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2005年  第29卷  第3期

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利用MODIS资料遥感香港地区高分辨率气溶胶光学厚度
李成才, 毛节泰, 刘启汉
2005, 29(3): 335-342. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.01
摘要:
在美国国家航空和宇航局(NASA)利用中分辨率成像光谱仪(MODIS)遥感大气气溶胶业务算法的基础上, 提出了一个1 km高分辨率气溶胶光学厚度反演方法, 并应用于香港地区的反演. 与地面太阳光度计的长期对比相对偏差大约为20%以内, 显示这一方法在香港地区的试用具有较高的精度.将该产品应用于空气污染个例, 并与香港地区14个站的地面污染物PM10(直径在10 μm以下的气溶胶颗粒物)质量浓度的变化进行了比较, 结果显示气溶胶光学厚度产品可以用来描绘城市尺度的气溶胶污染分布, 提供了更好地研究大气环境污染的新信息.
热带风暴"菲特"(0114)特大暴雨的诊断研究
段丽, 陈联寿
2005, 29(3): 343-353. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.02
摘要:
海南岛破历史记录的两场特大暴雨都是由穿过琼州海峡的台风所造成,热带风暴"菲特"(Fitow)就是其中的一个.由红外卫星云图、雷达和常规地面加密观测资料发现,当"菲特"穿越琼州海峡时,在其西南侧的海南岛五指山西北侧有一个中尺度对流小涡系统(MCS)生成.特大暴雨就出现在MCS所在地区.作者用PSU/NCAR的中尺度模式对这场暴雨和MCS作了模拟研究,发现当"菲特"穿越琼州海峡时,其外围流场和五指山山脉的辐合极有利于MCS的生成.诊断分析的结果表明,山脉地形生成的MCS,具有很强的上层辐散,中低空有大范围辐合和强的正涡度场.在暴雨加强时,正涡度向中层伸展,高层辐散明显加强.同时, 暴雨区出现较强的垂直运动.上升运动大值区出现在对流层上层,这可能和上层辐散加强有关.这场暴雨的水汽来自南海北部,经由"菲特"东侧的西南气流卷入涡旋之中, 产生较强的水汽辐合.这也是潜热供应的源.诊断分析的结果还表明, MCS所在大气中下层出现了较强的位势不稳定层结,这对这场暴雨提供了对流加强和水汽向上输送的热力条件.
分块地形坐标大气环流模式框架的计算稳定性及数值试验
梁丹青, 张铭, 曾庆存
2005, 29(3): 354-362. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.03
摘要:
用数值试验方法讨论了分块地形η坐标大气环流模式动力框架的计算稳定性; 采用实际初始场, 该框架能够长期稳定地积分.在积分前100d内总有效能量变化很小, 总质量守恒、各物理量场的数值和波形都得到很好保持, 这表明该框架稳定性好.在分析了该框架的积分结果后可知其合乎物理事实, 与IAP 2.0的动力框架相比, 能更好地反映出大地形的环流形势, 这说明有大地形时采用分块地形η坐标要较σ坐标好.另外, 还对青藏高原等大地形的纯机械强迫作了数值试验, 得到了地形强迫平均槽脊的分布特征, 给出了地形纯机械强迫造成的准定常行星波的图像. 这些工作表明采用分块地形η坐标处理大地形是合理可行的.
利用对流层污染测量仪研究2002年东亚地区CO总量分布特征
方圆圆, 赵春生, 李成才
2005, 29(3): 363-371. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.04
摘要:
利用TERRA卫星上搭载的对流层污染测量仪(MOPITT)在2002年1~12月的探测数据, 分析了2002年全球大气CO的时空分布特征, 并着重对东亚地区上空的CO柱总量月平均分布及其年变化做了研究, 验证和得出了一些关于CO时空分布的重要结论: CO柱总量在北半球分布高于南半球, 在1月份高于7月份, 南半球春季低纬有几个高值中心; 东亚地区CO柱总量高值区分布在中国东部沿海以及东南亚、日本列岛之间, 位置和强度都逐月变化, 这一点与气象场的季节变化有关; 对多个站点的讨论表明, CO浓度在一年中随季节变化.
一次局地大暴雨三维风场的双多普勒雷达探测研究
周海光, 张沛源
2005, 29(3): 372-386. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.05
摘要:
使用地基双多普勒天气雷达综合和连续调整技术 (MUSCAT), 对2001年7月13日安徽省合肥、马鞍山双多普勒雷达同步探测到的暴雨系统进行三维风场反演.其暴雨系统的流场特点是在低层存在切变线和辐合线, 高层气流辐散, 有明显的垂直环流; 低层的水平辐合区与高层的水平速度的辐散区相匹配, 对应着上升运动; 下沉气流在近地面层形成的向外流出的辐散气流促使暴雨系统前方低层暖湿空气上升; 南北强回波单体在全椒附近合并, 单体合并首先从低层开始, 然后扩展到中高层, 造成全椒地区的局地强降水; 中低层的切变线和辐合线是强回波单体合并的动力因素; 流场特征是在其上空形成中尺度涡旋.最后, 给出了这次暴雨的概念流场模型.
合肥市郊低层大气的激光雷达探测研究
袁松, 辛雨, 周军
2005, 29(3): 387-395. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.06
摘要:
利用L300米散射激光雷达对合肥市郊大气边界层进行长期系统观测.分析讨论了大气边界层气溶胶消光系数与温度、湿度的关系, 大气边界层气溶胶消光系数垂直分布和时间变化的主要特征, 给出了激光雷达探测的大气边界层高度的统计特征及其与无线电气象探空仪探测大气边界层高度的比较结果.
冬夏季环流隔季相关的数值试验
杨辉, 陈隽, 孙淑清
2005, 29(3): 396-408. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.07
摘要:
利用海气耦合和大气气候模式研究东亚冬季风异常对夏季环流的影响, 结果表明, 东亚冬季风异常对于后期环流及海洋状态异常都起了很大的作用.一般情况下, 强的冬季风与后期弱的东亚夏季风和较强的南海季风相对应.与强(弱)冬季风异常相关的风应力的改变可以使热带太平洋海温从冬季至夏季呈现La Nina (El Nio)型异常分布.试验得到的由冬季风异常所产生的海洋及夏季环流的变化与实况是相当接近的.在异常的冬季风偏北风分量强迫下, 西太平洋上形成的偏差气旋环流在夏季已不存在, 这时东亚夏季风反而增强.而冬季赤道西风分量所产生的影响, 则在西太平洋上形成显著的偏差气旋环流, 使东亚副热带夏季风减弱, 南海夏季风加强.对于东亚大气环流而言, 与强弱冬季风对应的热带海洋海温异常强迫下, 不仅是冬季, 后期春季和夏季环流的特征都能得到很好的模拟.但是从分区看, 西太平洋暖池区的海温异常比东太平洋更为重要.单纯的热带中东太平洋的海温异常对东亚大气环流的影响主要表现在冬季, 对后期的影响并不十分清楚.整个热带海洋的异常型分布(不论是El Nio还是La Nia)型, 对冬夏季风的影响是重要的, 而单纯的某个地区的海温异常都比它的整体影响要小.从试验结果看, 海温在大尺度冬夏季环流的隔季相关中起了十分重要的作用.
高空急流区内纬向基本气流加速与EP通量的关系
冉令坤, 高守亭, 雷霆
2005, 29(3): 409-416. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.08
摘要:
采用多时间尺度方法, 并假设纬向基本气流是正压的, 在不引入剩余环流的情况下, 推导出纬向基本气流局地变化与一种新形式Eliassen-Palm通量之间的关系, 这种Eliassen-Palm通量关系在形式上比较简单, 而且物理意义明确, 适合诊断分析高空急流区内纬向基本气流的加速与减速.理论分析表明, 正压纬向基本气流的局地变化由新形式Eliassen-Palm通量散度决定.作者利用该Eliassen-Palm通量关系对2002年12月一次寒潮过程中200 hPa等压面上纬向基本气流的发展演变进行了诊断分析.诊断结果表明, 在200 hPa纬向基本气流急流区内, 新形式Eliassen-Palm通量散度是影响纬向基本气流发展演变的重要因子, 并且纬向基本气流的加速与减速主要是由新形式Eliassen-Palm通量中扰动动量的经向输送造成的.
台风数值模拟中边界层方案的敏感性试验I.对台风结构的影响
邓国, 周玉淑, 李建通
2005, 29(3): 417-428. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.09
摘要:
通过比较不同边界层方案下中尺度数值模式模拟的台风地表特征量以及形势场和风场, 表明台风边界层通过摩擦混合和辐射等作用与地表产生水汽、热量和动量的交换, 并通过湍流效应和积云的夹卷作用将边界层的影响扩展至整个自由大气.对台风Dan的模拟个例表明, 由于边界层过程的差异导致台风尺度大小不同, 风场、形势场的水平和垂直分布结构都有所差异.不同边界层方案模拟的台风结构的差异必然导致强度的差异, 与此相对应, 在不同边界层方案下, Eta方案模拟的台风强度偏大; 而Burk-Thompson和Blackadar方案略次之,在没有边界层方案的情况下模拟的强度非常弱,体现了边界层过程对台风发生发展的巨大影响.
地形和边界层摩擦对登陆热带气旋路径和强度影响的研究
袁金南, 谷德军, 梁建茵
2005, 29(3): 429-437. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.10
摘要:
采用准地转的正压模式, 研究了无非绝热加热时地形和边界层摩擦对登陆热带气旋路径和强度的影响.结果表明: 地形作用对登陆热带气旋西北移动路径的影响比较明显, 而对登陆热带气旋强度的影响不明显; 边界层摩擦可以通过改变热带气旋X方向上和Y方向上的移动速度以及改变热带气旋水平环流结构对登陆热带气旋西北移动路径产生一定的影响, 边界层摩擦对登陆热带气旋强度的影响非常明显, 其中摩擦是造成登陆热带气旋强度迅速减弱的一个重要因素.
2000年夏季福建、广东沿海上升流的遥感与船舶观测分析
庄伟, 王东晓, 吴日升, 胡建宇
2005, 29(3): 438-444. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.11
摘要:
通过对卫星遥感数据和航次资料的分析, 对粤东沿岸2000年7月份的上升流现象进行了综合分析.结果表明: 观测期间, 珠江冲淡水向东扩展的趋势很明显, 与此同时, 粤东沿岸(116°E)以东附近沿岸海域的水团具有低温、高盐的性质, 显示了沿岸上升流的存在.通过对卫星遥感海表温度(SST)和风场的比较可知, 上升流强度和风场的变化密切相关, 海面风场平行岸分量的变化是夏季该上升流强度发生改变的重要原因.
北京地区夏季边界层急流的基本特征及形成机理研究
孙继松
2005, 29(3): 445-452. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.12
摘要:
首先指出了北京地区夏季边界层急流的基本特征, 即北京地区边界层急流一般出现在白天高温背景下或发生局地暴雨的夜间, 强度存在明显的日变化, 垂直分布具有明显的"鼻状"结构特征, 急流核高度一般为600~900 m.从中尺度扰动方程出发, 并通过天气过程演变实例, 研究了地形热力作用、局地强降水在边界层急流形成过程中的作用, 指出: (1)夏季高温背景下, 平原与山区之间温度梯度方向、强度的变化, 是造成低空风垂直切变加速或减速, 即边界层急流形成或消失的直接原因, 因此这种边界层急流的高度一般要低于山体的高度.(2)局地暴雨与边界层急流之间存在明显的正反馈现象: 由于局地暴雨同时改变了对流层中层和近地面层气温的水平分布, 这种热力强迫作用造成了边界层气流加速; 反过来, 边界层气流的加速又加强了急流前方的风速辐合--如果急流方向水平垂直于山坡, 这种迎风坡上的辐合将更强, 造成局地降水强度进一步增强.
一次华北强对流风暴的中尺度特征分析
龚佃利, 吴增茂, 傅刚
2005, 29(3): 453-464. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.13
摘要:
利用非静力平衡模式(MM5v3.5)对2001年8月23日影响华北地区的一次强对流风暴成功模拟的基础上, 对其中的中尺度重力波系(MGWs)特征进行分析, 并与美国中东部地区MGWs进行比较.结果表明: 这次MGWs波长约为100~120 km, 相速约为21~28 m·s-1, 伴随对流风暴的发展维持时间超过6 h.太行山地形强迫和对流是产生MGWs的重要机制, 虽然大气层结并不经常具有波导机制, 但在地形强迫、对流和切变气流提供波动能量情况下, 低层MGWs仍可维持较长时间.太行山触发的华北MGWs与美国西部高原引发的中东部地区MGWs具有相似的地形作用特征.在对流初始发生和对流单体合并阶段, 对流和MGWs构成一个类似正反馈机制的耦合系统, wave-CISK机制可能发挥着重要作用; 成熟阶段的对流风暴, 由于中高层潜热释放和湿下沉气流加强, 波动传播加快, 引起MGWs和对流风暴分离并减弱.MGWs在触发新雷暴, 并将其组织成带状对流系统过程中可发挥一定作用.上述现象较好地验证了MGWs的概念模型以及对流与重力波相互作用的理论.
层状云中飞机人工增雨作业间距的研究
余兴, 戴进
2005, 29(3): 465-474. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.14
摘要:
利用数值试验方法, 设计了4 km, 8 km和20 km 三种飞机增雨播云间距方案, 研究了不同间距对有效区域的影响.从结果分析发现, 实际形成的播云线受水平风场输送作用, 与设计的航线产生了偏离; 不同播云间距形成的投影有效面积、有效作用时段不同, 其时空分布及投影有效面积所对应的地面位置也不尽相同.另外, 提出了增雨效益的数学表达式.效益分析表明, 在相同作业条件下, 8 km间距的增雨效益比20 km间距提高31%, 比4 km间距提高了23%, 4 km间距比20 km间距提高6%, 其物理原因主要是并合作用.最后, 针对交叉和平行播云方案, 提出了设计最佳播云间距的数学表达式.
在EBEX-2000实验资料中湍流耗散率、长度尺度和结构参数特征
刘树华, 刘和平, 李洁, 梁福明, 王建华, JohnnyC.L.CHAN, AndrewY.S.CHENG, 胡非, 刘辉志
2005, 29(3): 475-481. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.15
摘要:
采用2000年8月在美国加州棉花地两个高度上应用超声三分量仪、快速响应温度和湿度仪进行的EBEX-2000 (International Energy Balance Experiment, 2000, 简称EBEX-2000) 风速三分量、温度和湿度湍流实验观测数据, 计算分析了在不同稳定度下的湍流能量和热量耗散率和湍流结构参数特征.并与Kansas和长白山原始森林湍流实验得到的结果进行了比较, 得到了一些湍流特征量在不同下垫面情况下的一些有意义的特征.
热带气旋登陆维持和迅速消亡的诊断研究
李英, 陈联寿, 王继志
2005, 29(3): 482-490. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.16
摘要:
采用动态合成方法, 对登陆后长久维持热带气旋(LTC)和迅速衰亡热带气旋(STC)的涡度、动能、热量和水汽的收支平衡进行计算和对比分析.结果表明: (1)LTC在陆上长久维持过程中, 其低层正涡度衰减缓慢并保持一定强度.STC登陆后正涡度减弱较快.(2)热带气旋登陆后涡度的收支主要取决于水平散度项、平流项和剩余项.散度项使LTC低层正涡度增加, 高层减少, 平流项和剩余项则使其低层涡度减弱, 高层涡度增加.总体而言, LTC自高层获得正涡度的补充, STC则没有获得环境正涡度.(3)低层, 摩擦耗散使LTC动能减少, 但动能通量辐合可补充部分动能而减缓衰减.中高层, LTC登陆后36~60 h动能收大于支, 动能的增加一部分来自于斜压动能制造, 一部分来自于次网格尺度.STC有类似的动能耗散, 却无动能补充.(4)LTC登陆后保持一定强度, 并从外界获得热量和水汽补充来支持积云对流发展, 而积云对流对LTC的维持具有正反馈作用.STC登陆后没有这一过程.
梅雨锋暴雨研究中的四维变分同化试验
程小平, 王云峰, 侯志明, 费建芳, 韩月琪
2005, 29(3): 491-495. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.17
摘要:
作者利用PSU/NCAR的MM5数值预报模式及其伴随模式, 以中国1999年6月23日~24日的一次梅雨锋暴雨过程为个例, 根据气象要素与同化窗口之间的配置差异, 作了3组变分同化试验.试验结果表明: 4DVAR方法在提高梅雨锋暴雨的数值预报水平上具有重要的作用.
对流云团与低空急流耦合相互作用研究--云团再生和维持的一种机制
陈忠明
2005, 29(3): 496-502. doi: 10.3878/j.issn.1006-9895.2005.03.18
摘要:
依据低空急流附近风场分布的非均匀特征, 结合对流云团边缘附近呈现的强烈垂直速度梯度分布, 利用动力学诊断分析, 研究了急流低层强烈垂直风切变与对流云团后部强烈垂直速度梯度耦合相互作用产生的对流自激励过程, 揭示了低空急流附近新对流和强降水在云团后部发生、发展的可能机制.