摘要:首次将MSG-2(Meteosat Second Generation-2)卫星上的旋转增强可见光及红外成像仪(Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager,SEVIRI)的观测资料同化到美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)全球资料同化系统(global data assimilation system,GDAS)中。对当前的地球静止业务环境卫星(Geostationary Operational Environmental Satellite,GOES)成像仪资料的同化问题也进行了进一步探讨。利用CRTM(The Community Radiative Transfer Model)模式,对SEVIRI辐射率观测资料进行了模拟。为了对红外辐射率资料进行模拟,CRTM模式中的几个关键部分得到改进,例如:动态更新地面发射率资料以及采用了快速精确的气体吸收模块。为了改进对SEVIRI和GOES成像仪辐射率资料的模拟效果,采用了GSICS(The Global Space-Based Inter-Calibration System)标定订正。初步研究结果表明,包含对SEVIRI辐射率资料的水汽通道(6.25和7.35 μm)和二氧化碳通道(13.40 μm)的同化对GFS(Global Forecast System)6 d预报具有显著的正影响;而对其他5个SEVIRI红外窗口通道资料的同化则减小了这种正影响。通过应用GSICS标定算法,订正了SEVIRI和GOES-12成像仪观测资料的偏差,提高了对GFS预报的影响。此外,还需作进一步研究来提高对SEVIRI红外窗口通道辐射率资料同化的有效性。

摘要:利用LAPS(local analysis and prediction system)同化系统融合多种观测资料,对2010年8月25日发生在上海的一次强对流天气过程进行中尺度分析。结果表明,这次强对流天气主要是由中、低空中尺度辐合系统直接触发形成的。强对流形成阶段,地面有分散辐合形成并逐渐加强,成为触发中尺度垂直环流的主要机制,垂直结构上出现低层辐合高层辐散的有利配置,风暴中心附近出现明显的上升气流区,中高层相对湿度显著增加。成熟阶段,强对流云体中心附近的对流层底层开始出现下沉气流,上升气流在其拖曳作用下明显倾斜。衰减阶段,下沉气流加强使中尺度环流动力结构和水汽供应受到破坏,垂直结构上转为底层辐散高层辐合。因此,与天气尺度分析相比,基于LAPS的中尺度分析能更深刻地揭示中小尺度系统的三维结构和时空演变特征。

摘要:利用美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,简称NOAA)的逐日对外长波辐射(outgoing longwave radiation,简称OLR)场资料,欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasting,简称ECMWF)逐日风场(850 hPa)资料,以及美国联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center,简称JTWC)的热带气旋(tropical cyclone,简称TC)数据,参考Wheeler and Hendon(2004)提出的季节内振荡(Madden-Julian oscillation,简称MJO)指数,通过多元EOF方法定义热带准双周振荡(quasi-biweekly oscillation,简称QBW)指数,诊断分析了西北太平洋地区QBW不同位相对于TC路径的影响。结果表明,TC主要生成在QBW对流湿位相中,集中位置随QBW向西北的传播而向西北移动。在QBW位相phase1中,南海上空盛行QBW反气旋性环流,西太副高西伸,其西南侧偏东南气流受QBW反气旋性环流东北侧气流抑制,生成在副高南侧的TC首先在副高南侧偏东气流的引导下移动至近海,在西南季风以及副高西侧偏南气流作用下顺时针北折,因此在140°E以西转折类路径的TC比例最高;而在phase3中,西太副高偏东,南海上空盛行QBW气旋性环流,西太副高西南侧气流强度受QBW气旋东北侧气流影响增强,季风槽偏东,140°E以东转折类的TC比例最高。本文还对TC个例中的QBW流场形势进行了分析,发现当QBW气旋或反气旋环流中心同TC中心一致时,热带气旋路径会发生突然的右折。

摘要:利用全球闪电定位网(World Wide Lightning Location Network,WWLLN)获取的闪电定位资料和中国气象局上海台风所提供的台风路径数据,统计分析了2005-2010年在西太平洋洋面上发生的55次台风过程中闪电活动特征及闪电频数与最大风速的相关性。结果表明,在西太平洋地区台风系统中发生的闪电大致有3个高发区,分别位于距台风中心20~40 km的云墙区、280~340 km与 440~580 km的外云带中。台风中心出现最大风速的时刻往往滞后于闪电频数峰值出现时刻,滞后时间一般在0~24 h内,平均滞后时间为26.6 h。因此,台风中闪电活动的频繁程度对24 h内的台风强度发展具有一定的指示意义。

摘要:利用全球大气环流模式NCAR CAM3进行了在给定的观测海温条件下的22 a(1979-2000年)5-8月的2组集合试验。运用方差分析方法,分析了在气候态和年际变化的表层土壤湿度情况下,CAM3模式模拟的东亚夏季气候潜在可预报性及其差异。结果表明:在给定的观测海温条件下,采用气候态的土壤湿度时,CAM3模式模拟的东亚夏季气候的潜在可预报性偏低;而采用年际变化的土壤湿度时,模拟的夏季气候潜在可预报性有所提高,尤其是在中国西北地区;后者模拟的中国西北地区夏季降水和气温的潜在可预报性比前者的模拟结果提高0.1以上。其原因可能是:采用年际变化的土壤湿度时,模式可以更好地模拟出中国西北地区的地表蒸发量和湍流热通量的年际变化,进而使得模式对该地区夏季气候的预报技巧得到提高。

摘要:利用NCEP/NCAR、ERA-40再分析资料和中国160站盛夏(7、8月)降水资料,使用相关分析、合成分析等方法,分析了马斯克林高压(马高)与华北盛夏降水的年际关系及其年代际变化。结果表明:马高与华北盛夏降水在年际时间尺度上存在显著的负相关关系,这种显著的负相关关系从1974年以后开始减弱。在强关系阶段(1951-1973年),马高与中国东部盛夏降水的显著负相关中心主要位于华北地区;在弱关系阶段(1974-2011年),马高与华北盛夏降水的负相关关系变弱,与长江中下游地区的正相关关系变强。导致马高与华北盛夏降水年际关系发生年代际变化的原因是:中国东部地区(不)受来自马高的异常偏南气流影响,使得华北盛夏降水偏多(少),两者关系偏强(弱)。马高与华北盛夏降水年际关系发生的年代际变化,是中国东部地区从20世纪70年代中期以后出现"南涝北旱"的原因之一。

摘要:根据1979-2008年青藏高原地区14个探空站对流层顶气压资料以及同期各标准等压面上的温度资料,分析了不同季节高原上空两类对流层顶高度与高空各层温度之间的关系;在此基础上,结合同期的NCEP/NCAR月平均再分析资料以及NASA提供的TOMS/SBUV月平均臭氧总量资料,分别讨论了高原上升运动以及高原臭氧总量与对流层顶高度的耦合关系。结果表明:高原第一(二)对流层顶高度全年处在300~200 hPa(100 hPa附近)高度,在季节变化、年际变化以及长期变化趋势上,两类对流层顶高度与各自对应高度层上的温度存在着密切的反相变化关系,当对流层顶高度偏高(低)时,相应高度上的温度偏低(高)。上升运动有助于两类对流层顶高度的抬升,尤其是当高空200(100) hPa附近有上升运动时,有利于第一(二)对流层顶高度抬升。各季节高原臭氧总量与第二对流层顶高度均呈显著的负相关关系,当臭氧含量减少(增加)时,该对流层顶高度将偏高(偏低),近年来伴随着高原臭氧总量的减少,高原第二对流层顶高度出现了明显的抬升。

摘要:利用华北地区62个气象站1961-2008年冬季日平均气温资料和NCEP/NCAR再分析资料,运用经验正交函数分解(empirical orthogonal function,EOF)、旋转经验正交函数分解(rotated empirical orthogonal function,REOF)、Morlet小波和合成分析等方法,分析了华北地区负积温变化特征及同期环流背景场的变化特征。结果表明,1)华北负积温具有全区一致性增加的特点,其中山西北部增加明显。2)由于华北地区东部和西部负积温增长幅度不同,可将华北地区分为2个区域。两区负积温均有突变,其中Ⅰ区负积温的突变年份为1988年,Ⅱ区负积温的突变年份为1986年,Ⅰ区负积温存在3~6 a周期振荡,Ⅱ区负积温存在2~4 a周期振荡。3)北半球冬季环流场的变化与华北负积温异常有一定相关关系。合成分析的结果表明,在近地面层,偏冷年西伯利亚高压偏强,华北冬季偏冷,负积温绝对值偏大;在对流层中层,东亚大槽及乌拉尔山高压脊为主要影响系统,东亚大槽较深、乌拉尔山脊偏强,冷空气活动偏强;偏暖年则反之。

摘要:以中尺度非静力WRF模式的格点预报结果作为云模式的初值集合,经云模式的多初值雷暴预报及预报结果的集合分析,建立了雷暴云的集合预报方法。将该方法应用于南京周边地区未来一天雷暴天气的特征预报,并利用南京夏季9个雷暴天气的多普勒雷达资料(SCIT,storm cell identification and tracking)进行预报效果的检验。结果表明,雷暴云的集合预报对研究区域内未来一天雷暴强度、分布预报效果较好,尤其对强雷暴的分布有较强的预警预测能力。此外,雷暴持续时间概率密度分布的集合预报产品,在雷暴影响范围概率预报上的应用,提高了雷达对雷暴的预警监测能力。

摘要:利用倾斜涡度发展(slantwise vorticity development,SVD)理论,对 2008年6月中旬华南地区持续性暴雨进行了动力学机制的诊断分析,讨论了低空急流(low level jet,LLJ)在低涡发展过程中起的作用,同时利用MM5数值模式对暴雨过程进行了验证并对模拟结果进行了进一步分析。结果表明,高原低涡的发展是前期广西地区降水的主要动力因素,由于湿等熵面相对地形倾斜,且气块沿等熵面有相对运动,同时满足热力学参数C_M<0的条件,使得SVD发生作用,导致低涡移出高原后得到进一步发展;而LLJ的增强改变了大气斜压性,是后期低涡继续东移发展,并造成广东地区持续性暴雨的重要原因。数值模拟控制试验结果很好地反映了这次低涡降水的发展过程。敏感性试验结果初步表明,LLJ改变了低层大气稳定度和风的垂直切变,即大气斜压性增强,从而促进了中尺度低涡的进一步发展。

摘要:将2001-2008年分为沙尘天气相对多年和相对少年,计算兰州市春季逐日4个时次的4 d气团后向轨迹。通过聚类分析得到春季到达兰州市区的主要气团轨迹组,结合可吸入颗粒物PM₁₀日均质量浓度资料,通过计算潜在源贡献因子PSCF(potential source contribution function)和浓度权重轨迹CWT(concentration-weighted trajectory),得到影响兰州市春季PM₁₀质量浓度的潜在源区以及不同源区对兰州市春季PM₁₀质量浓度贡献的差异。结果表明,在沙尘天气相对多年,西路径和西北路径发生比例最高,分别占总轨迹的33%和19.4%,其中有50%以上为污染轨迹,是造成兰州市春季高质量浓度PM₁₀污染的主要输送路径。沙尘天气相对少年的主要输送路径是西路径,其次是北路径,分别占23.6%和18%。影响兰州市春季大气PM₁₀质量浓度的潜在源区分布在新疆塔里木盆地、吐鲁番盆地、青海柴达木盆地、甘肃河西走廊、内蒙古中部和西部的沙漠戈壁地区。

摘要:采用田间遮光试验模拟不同程度太阳辐射减弱,在大田中设置85%、80%、60%、40%、0%的遮光梯度种植冬小麦,观测了冬小麦生长发育进程的变化,对冬小麦不同生育期土壤过氧化氢酶、转化酶、脲酶的活性和土壤速效磷、钾、铁、锰进行了研究。结果显示,不同程度的遮光都延迟了冬小麦的生育进程,太阳辐射减弱程度越大,物候延迟越显著。遮光60%、80%的处理促进了小麦近根区和远根区过氧化氢酶的活性。各遮光处理均降低了土壤脲酶活性和生育后期土壤转化酶活性,遮光80%时最为显著地降低了土壤转化酶活性。太阳辐射减弱降低了近根区土壤速效钾、铁、锰含量,随着遮光程度的增加呈CK>40%>60%>80%的趋势。

摘要:利用西藏羊八井2009年5月至2010年4月的辐射观测数据,统计了总辐射、紫外辐射、长波辐射、净辐射的日变化、月变化和季节变化,并分析了地表辐射超过太阳常数的发生频率及原因。结果表明,羊八井地区总辐射、紫外辐射、长波辐射、净辐射均表现出明显的日变化、月变化和季节变化特征;总辐射与地表短波反射辐射、总辐射与紫外辐射均表现出明显的正相关关系;大气逆辐射和地表长波辐射之间呈现出一定的的正相关关系。

摘要:提出一种基于图割模型的卫星云图云检测方法。利用FY-2C卫星云图的长波红外通道和可见光通道的云图提取了10个灰度特征和80个Gabor纹理特征,再用主成分分析方法(principal component analysis,PCA)降维到9个主成分。将这9个主成分构成的特征作为每个像素的特征,建立相似度矩阵,再利用改进的Normalized Cuts模型进行分割,将云图分成了晴空区域和有云区域。与地面观测结果相比,平均一致率达到86.51%,表明将Gabor纹理特征和灰度特征相结合并利用改进的Normalized Cuts模型对卫星云图云检测有比较好的效果。

摘要:黑子面积数是表征太阳活动的重要物理量,准确预测黑子面积能为太阳活动研究、空间天气业务等提供重要参考依据。本文提出一种基于BP神经网络的黑子面积平滑月均值预测方法,利用第20个太阳周之前的数据对网络进行训练,建立预测模型。对第21个太阳周至今的数据进行预测试验,并考虑不同训练步长、预测步长对模型精度的影响。结果表明,该模型能准确逐月预测黑子面积,采用不同训练步长时相对误差均不超过5%,进行更长时间的预测,相对误差会逐渐增大。