高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

2019年  第43卷  第1期

显示方式:
非静力AREM模式设计及其数值模拟Ⅱ:数值模拟试验
程锐, 宇如聪, 徐幼平, 王斌, 宋帅, 顾春利
2019, 43(1): 1-12. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1712.17201
摘要(3966) HTML (9) PDF (6692KB)(1961)
摘要:
程锐等(2018)中,我们完成了非静力AREM(Advanced Regional Eta-coordinate Model)模式动力框架设计。本文将通过理想和实例试验检验其模拟能力。设计理想试验并通过与国际成熟的中尺度非静力框架比较,直接检验非静力AREM三维动力框架在细致分辨率(约1 km)下的模拟性能。可以看出,非静力AREM与ARPS(Advanced Regional Prediction System)、WRF(Weather Research and Forecasting Model)模拟出类似的积云对流结构及演变特征,从而基本确证了本文发展的非静力框架的正确性。结合原静力平衡模式的初始化和物理参数化过程,形成非静力AREM模式系统。台风实例模拟表明,粗分辨率下静力、非静力AREM模式性能接近;但在高分辨率下,非静力明显优于静力模式。我们还开展了批量降水试验检验,对非静力AREM模式性能进行了进一步的验证。
高原切变线的客观识别与时空分布的统计分析
刘自牧, 李国平
2019, 43(1): 13-26. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1704.17209
摘要(1077) HTML (5) PDF (2994KB)(1790)
摘要:
本文利用计算机客观识别技术,稳定地识别出高原切变线并分析了高原切变线的气候特征。通过对比三套常用的高分辨率再分析资料(ERA-Interim、NCEP CFSR和JRA-55)在高原地区中低层大气的适用性,筛选出与高原地区500 hPa风场较为吻合的NCEP CFSR(National Centers for Environmental Prediction Climate ForecastSystem Reanalysis)再分析资料作为基础数据,根据人工判识切变线的基本标准与计算机几何学知识,定义了高原切变线的客观识别标准。对客观识别出的2005~2015年高原切变线与《青藏高原低涡切变线年鉴》中的结果进行对比分析与验证,并在此基础上统计分析了近11年高原切变线的气候特征。高原切变线年均生成49.4条,其中东部型切变线年均38条,是高原切变线的基本型;高原切变线维持时间多为6 h;切变线两侧的水平散度、垂直涡度和总变形三个物理量的大值区均出现在94°~95°E。客观识别高原切变线的方法可以较为高效地识别高原切变线,为高原切变线研究提供了新的途径。
台湾岛地形对登陆台风“莫兰蒂”(1614)强对流雨带发展影响的模拟研究
赵玉春, 王叶红
2019, 43(1): 27-48. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1802.17217
摘要:
2016年9月14~15日超强台风“莫兰蒂”(1614)登陆厦门后在福建省中北部引发了特大暴雨天气过程,特大暴雨由台风登陆后北侧至东北侧一个缓慢移动的长生命史中尺度强对流螺旋雨带活动造成。利用中尺度数值模式WRF(V3.9)对台风登陆引发福建省中北部特大暴雨过程进行了大区域无嵌套数值模拟,较准确地模拟了台风引发特大暴雨的强度和落区,并成功地再现了台风登陆后北侧至东北侧长生命史中尺度强对流螺旋雨带的发生、发展过程。分析发现,台风大风区外围几个零散的中尺度辐合区在移入台湾地形下游的弱风切变区、正涡度带、湿静力能(假相当位温、比湿)锋区后,组织发展成一个带状的中尺度辐合带而形成强对流螺旋雨带,长时间地维持和发展,并向东北方向缓慢移动。台湾地形在有利于强对流螺旋雨带长时间组织发展和维持的中尺度环境场的形成中扮演着重要角色,即地形效应在其下游形成的正涡度带(正位涡带)、雨带(位于高湿静力能区)南侧低湿静力能带(即湿静力能锋区),对强对流螺旋雨带的长时间发展维持非常重要。地形敏感性试验的结果进一步证实了台湾地形在台风登陆后东北侧长生命史中尺度强对流螺旋雨带形成及维持中的重要作用。
印度洋偶极子对中国南海夏季西南季风水汽输送的影响
张舰齐, 叶成志, 陈静静, 沈维军
2019, 43(1): 49-63. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1801.17191
摘要:
利用NCEP/NCAR再分析资料和中科院大气物理研究所PIAP3大气环流模式,分析了印度洋偶极子对夏季中国南海西南季风水汽输送的影响。结果表明,印度洋偶极子正位相期间夏季中国南海西南水汽输送较强,负位相期间则较弱。原因可归结为以下:正位相期间,MJO(Madden-Julian Oscillation)多活动于热带西印度洋,其向东传播受到阻碍,但经向传播明显,通常可传播至孟加拉湾地区,同时PIAP3显示印度洋季风槽位置偏北,且印尼以西过赤道气流较强,从而使得这一地区气旋性环流得到建立与加强。孟加拉湾地区对应着较强的对流活动以及深厚积云对流加热,从而通过对流加热的二级热力响应使西太平洋副热带高压位置向北推进,进而使得南海地区西南季风水汽输送得到建立与加强。在此期间孟加拉湾、中南半岛至南海地区对流活动较强,而苏门答腊沿岸对流活动受到抑制,由此增强了Reverse-Hadley环流,使低层经向风较强,进而增强了南海西南季风的水汽输送,PIAP3大气环流模式证实了Reverse-Hadley环流的增强。负位相期间,MJO多活动于热带东印度洋,在东传过程中受到Walker环流配置影响,在140°E赤道附近形成东西向非对称积云对流加热热源,其东侧Kelvin波响应加强了东风异常并配合副热带高压南缘东风压制了中国南海的西南季风水汽输送。在此期间,MJO在南海地区的经向传播较强,但经向传播常止步于南海地区15°N附近,虽携带大量水汽,但深厚积云对流强烈地消耗水汽使大气中水汽含量降低,PIAP3大气环流模式证实负位相期间深厚积云对流对水汽消耗加大,从而使得负位相期间南海地区水汽含量与正位相期间大体相近,但由于经向风不足使水汽向北输送较弱。
积云对流参数化方案对东亚夏季环流和降水模拟的影响
刘伟光, 陈海山, 俞淼
2019, 43(1): 64-74. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1801.17222
摘要:
利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式对东亚夏季区域气候模拟中最常选用的两种积云对流参数化方案进行对比分析,研究积云对流参数化方案选用对大尺度环流模拟的影响。结果表明:Kain-Fritsch(KF)方案对西太平洋副热带高压(简称副高)及环流的模拟效果较好,虽然KF方案模拟降水偏多,但是时空分布与TRMM降水分布接近;Grell-Freitas(GF)方案对流加热率过大,从而模拟的南海—菲律宾区域对流异常增强,在南海—菲律宾洋面上的垂直输送异常增大,非绝热加热的范围偏大,导致副高南侧下沉区辐散减弱,抑制了副高北抬西伸,进而影响到水汽输送和季风环流,最终对东亚夏季降水的模拟产生不利影响。修改GF方案对流加热率和干燥率的敏感性试验表明,减小对流加热率和干燥率参数能有效抑制南海—菲律宾区域过强的对流,东亚大尺度环流的模拟得到明显改进。
华南地区春季平流层入侵对对流层低层臭氧影响的模拟研究
赵恺辉, 包云轩, 黄建平, 张潇艳, 刘诚, 戚慧雯, 许玮
2019, 43(1): 75-86. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1801.17224
摘要:
利用中尺度大气化学模式WRF/Chem对2013年3月6日华南地区一次平流层入侵事件及其对对流层低层臭氧的影响进行模拟研究。通过加入UBC(Upper Boundary Condition)上边界处理方案,弥补WRF/Chem模式未考虑平流层臭氧化学反应的不足。结合臭氧探空廓线资料、地面O3、CO、NOx、相对湿度、温度和风速等观测资料以及再分析资料对模拟结果进行定量评估,结果表明模式能较为真实地模拟本次平流层入侵过程。模拟分析进一步揭示:(1)副热带高空急流是本次平流层入侵的主要原因。当华南地区处在副热带急流入口区左侧下沉区域时,平流层入侵将富含臭氧的干燥空气输送到对流层中低层。(2)本次平流层入侵对对流层低层臭氧收支有重要影响,导致香港地区近地层臭氧体积混合比浓度明显上升,如塔门站夜间臭氧浓度升高21.3 ppb(1 ppb=1×10-9)。地面气象场和化学物种的分析进一步确认了平流层入侵的贡献。(3)采用动力学对流层顶高度时零维箱式模型和Wei公式计算得到的平流层入侵通量相当,分别为-1.42×10-3 kg m-2 s-1和-1.59×10-3 kg m-2 s-1,这一结果与前人研究相吻合,且与采用热力学对流层顶高度计算所得到的结果具有可比性。
1960~2012年中国地区总云量时空变化及其与气温和水汽的关系
符传博, 丹利, 冯锦明, 彭静, 营娜
2019, 43(1): 87-98. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1801.17235
摘要:
基于我国地区543个地面气象台站观测的总云量、平均气温和相对湿度日均值资料,采用正交经验函数(EOF)、气候倾向率和线性趋势分析等方法,研究了1960~2012年总云量的时空变化特征及其与气温和水汽的关系。结果表明:(1)我国地区总云量呈南多北少的带状分布特征,最大值在四川盆地(82%)。近53年来总云量气候倾向率为-0.8%(10a)-1,趋势系数为-0.68,通过了99.9%的信度检验。(2)总云量季节变化特点明显,夏季最多,春秋季次之,冬季最少,其中春季、夏季和秋季有显著的下降趋势。(3)EOF分解的前两个模态表明总云量不仅具有一致减少的变化特征,还具有明显的区域差异。以此同时,平均气温和相对湿度不论在总体变化趋势、地区差异、还是时间演变上,均与总云量保持较高的一致性,进一步证明总云量的变化与气温和水汽有密切关系。
Runge-Kutta算法与Li差分法不同阶数配合对计算精度影响研究
王鹏飞, 楚苹瓖, 王立志, 周任君, 黄刚
2019, 43(1): 99-106. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1805.17238
摘要(3150) HTML (1) PDF (587KB)(873)
摘要:
为了充分发挥高阶Li空间微分方案(Li, 2005)的优点,实现了时间积分为2~6阶Runge-Kutta(简称RK)格式的偏微分方程求解算法(简称RKL算法)。然后通过多组数值试验,研究了时间积分阶数对计算误差的影响。线性平流方程的试验结果表明对于方波函数型初值,2、4、5和6阶RK算法能获得和3阶精度差不多的结果,而对于高斯函数型的初值,高阶RKL算法可以取得较好的计算效果。RK为5(6)阶时,对应的Li微分阶数可达9(10)阶,总误差控制在10-7(10-8)以内。随RK阶数增加Li微分有效阶数有增加的趋势,而总误差在逐渐减小。计算非线性无粘Burgers方程时,RKL算法能否获得好的计算结果,除了受初始场形式的影响,还与计算的目标时刻有关。当目标时刻解的各阶导数连续(且未出现无穷大数值时),高阶(RK为4~6阶)算法是有效的;若出现了导数间断、或导数为无穷大,就会碰到冲击波解类型的问题,此时高阶RK算法也无法获得很高精度的数值解。此非线性的算例中,Li微分阶数仍然随RK阶数增加而增加,但增加的趋势不是线性的,具体变化关系可以通过实验结果拟合而获得。研究发现时间积分方案阶数大于3之后,对应的最优空间差分精度阶数可以比6阶提高很多,这再次证明了以前研究中6阶以上空间差分格式对结果无改进的现象,是由于没有使用足够高精度的时间积分方案引起的。相比于Taylor-Li(Wang,2017)算法,5~6阶的RK方法编程和实现简单,计算结果的精度比3阶算法要提高很多,因此,它是一种能够对复杂方程适用的简易高阶算法方案,具有一定的实用价值。
华北雨季开始早晚与大气环流和海表温度异常的关系
于晓澄, 赵俊虎, 杨柳, 支蓉, 封国林
2019, 43(1): 107-118. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1801.17242
摘要:
本文利用国家气候中心的1961~2016年华北雨季监测资料、美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)的大气再分析资料、NOAA海表温度资料,分析了华北雨季开始早晚的气候特征,然后利用合成分析、回归分析等方法,研究了华北雨季开始早晚与大气环流系统和关键区域海表温度的关系。结果表明,56 a来华北雨季开始最早在7月6日,最晚在8月10日,1961~2016年华北雨季开始平均日期是7月18日。华北雨季开始时间具有显著的年际变化,但雨季发生早晚的长期变化趋势不太明显。华北雨季开始早晚与西太平洋副热带高压(简称副高)、东亚副热带西风急流、东亚夏季风等环流系统的活动关系密切,当对流层高层副热带西风急流建立偏早偏强,中层西太平洋副高第二次北跳偏早,低层东亚夏季风北进提前时,华北雨季开始偏早,反之华北雨季开始偏晚。华北雨季开始早晚与春、夏季热带印度洋、赤道中东太平洋海表温度关系显著且稳定,当Niño3.4指数和热带印度洋全区海表温度一致模态(IOBW)为正值时,贝加尔湖大陆高压偏强,副高偏强偏南,东亚夏季风偏弱,导致华北雨季开始偏晚;当海表温度指数为负值时,则华北雨季开始偏早。
华南暖区暴雨事件的筛选与分类研究
刘瑞鑫, 孙建华, 陈鲍发
2019, 43(1): 119-130. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1803.17245
摘要(1092) HTML (5) PDF (8882KB)(1116)
摘要:
利用逐小时降水资料,采用客观方法对1982~2015年华南地区暖区暴雨进行了筛选和分类研究。主要结果如下:华南区域暖区暴雨事件共计177例,暖区暴雨占筛选的暴雨事件的16.86%,表明暖区暴雨是华南非常重要的降水过程。暖区暴雨主要出现在4~7月,6月份最多,平均持续11.58 h。暖区暴雨事件发生位置主要集中在广东、广西的沿海地区和粤北山区,有四个降雨中心。产生华南暖区暴雨的天气形势主要有四类,切变线型、低涡型、南风型和回流型,不同类型的暖区暴雨对华南地区的内陆和沿海的作用不同,且南风影响下的暖区暴雨发生频率较高,影响较大,是一类较为重要的暖区暴雨。
闪电定位和雷达观测资料在云分析中的应用及数值试验
孙婵, 徐国强
2019, 43(1): 131-141. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1804.17233
摘要:
本文针对2016年6月山西、山东地区一次强对流活动,通过GRAPES(Global/Regional Assimilation andPrediction Enhanced System)云分析系统融合了多普勒雷达反射率三维组网拼图资料和ADTD(Active DirectoryTopology Diagrammer)闪电定位资料,对模式初始场的云水、云冰等云微物理变量进行了调整和分析,并对这次强对流过程设计了3组数值试验。结果表明:(1)云分析系统在加入雷达反射率资料以后,能在模式初始场中较准确的计算模式的初始水物质;(2)闪电定位资料转换成的替代雷达反射率对原有的雷达反射率有一定的补充作用,使模式的初始场与真实状况更接近;(3)从模式降水的角度看,在加入雷达资料以后,GRAPES云分析可以显著提高6小时以内降水的模拟效果,而闪电定位资料的加入,对中雨以上量级的降水模拟有进一步的改进作用。
青藏高原积雪深度对延伸期预报技巧的影响
韩世茹, 郑志海, 周须文, 于长文, 车少静, 顾光芹, 卓嘎
2019, 43(1): 142-154. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1803.17252
摘要:
高原积雪是重要的陆面因子,其变化的时间尺度长于大气而短于海洋。本文利用国家气候中心第二代月动力延伸期预测模式(DERF2.0)历史回报资料与被动微波资料(SMMR)、被动微波成像专用传感器(SSM/I)数据反演的逐日雪深资料,分析了1983~2014年冬季和春季转换季节高原积雪对热带外地区延伸期尺度预测技巧的影响。结果表明,高原积雪异常年动力模式在高原积雪显著影响的青藏高原地区、贝加尔湖地区和北太平洋地区预报技巧明显高于正常年份。随着预报时效的延长,高原积雪偏多年的技巧衰减最慢、其次为积雪偏少年,积雪正常年最快,表明高原积雪异常年可预报时效更长,且高原积雪异常对预报技巧的改善在第1候的预报中就显现出来,尤其是积雪偏多年,其影响时段明显要早于海洋。结果显示高原积雪对延伸期预报技巧有重要贡献,暗示高原积雪异常为东亚延伸期预报的潜在可预报源。
全球变化背景下北半球冬季MJO传播的年代际变化
修军艺, 温敏, 王遵娅, 张人禾
2019, 43(1): 155-170. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1804.17278
摘要:
利用1979~2013年实时多要素MJO(Madden-Julian Oscillation)监测(RMM)指数,美国NOAA逐日长波辐射资料和NCEP/NCAR再分析资料等,分析了全球变化背景下北半球冬季MJO传播的年代际变化特征。从全球平均气温快速增暖期(1985~1997)到变暖趋缓期(2000~2012),MJO 2~4位相频次减少,5~7位相频次增多,即MJO对流活跃区在热带印度洋地区停留时间缩短、传播速度加快,而在热带西太平洋停留时间加长、传播明显减缓。进一步分析发现,以上MJO的年代际变化特征与全球变化年代际波动有关。当太平洋年代际涛动(PDO)处于负位相时,全球变暖趋缓,热带东印度洋—西太平洋海温异常偏暖,使其上空对流加强,垂直上升运动加强,对流层低层辐合,大气中的水汽含量增多,该区域的湿静力能(MSE)为正异常。当MJO对流活跃区位于热带印度洋地区时,MJO异常环流对季节平均MSE的输送在强对流中心东侧为正、西侧为负,有利于东侧MSE扰动增加,使得MJO对流扰动东移加快;而当MJO对流活跃区在热带西太平洋地区,MJO异常环流对平均MSE的输送形成东负西正的形势,东侧MSE扰动减小,不利于MJO快速东传。因此,全球变化背景下PDO引起的大气中水汽含量及MSE的变化可能是MJO传播年代际变化的重要原因。
深对流云对不同高度示踪气体层垂直输送的数值模拟研究
胡嘉缨, 银燕, 陈倩, 胡汉峰
2019, 43(1): 171-182. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1804.17290
摘要:
采用考虑化学气体传输过程的云模式模拟了2014年7月30日发生在安徽滁州境内一次深对流过程,研究深对流活动对不同高度示踪气体的输送及再分布作用。结果表明,在积云发展阶段,强上升气流使得云内源层示踪气体有效地向上输送,对流层中部强的夹卷过程及水平入流使得云外气体入云输送至主要对流区,并在垂直气流的作用下进一步影响各层示踪气体的分布。各层示踪气体均可向上输送至对流层上部,其中对流层中部示踪气体(2.1~4.5 km、4.5~7.5 km和7.5~10.8 km)的向上输送作用与近地层示踪气体(0~2.1 km)的贡献相当。例如,输送到11~13 km的示踪气体有4.9%来自近地层,6.3%来自2.1~7.5 km。此外,近地层示踪气体可在深对流的水平输送下向云侧边界扩散,将局地污染输送到云外周边地区。源层高度位于2.1~4.5 km的示踪气体可下沉输送至近地层,形成新的局地污染。随着源层高度的抬升,示踪气体向下输送作用减弱,其中对流层上层示踪物(10.8~15 km)无法输送到6 km以下。
夏季青藏高原地区水汽向平流层的等熵绝热和非绝热传输的气候学特征及其与落基山地区的对比
唐南军, 任荣彩, 邹晓蕾, 吴国雄
2019, 43(1): 183-201. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1804.17255
摘要:
夏季亚洲季风区是对流层向平流层物质输送的主要通道,其对平流层水汽的变化有重要贡献。以往的研究表明亚洲季风区向平流层的水汽传输主要在青藏高原及周边地区。本文利用多年平均的逐日ERAi、MERRA再分析数据和微波临边观测仪(Microwave Limb Sounder,MLS)数据,首先对比分析夏季青藏高原周边上空水汽的分布特征,再利用再分析资料分析了对流层—平流层水汽传输的特征。结果表明:青藏高原周边特定的等熵面和对流层顶结构分布有利于水汽向平流层的绝热输送;在南亚高压的东北侧,从青藏高原到中太平洋地区,340~360 K层次存在最为显著的水汽向平流层的纬向等熵绝热输送通道,7~8月平均输送强度可达约7×103 kg s-1。此外,在伊朗高原及南亚高压的西部,350~360 K层次也存在一支水汽向平流层的经向等熵绝热输送通道,但强度相对较弱(约2.5×103 kg s-1)。在青藏高原南侧370~380 K层次存在强的水汽向平流层的非绝热输送,主要由深对流和大尺度上升运动引起,7~8月平均输送强度约0.4×103 kg s-1。落基山以东到大西洋西部,350~360 K层次存在水汽向平流层的纬向等熵绝热输送通道,但强度也弱得多(约2.5×103 kg s-1)。
不同微物理方案对台风“彩虹”(2015)降水影响的比较研究
庞琦烨, 平凡, 沈新勇, 刘靓珂
2019, 43(1): 202-220. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.1804.17291
摘要:
本文以GFS资料为初始场,利用WRF(v3.6.1)模式对2015年第22号台风“彩虹”进行了数值研究。采用CMA(中国气象局)台风最佳路径、MTSAT卫星、自动站降水为观测资料,对比了4个微物理方案(Lin、WSM6、GCE和Morrison)对“彩虹”台风路径、强度、结构、降水的模拟性能。模拟发现上述4个云微物理方案都能较好地模拟出“彩虹”台风西行登陆过程,但是其模拟的台风强度、结构及降水存在较大差异;就水成物而言,除GCE方案对雨水的模拟偏高以外,其他方案对云水、雨水过程的模拟较为接近,其差异主要存在于云冰、雪、霰粒子的模拟上。本文对比分析了WSM6和Morrison两个方案模拟的云微物理过程,发现WSM6方案模拟的雪和霰粒子融化过程显著强于Morrison方案,但是冰相粒子间转化过程的强度明显弱于Morrison方案。云微物理过程的热量收支分析表明:WSM6方案模拟的眼区潜热更强,暖心结构更为显著,台风中心气压更低。细致的云微物理转化分析表明,此次台风降水的主要云微物理过程是水汽凝结成云水和凝华为云冰;生成的云水一方面被雨水收集碰并直接转化为雨水,另一方面先被雪粒子碰并收集转化为霰,然后霰粒子融化成雨水;而生成的云冰则通过碰并增长转化为雪。小部分雪粒子通过碰并收集过冷水滴并淞附增长为霰粒子,随后融化为雨水,大部分雪粒子则直接融化形成地面降水。
目录
2019, 43(1): 221-222.
摘要: