中高纬地区平流层在第1~16个月、第20~29个月出现2段增温,第1段增温时间跨度长、强度大,第17~19个月出现了降温。在对流层以下第2~5个月、第14~18个月、第21~30个月出现3次明显降温时段,第3次降温持续时间长,整体降温强度较大。

• 近50年中国气温日较差的变化趋势分析
• 陈铁喜;陈星
• 2007 Vol. 26 (1): 150-157. 
• 摘要 ( ) PDF (330KB) ( )
• 利用近50年的气温观测资料,对中国地区的气温日较差的空间分布和时间序列变化特征进行了分析。同时分析了与日最高气温、最低气温以及平均气温时空分布之间的关系。结果发现,近50年来气温日较差呈下降趋势,其平均减小幅度为高纬度地区大于低纬度地区;不同地区及同一地区的DTR季节变化特征也不相同,我国北方多为冬季DTR下降最大,其次是春季和秋季,夏季最小。在黄淮和长江流域,以夏季和春季DTR下降最为显著。华南地区仍以冬季下降最大。气温日较差整体呈现下降趋势,中高纬度下降比低纬度明显。在相同纬度带上,由于地理状况的不同,变化趋势有所不同。同时,气温日较差的变化有明显的区域和季节性差异,特别在西部的青藏高原和新疆地区的DTR变化与东部地区的差异明显。

• 敦煌地区春季大气气溶胶粒子数浓度的分析
• 申彦波;沈志宝;杜明远
• 2007 Vol. 26 (1): 158-164. 
• 摘要 ( ) PDF (424KB) ( )
• 利用2002年春季在敦煌地区戈壁沙漠和绿洲农田观测的大气气溶胶粒子数浓度资料,分析了它与沙尘天气的关系、谱分布特征以及两种地表下粒子数浓度的差异。结果表明,不同天气条件下的大气气溶胶粒子数浓度有着不同的特征。在背景天气下,敦煌地区的大气气溶胶粒子数浓度通常在10⁴L^-1以下,其中以直径在0.5~1.0μm之间的极细颗粒为主,绿洲农田细粒子(直径<3.0μm)的数浓度高于戈壁沙漠,而较粗粒子(直径>3.0μm)则相反。当沙尘天气发生时,该地区的大气气溶胶粒子数浓度增大到10⁵L^-1以上,直径在1.0~3.0μm之间的细粒子变为其主要成分,戈壁沙漠4档的粒子数浓度均高于绿洲农田,3.0μm以上的较粗粒子两地的差异更大。

• 改进的湿Q矢量分析方法及梅雨锋暴雨形成机制
• 岳彩军;董美莹;寿绍文;姚秀萍
• 2007 Vol. 26 (1): 165-173. 
• 摘要 ( ) PDF (466KB) ( )
• 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。

• 浙江中北部前汛期一次大暴雨过程的数值模拟及诊断研究
• 薛根元;陈丽芳;诸晓明
• 2007 Vol. 26 (1): 176-186. 
• 摘要 ( ) PDF (1662KB) ( )
• 在对2004年5月底华南前汛期一次大暴雨过程中尺度数值模拟的基础上,研究了形成大暴雨的中小尺度系统演变的物理机制与环境场条件。结果表明:前汛期的锋面兼有温度和湿度梯度;东北至日本海有较深的冷槽,长江中游有低涡生成发展,并与暖切变相联,有利于中尺度系统不断生成;深厚的中低层辐合层和较高的无辐散层为飑线产生提供了有利的上升运动条件,与中空槽相伴的强风核处于槽底以西,槽前强辐合成为飑线产生的关键;除孟加拉湾主要提供暴雨产生的水汽外,西太平洋和南海也向华南至江南地区输送水汽;夏季风强盛和副高加强导致雨带位置偏北;暴雨前水汽场变化的信息要早于涡度、散度、垂直速度场。

• 长江中游一次中β低涡暴雨的数值模拟分析
• 廖移山;闵爱荣;李武阶
• 2007 Vol. 26 (1): 187-196. 
• 摘要 ( ) PDF (2297KB) ( )
• 利用AREM中尺度暴雨数值模式对2002年7月22~23日发生在长江中游的一次强暴雨过程进行了数值模拟分析,结果表明,模式对此次强暴雨过程的雨带分布及雨团活动的模拟是比较成功的。通过对强暴雨过程中β尺度低压和气旋发展的数值模拟,认为西南低空急流的发展变化是造成这次过程的重要原因,急流中心轴线向北、向上的推进加强了其北侧的风速梯度和切变,从而使涡度场发生剧烈变化,强正涡度柱的发展和维持最终导致了中β尺度低压和气旋自下而上的发展,并沿着切变线东移。雨团的移动路径更接近中β尺度低压的移动路径。

• 影响"05.06.25"长江流域暴雨的西南低涡特征
• 王晓芳;廖移山;闵爱荣;崔春光
• 2007 Vol. 26 (1): 197-205. 
• 摘要 ( ) PDF (1978KB) ( )
• 利用NCEP逐日再分析值资料,分析了影响2005年6月25日长江流域暴雨过程的西南低涡结构特征及其移动发展机制。结果表明:25日移出川东影响长江中游的西南低涡是一个显著不对称的斜压系统,其发展过程中始终伴随着强盛的西南低空急流;低涡移动过程中非地转平衡性很强,高层正涡度平流和低层暖平流的共同作用,是低涡移动过程中周围大气维持较大的非热成风涡度,从而造成低涡区域上空强上升运动的重要原因。

• 高原低涡东移出高原的平均环流场分析
• 高文良;郁淑华
• 2007 Vol. 26 (1): 206-212. 
• 摘要 ( ) PDF (1658KB) ( )
• 利用美国国家环境预测中心(NCEP)再分析资料,挑选出1998-2004年夏季高原涡移出高原多、少的年、月对它们的环流场进行对比分析。对比分析指出,6~8月是高原涡最易移出的月;当500hPa孟湾季风槽偏北,或西太副高明显西伸,高原东部有切变线活动;当200hPa南亚高压东伸明显,高原东部为南亚高压脊前西北气流控制时,有利于高原涡东移出高原。为高原低涡暴雨预报的气候背景提供了科学依据。