摘要:

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摘要:在BP(back propagation)人工神经网络方法的基础上,考虑到历史资料的个体差异及其年代际变化会影响到样本均值,由此使得中国东部夏季雨型模拟和预测效果产生差异,故引入交叉检验及集合预报思想,以改进人工神经网络独立预报方法。在利用不同历史样本资料建立人工神经网络模型,并进行交叉检验的同时,对预测年的雨型进行预测,可获得预测年的多次预测结果。该方法在中国东部夏季四类雨型的试验预报中表现出较好效果。

摘要:介绍了"扰动热力切变平流参数"的概念,并基于此概念及波流相互作用的理论,对登陆台风"凤凰"2008年7月27日00:00—31日00:00(世界时)的暴雨过程进行了诊断分析。通过采用ARPS模式的资料,对波作用密度M和波作用通量散度▽·F进行计算,分析其与6 h累积地面降水的关系。结果表明,波作用密度的异常值区始终覆盖观测雨区,二者在水平分布和时间演变趋势上比较相似,该波作用密度能够比较准确地综合表征强降水系统典型的动力场和热力场扰动的垂直结构,因而与降水系统的发生演变密切相关,其正高值区与观测的6 h累积地面降水具有良好的对应关系。同时对波作用通量散度▽·F的分析表明,在登陆台风引发的暴雨过程中,非地转风位涡扰动和一阶扰动平流与动力场和热力场扰动梯度耦合项是影响扰动热力切变平流异常变化的主要强迫项。进一步分析表明扰动与基本态的交换主要是扰动热量平流交换,而扰动动量平流交换非常弱。

摘要:利用GODAS逐月混合层深度(mixed layer depth,MLD)资料和中国160站逐月降水资料,分析了北太平洋MLD多年平均气候及异常特征,进一步研究了其对中国夏季降水年际异常的影响。结果表明:1)北太平洋30～40°N之间混合层最深,冬、春季明显大于夏、秋季。2)日期线附近的北太平洋中部海域是各季MLD年际异常共同最显著区域;仅夏季MLD年际异常与ENSO存在一定关系;秋、冬和春季MLD还存在明显年代际异常特征。3)当前冬北太平洋西部及中部MLD加深时,次年黄河下游部分地区、黄淮、江淮及长江以南大部分地区(广西南部除外)降水将偏少;河套地区、内蒙东部及东北大部降水可能偏多。

摘要:利用华南地区63个气象站1961—2007年的降水和气温资料,采用月干湿气候指数计算华南各月的干湿状态,其结果可以明显区分华南地区的干湿季。通过趋势分析、EOF(the empirical orthogonal function,自然正交函数分解)分析、合成分析等方法分析了近50 a华南地区干湿状态时空特征。趋势分析结果表明:华南地区2—3月、5月和7—8月明显变湿,而4月、9—12月显著变干,1月和6月变化趋势不明显,即华南地区的秋季旱情在过去50 a有加重的趋势,而春季旱情有所缓解,夏季洪涝则加重。EOF分析表明,华南地区东、西部干湿状态的时间演变位相相反。背景特征分析表明,华南地区干湿状态主要影响因子可能为海气相互作用过程和陆气相互作用过程。

摘要:基于全国自动站观测降水量和CMORPH(CPC MORPHing technique)卫星反演降水资料,采用PDF(probability density function)和OI(optimal interpolation)两步融合方法生成了中国区域1 h、0.1°×0.1°分辨率的降水量融合产品。本文分别从产品误差的时空分布特征、不同降水量级和不同累积时间下的产品质量、三种站网密度下的融合效果以及对强降水过程监测能力等方面对比评估了融合降水产品质量。结果表明,融合降水产品有效利用了地面观测和卫星反演降水各自的优势,在降水量值和空间分布上均更为合理;融合产品平均偏差和均方根误差均减小,随时间的变化幅度不大且区域性分布特征减弱;融合产品与融合前的卫星反演降水产品相比在中雨(1.0～2.5 mm/h)、中到大雨(1.0～8.0 mm/h)、暴雨及以上(≥8.0 mm/h)的相对误差分别为-1.675%、小于15.0%、30.0%左右,且随着累积时间的增加,产品质量进一步提高;该产品能准确抓住强降水过程,在定量监测强降水中具有优势。

摘要:利用常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料、自动气象站加密观测及多普勒雷达资料,对2006年4月28日和2009年6月14日发生在江苏及周边地区的两次典型飑线过程进行了对比分析。结果表明,两次过程发生前期,对流层低层伴有明显的暖平流,中高层出现冷平流,促进了该地区大气层结不稳定的形成和发展;在飑线移动发展过程中,地面风场中对应一条清晰的辐合线,对飑线的触发和维持起着重要的作用。两次过程中环境场的热动力结构存在明显差异:就热力条件而言,前者发生在春季,冷空气势力依然较强,对流层低层的暖平流是大气层结不稳定发展的主要原因之一,后者发生在暖湿气流相对活跃的夏季,中高层冷空气的侵袭更值得关注;动力条件分析表明,前者低层辐合抬升条件明显好于后者,而后者的热力条件占优势,一旦对流启动,更容易发展。

摘要:使用鄱阳湖北部70 m气象塔湍流和梯度观测数据,分析了2011年6月6日夜间一次暴雨过程中近地面边界层特征。结果表明,此次过程是在高空低槽和西南急流的天气背景下,受鄱阳湖复杂地表影响产生的局地性强降水。强降水发生前受东南暖平流影响,近地面边界层中水汽累积,不稳定性增加;强降水过程中,近地层感热、潜热通量迅速增加,同时,近地面层湍流动量通量下传和水平输送增加,鄱阳湖的水汽输送加强降水强度。另外,强降水过程中,近地面湍流动能迅速增大并达到最大值,而平均动能的增大发生在强降水结束后,表明地表作用明显,近地面边界层的湍流场为暴雨提供动力条件。尺度分析表明,强降水前,中尺度动量通量占主要地位,降水过程中湍流动量通量显著加强。

摘要:为更加精确地模拟复杂地形地区大气边界层中气象要素,将NASA发布的SRTM3(约90 m分辨率)地形高度数据引入中尺度气象模式WRF(weather research and forecasting)中,结合四种边界层参数化方案(YSU、ACM2、MYN 2.5 level TKE(简称MYN)、Bougeault and Lacarrere TKE(简称BL))及模式自带地形数据GTOPO30(约1 km分辨率),模拟了2008年4月24—25日安徽黄山及周边地区大气边界层气象要素场变化特征,并对模式输出的2 m气温、2 m露点温度、10 m风速、湿度廓线与模拟区域内19个气象站及2个探空站数据进行比较。结果表明,无论采用哪种地形数据,四种边界层参数化方案中,YSU方案模拟的2 m气温误差最小,ACM2方案模拟的2 m露点温度和10 m风速误差最小;采用SRTM3数据后,四种边界层参数化方案模拟的2 m气温平均均方根误差(root mean squared error,RMSE)分别降低了3.79%(YSU方案)、2.48%(ACM2方案)、3.8%(MYN方案)、0.87%(BL方案);对2 m露点温度模拟,除MYN方案模拟平均RMSE降低了0.59%外,其他三种方案模拟误差分别增加了1.39%(YSU方案)、0.49%(BL方案)、0.89%(ACM2方案);而对10 m风速的模拟结果,除ACM2方案模拟平均RMSE降低了2.28%外,其他三种方案模拟误差分别增加了0.22%(YSU方案)、2.32%(MYN方案)、2.45%(BL方案);对2个探空站点湿度廓线的模拟显示,各边界层方案均能模拟出水汽的垂直变化趋势,但模拟效果总体表现为偏湿,采用SRTM3地形数据之后,ACM2方案模拟部分时刻的低层水汽廓线有所改善。

摘要:利用中国105站的探空资料以及NCEP/NCAR、ERA和JRA 3种再分析资料,采用线性趋势、标准差、相关系数、EOF分析等多种统计分析方法,对再分析资料年平均的高空温度在中国区域的可信度进行了分析。研究表明:在数值上,3种再分析资料的高空温度均小于探空资料的高空温度,NCEP/NCAR资料在对流层上层更接近于探空资料,ERA和JRA资料则在对流层中下层与探空资料更为接近;在描述年际变化和长期变化趋势方面,ERA资料在我国北方的对流层上层的再现能力较好,NCEP/NCAR资料在我国南方的对流层上层的再现能力较好,而3种再分析资料在对流层中下层的再现能力相当;在时空变化特征方面,NCEP/NCAR和ERA资料能较好地表现高空温度的年代际变化特征,而ERA和JRA资料则能较好地表现年际变化特征。

摘要:利用河南省及周边145个气象站1961—2000年常规气象观测资料和河南省1:25万DEM数据,充分考虑起伏地形下太阳散射辐射的天空因素与地面因素后,基于分布式开阔度模型和天文辐射模型,实现了起伏地形下河南省太阳散射辐射的分布式模拟。计算了100 m×100 m分辨率下河南省1—12月气候平均太阳散射辐射及多年平均年散射辐射总量的空间分布。结果表明:在充分考虑经验系数的时空分布特征后,模拟精度有了进一步提高。与郑州站的观测资料对比验证表明,模拟精度较高,年平均绝对误差为3.06 MJ·m^-2,年平均相对误差为1.67%;局地地形对太阳散射辐射的影响比较明显;通过个例年验证对模型性能和模拟结果进行考察,年平均相对误差不足11%。综上表明模型的时空模拟性能良好。

摘要:因复杂地形下热力和动力抬升对近地面空气的扰动作用,贵州地区容易形成内部嵌有许多小对流单体的积层混合云。选取2005年5月29日发生在贵州省的一次积层混合云降水个例进行分析,并利用WRF模式模拟该云系的生成、发展过程。结果表明:积层混合云由积云并合扩展层化形成,其发展过程经历三个典型的并合阶段。云系的降水特点是降水范围很大,分布不均匀,雨区中存在多个强降水中心,降水量累计最大值可达60 mm,且强降水中心与云中小对流单体的位置对应;积层混合云形成过程中,地面产生强降水的最终原因是,云并合过程中释放的不稳定能量改变了云中的气流场和含水量场。

摘要:利用中国科学院大气物理研究所开发的三维全弹性冰雹云模式,对2006年7月5日山东境内一次以冰雹、雷雨大风为主的强对流过程进行模拟,分析了冰雹的形成机制。结果表明:79%左右的冰雹胚胎是霰,雹胚以霰为主,霰主要来自于冰雪晶与过冷雨水碰撞冻结以及雪的自动转换过程,霰形成后主要靠碰并过冷云水、雨水增长,而冰雹主要质量来源是霰的自动转化以及碰并过冷云水增长。人工催化试验表明:在强对流云中冰雹含量达到0.1 g·m^-3前1～4 min进行催化,能有效抑制冰雹粒子的增长,在过冷水含量中心(5.5 km)上方1.0～1.5 km催化防雹效果较好,在其下方催化防雹效果较差;剂量越大防雹效果越好。AgI主要以凝华核的作用产生人工冰晶,冰晶凝华增长导致过冷云水含量降低。催化后雹胚特别是霰胚的数量增多,对过冷云水的竞争增强,其平均尺度、质量均减小,降低了雹胚向冰雹的转化率。冰雹碰并过冷云水增长也被减弱,导致冰雹总质量进一步减少。

摘要:对临安大气本底站2003—2004年冬、夏季二氧化氮(NO₂)、二氧化硫(SO₂)、臭氧(O₃)进行了分析。结果表明:冬季NO₂和SO₂平均体积分数分别为19.48×10^-9和35.74×10^-9,而夏季的平均体积分数分别为4.81×10^-9和8.12×10^-9,冬季高于夏季;O₃在夏季的平均体积分数为33.55×10^-9,略高于冬季的25.44×10^-9;夜间NO₂和SO₂体积分数比白天高,并且NO₂呈明显的单峰单谷型分布,O₃也呈单峰型但峰值出现在白天。NO₂、SO₂体积分数存在着明显的"假日效应",假日比非假日低,周五高于假日和非假日;但O₃体积分数没有明显的假日效应。降水对SO₂有明显的清除作用,但对NO₂的清除作用不明显。与风向对比发现,夏季高体积分数的NO₂、SO₂都受到NW、WNW风的影响,冬季则分别受NE和SW、SSW风的影响;而O₃受风向的影响较复杂,与局地光化学反应有关。