摘要:当数值预报模式的分辨率得到提高时,模式中扩散系数的数值大小必然随之改变。通常情况下,一方面,扩散系数的数值应足够大(即有下限值),以便过滤掉模式中不想要的小尺度噪音;另一方面,扩散系数的数值应尽量小(即有上限值),以免出现计算不稳定。本文提出一种确定高分辨率模式中扩散系数数值大小的客观方法,即"双试验"(twin experiment)同化方法(初始低分辨率模式的预报结果作为"观测资料",新的高分辨率模式作为同化模式),从而通过伴随变分同化方法来确定控制变量(即扩散系数)的数值大小。本文采用一维浅水模式测试和描述上述试验方案。通过低分辨率模式预报结果和高分辨率模式预报结果的比较(高、低分辨率模式预报结果的比较在低分辨率模式格点上进行),采用最小二乘法可客观求得适用于高分辨率模式的扩散系数的"最优"值。数值试验结果表明,采用这种方法得到的高分辨率模式的扩散系数,不仅能过滤掉模式中不想要的小尺度噪音,而且能够避免出现计算不稳定。研究还指出,当扩散系数的大小略微超过其上限值时(这种情况在极小化迭代中有可能会出现),计算不稳定的出现将使目标函数的数值迅速增加,并导致极小化程序收敛的失败;时间步长的减小(约20%)可以...

摘要:利用IPCCAR4中8个气候系统模式的环流、对流和降水资料,结合实际的观测及再分析资料,从年际尺度上比较分析了这些气候系统模式对夏季西太平洋副热带高压南北位置、暖池对流和江淮降水关系的模拟能力,结果表明在西太平洋副热带高压随纬度分布的模拟中,经向分辨率高的模式存在一定的优势。在夏季西太平洋副热带高压的南北位置、暖池对流和江淮降水关系的模拟上,GFDL-CM2.1能合理地表征三者之间的关系;在影响东亚夏季风年际变化的东亚太平洋遥相关型的模拟上,GFDL-CM2.1和ECHAM5_MPI/OM能够较好地模拟出其特征,其中前者模拟结果要明显好于后者。同时利用GFDL-CM2.1在SRES A1B情景下的试验结果,EAP(East Asia/Pacific)指数与中国东部降水的变化关系得出,随着大气中二氧化碳浓度增加,在21世纪前期,江淮偏旱的概率较高;21世纪后期,江淮降水可能偏多。

摘要:利用多尺度空气质量模式系统(Models-3/CMAQ)对2002年12月1—3日北京及周边地区发生的一次大雾天气进行数值模拟,分析了大雾天气下PM2.5二次无机粒子的演变及其影响。结果表明,白天相对湿度降低,雾滴蒸发脱水后PM2.5二次无机粒子会悬浮在大气中;夜间在水汽凝结成雾滴的过程中,大量的PM2.5二次无机粒子提供了充足的凝结核,促进大雾天气的进一步发展。午后PM2.5二次无机粒子积聚及较高的相对湿度是造成北京及周边地区低能见度的重要原因,并推断该区域很可能是霾天气。

摘要:利用NCAR/NCEP再分析资料,通过相关分析方法分析了多种可以表征东亚冬季风活动的气象要素指数的相关性特征,选取地面温度、海平面海陆气压差和500hPa高度3个要素,综合定义了一个东亚冬季风指数。结果表明,该指数表征的东亚冬季风有明显的QTO和QFO周期振荡特征,这一特征与冬季风年代际背景有关,强冬季风年代背景下的振荡比弱冬季风年代背景下的振荡显著,同时该指数能很好地表征东亚冬季风活动的各个方面。对强弱冬季风年的大气环流的结构及其相应的低纬度对流活动、海洋和高低层大气热力状况的分析表明,强弱冬季风活动不仅表现在中高纬度高低层大气环流变化的差异,在局地Hadley环流和赤道附近Walker环流、低纬度对流活动、海洋和大气的热力状况的变化方面也表现出了显著的差异。

摘要:利用中国740台站资料分析了长江上游流域近50a来降水和气温的变化。结果表明,年降水量在20世纪50年代和60年代总体偏多,90年代后在上游的中部和东北部偏少;年平均气温自80年代中期以来呈现增加的趋势,特别是在上游西北部升温更加明显。在各季节中,区域平均的降水量在秋季有明显减少的趋势,区域平均的气温在冬季的增温更加显著。长江上游降水强度也存在年代际变化,区域平均的弱降水天数和中等强度降水天数都呈现减少的趋势。1982—2001年的归一化植被指数(INDV)数据显示,在上游的东部区域,植被有明显的退化;在西部区域,植被活动性有所增加。INDV与同期气候变化的相关关系表明,植被覆盖与降水量基本不相关,6—8月平均的INDV与同期的气温有明显的正相关,即气温的升高有利于植被的生长。

摘要:利用耗散结构理论的相关知识,从非平衡态理论的熵密度平衡方程出发,计算了2004年6月23日发生在湖南西部和北部地区暴雨发生前24h至暴雨结束前12h每隔6h对流层中低层的熵变场。通过对各个不同时刻的熵变场的分析与比较,讨论了熵场变化与暴雨区域、强度及其演变之间的关系,为暴雨强度和落区预报提供了参考指标。

摘要:介绍了一种适合格点模式的三维变分同化方案,并应用于中国科学院大气物理研究所的9层大气环流格点模式(IAP9L2°×2.5°-AGCM)中。同化方案考虑质量场和风场的动力约束关系,并通过变量变换将模式变量转化为互不相关的控制变量:流函数、非平衡速度势、非平衡位势和比湿;同时采用共轭梯度法求解代价函数避免了直接计算背景误差协方差矩阵逆的困难。通过理想试验、模式连续同化积分试验以及对东亚地区特殊寒潮天气的同化试验,结果表明:该系统能够正确反应多变量之间的相互关系,并且长时间运行稳定,更重要的是同化不仅可以明显改善直接参与同化的物理量,而且经过模式的动力调整也改善了未参与同化的物理量(如海平面气压、近地面气温、降水等),这为大气的持续性信息存储于陆面物理量提供了可能,从而可为IAP9L2°×2.5°-AGCM提供陆—气相协调的初始场

摘要:基于NCEP/NCAR再分析资料研究了南半球冬季双西风急流现象,指出它发生在600～100hPa的南太平洋上空,其中副热带急流中心位于27.5°S,且在200hPa层风速达到极大值;高纬度急流中心位于60°S,风速随高度增加而增加。在此基础上,利用IAP 9L AGCM(大气物理研究所9层大气环流模式)对双西风急流现象进行了数值模拟。结果表明,该模式很好地再现了双西风急流现象,并成功地模拟出副热带急流的位置、强度以及最大风速的垂直中心层次。对极区急流强度的模拟也比较接近实况,但位置偏南。但模式对40～50°S之间南太平洋风速极小值中心强度的模拟略低于再分析资料。此外,模式对平流层上层单急流位置的模拟与观测结果有较大差异。

摘要:利用1951—2000年中国160个台站降水资料和1958—2002年欧洲中心的ERA-40再分析资料,分析了华北地区夏季降水和对应大气环流的变化特征。结果表明:华北地区夏季降水自20世纪70年代中后期开始明显减少,出现持续性干旱;华北地区上空的暖高压、鄂霍次克海地区的高压脊和西太平洋副热带高压是控制华北地区的主要环流系统。当华北地区降水偏少时,华北地区上空700hPa出现反气旋型环流异常,华北地区上空出现明显偏北风异常,且下沉气流加强,水汽出现辐散,200hPa高度上西风带偏南且减弱;反之,当华北地区降水偏多时,华北地区上空700hPa出现气旋型环流异常,并出现偏南风异常,上升气流加强,水汽输送辐合,200hPa上西风异常偏北加强。

摘要:利用NCEP/NCAR逐日风场及英国气象局逐月海表温度资料,研究了对流层高低层风场季内振荡强度季节变化特征,探讨了其年际及年代际异常特征与海表温度异常的关系。热带印度洋、热带西太平洋是高低层风场季内振荡终年均活跃的区域。对流层高低层风场季内振荡强度异常与海表温度异常均不存在确定的局地关系。风场季内振荡能量异常与海表温度异常在年代际尺度上具有良好对应关系,20世纪70年代中后期以来,赤道东太平洋海温异常升高,Walker环流减弱,导致亚洲区域季风季内振荡强度减弱,赤道太平洋区域200hPa(850hPa)风场季内振荡在赤道东太平洋增强(减弱),在印度洋东南部—印尼—中西太平洋的暖池区域减弱(增强),促进了ElNino事件的增强。对流层高低层风场季内振荡强度年际异常与ElNino事件关系密切,这一特征在低层(850hPa)风场表现更显著。在事件发展初期,热带中西太平洋区域850hPa风场季内振荡异常增强并东移,事件发生之后这些区域能量减弱。大气季内振荡可能是ElNino事件的激发因素。

摘要:采用NCEP/NCAR再分析资料、NOAA再分析全球海温和中国国家气候中心整理的160站降水量资料,在回顾2007年夏季中国降水分布及其趋势预测的基础上,探讨了2007年夏季降水异常的可能原因。2007年前期对热带太平洋海温、东亚季风、西太平洋副热带高压等主要物理因子冬夏演变的分析接近实况,但主要多雨带位置仍比预测的偏南。夏季亚洲中纬度大陆高压异常维持可能是造成2007年夏季主要多雨带比预期偏南的主要原因。

摘要:利用中尺度非静力MM5模式研究不同初始扰动(误差)对2003年7月4—5日发生在江淮流域的一次梅雨锋暴雨数值预报不确定性的影响,并着重分析了提前36h定量降水的可预报性。结果表明,利用常规观测资料和NCEP/NCAR分析资料形成初始场的控制试验能够提前36h做出较好的模拟。扰动温度场的敏感性试验表明,扰动温度的均方差愈大,降水预报不确定性也愈大。误差演变特征和增长机制分析表明,误差增长具有升尺度特征,误差首先在对流层低层和高层增长,然后大值区向对流层中层扩展;湿降水过程是对流层中低层误差增长的主要机制;对流层高层的误差增长是大气干动力与湿过程共同作用的结果,前期以干过程为主,后期以湿过程为主。

摘要:利用南京市2002—2006年大气监测资料,分析了南京市大气中SO2、NO2、PM10年变化趋势及月季规律,评价了南京市空气质量状况。结果表明:5a来,SO2质量浓度呈显著上升趋势,NO2质量浓度缓慢上升,PM10质量浓度明显下降;南京市首要污染物是PM10,SO2、NO2污染较轻;3种污染物质量浓度均以夏季最低。进一步研究不同气象条件下污染物质量浓度发现,污染物质量浓度与风速反相关,且东南风时浓度最高;降水对污染物有清除作用;雾、霾天气下污染加剧;气象能见度与PM10、NO2的质量浓度反相关;污染物有明显的"周末效应",周末质量浓度值较低。

摘要:北大西洋年代际振荡(theAtlantic Multidecadal Oscillation,AMO)是发生在北大西洋区域空间上具有海盆尺度、时间上具有多十年尺度的海表温度(sea surface temperature,SST)准周期性暖冷异常变化。它具有65～80a周期,振幅为0.4℃。AMO的形成与热盐环流的准周期性振荡有关,它是气候系统的一种自然变率。诸多研究表明,AMO在北大西洋局地气候及全球其他区域气候演变中发挥了重要影响。欧亚大陆的表面气温,美国大陆、巴西东北部、西非以及南亚的降水,北大西洋飓风等都与之密切相关。AMO对东亚季风气候的年代际变化有显著的调制作用,暖位相AMO增强东亚夏季风,减弱冬季风,冷位相则相反。本文总结了这方面的研究进展,讨论了AMO对未来气候预测的意义,认为最近20多年来我国冬季的显著增暖与AMO处于暖位相有关,是人类温室气体强迫与暖位相AMO(自然因子)两种增暖影响相叠加的结果。随着AMO逐渐转入冷位相,我国冬季变暖趋势将放慢,并有望于21世纪20年代中期逆转。