陆面资料精度对东莞地区WRF模拟结果的影响

为建立东莞地区空气质量模拟的气象场,基于WRF模式耦合Noah陆面过程,使用不同空间精度(3 s、30 s、120 s)的陆面资料,分析对东莞地区夏季气象场模拟结果的影响差异.结果表明:WRF模型提高陆面资料精度后,东莞地区近地面气温的模拟精度均有发生变化,白天的最高温度时间为下午16:00,最低温度时间为早上6:00.白天气温模拟值高于气象观测值(过大评估),而晚上地面气温处于过小评估.白天夜晚气温模拟效果产生差异原因是,建筑物外表对辐射的截留,白天热岛较强,地面2m高度处热岛范围扩大,同时建筑物的存在使得城市湍流动能扩大,导致模拟区温度升高;而傍晚到早上东莞地区地面风速较大平均值大于4.5 m/s以上,风向属于内陆风主要为北风和东北风,都促进地面温度快速下降,导致晚间地面气温过小评估.陆面资料对地面风速模拟的误差影响较大,提高陆面精度(30 s→3 s)后,模拟风速误差改善明显,但模拟风速值还是大于观测值处过大评估.因此,为提高东莞地区WRF模型气象场模拟效果,后期还需进一步研究多因子协同作用对WRF模拟效果的影响.     

一次暴雨天气对陆面参数扰动的敏感性数值影响

为检验暴雨天气过程对地表参数扰动的敏感性,应用WRF2.2,给定其中的NOAH陆面模式参数(地表反照率、地表粗糙度、最小叶孔阻抗、土壤最大容积水含量)一系列初始扰动,模拟了2007年7月7～9日的南京暴雨过程.试验结果表明,此次暴雨天气过程对陆面参数的扰动比较敏感,尤其是对土壤最大容积含水量以及地表反照率扰动的影响更为明显.陆面参数的扰动首先改变感热、潜热、动量等通量,更主要的是通过陆气相互作用,改变大气底层水汽输送的环流形势,从而对暴雨强度和范围产生重要影响.     

一次梅雨锋中尺度暴雨的模拟试验

利用中尺度气象模式MM5对1998年6月23－26日梅雨锋中的一次中尺度暴雨过程中进行了二重网格双向嵌套全物理过程的模拟试验。控制试验模拟结果与实况比较吻合，对降水的模拟结果表明，选择合适的物理方案，MM5能很好地模拟出梅雨锋中尺度雨团的位置、强度及移动，对开展中尺度天气数值预报具有报导意义。对可分辨尺度降水物理方案和边界层方案的试验表明：就本个例而言，用简单冰相的参数化方案能较好地描述梅雨锋中的中尺度降水物理，其效果优于混合冰相；Blackadar高分辨率边界层方案效果优于MRF方案。     

利用三维云模式对一次强暴雨微物理过程的数值模拟

利用三维准弹性中小尺度云模式，对武汉地区1998年7月的一次强降水过程进行了数值模拟，研究了产生强降水云的微物理过程和降水机制，揭示了暴雨云高效率降水的基本原因。结果表明，这次暴雨过程的最大特点是降水持续且降水强度大，云内上升速度的长时间维持和云内较大水凝物含量为特大暴雨的产生提供了条件。这次暴雨过程中，云雨的自动转化碰并过程以及霰的融化致雨过程相对于其它物理过程更为重要。     

模式初始场信息对江淮暴雨预报的影响

为了研究2003年7月3、4日发生在江淮地区暴雨过程的发生发展机制,揭示AREM对初始场的敏感性,采用1°×1°的NCEP资料对这次暴雨过程的环流形势进行了分析,利用AREM模式对暴雨过程进行了控制试验和初值敏感性试验.采用9点平滑对初始场进行处理,平滑后预报与控制预报的对比结果表明:初始场的信息对降水预报精度有着很大的影响.模式24 h的降水预报对初始的湿度场最敏感,对初始风场和温度场较敏感,对初始位势高度场不敏感;相对于高层来说,对低层风场、湿度场更为敏感.湿度场、温度场高低空配置对降水雨量和范围预报影响较大;对流层低层切变线的辐合作用,高低空急流配置及所维持的强上升运动,低层暖湿气流的水汽输送,是这次暴雨的发生发展的机制.     

陆面过程模式BATS中地气通量计算方案的一个改进试验

在原有的陆面过程模式BATS中,对地表通量的计算基于简单的经验公式,这个计算是十分粗略的．而地气通量对各个气象要素的模拟都很重要,如动量通量会影响大气中的风速分布,热量通量会影响垂直方向上的温度分布而改变大气的层结稳定度,水汽通量则会改变空气中的水分含量和潜热,因而改进地气通量的计算精度是有必要的．为了提高地-气间通量计算的精度,在模式中增加稳定度的分类,将近地层稳定度分为5类,用中尺度气候模式RIEMS,分别对短期和中期模拟作了对比实验．经过比较和分析模拟结果,可以看出在增加稳定度的分类以后,模拟的各个气象要素场都较原来的有了改善．     

多尺度大气边界层与陆面物理过程模式的研究进展

本文以大气边界层物理、大气动力学、土壤物理、水文学和生物物理等理论为基础,研发了一系列适用于不同时空尺度的大气边界层与陆面物理过程模式：（1）基于地表能量和水分平衡方程,构建了新一代北京大学陆面物理过程模式（Land Surface Physics Process Model of Peking University,LSMPKU）;（2）基于城市街谷冠层结构以及相应物理过程,构建了北京大学单层城市冠层模式（Modified SingleLayer Urban Canopy Model of Peking University,UCMPKU）;（3）基于计算流体力学理论,构建了北京大学街区尺度模式（Block Scale Model of Peking University,BSMPKU）．通过模拟研究表明：上述模式在各自的时空适用尺度上均能很好地模拟出相应尺度上的主要大气物理过程,在与其他同类模式的对比实验中表现出明显的改进和提高．     

MODIS卫星反演地表覆盖对陕北地区降雨过程模拟的影响

对比了陕西省农业遥感信息中心根据MODIS卫星资料反演的2004年夏季陕北地区地表覆盖类型与中尺度气象模式MM5中使用的USGS地表类型资料,并分别用2套地表覆盖资料对同年7月的2个典型陕北区域性降雨个例进行了模拟分析,检验了模拟结果对地表资料的敏感性.与观测的降雨实况比较显示:采用MODIS卫星反演的陕北地表覆盖类型资料能够在一定程度上改进模式对区域性降水的模拟结果.     

基于陆面过程模式的热红外卫星遥感影像模拟

遥感服务于气象、气候领域的一个关键环节就是建立地表过程模式与遥感数据之间的联系,利用过程模式的可靠输出参数来模拟卫星影像,并与真实的观测数据进行对比.本文建立了一个以通用陆面过程模式(CLM)相关参数为地表输入信息,以再分析大气廓线为大气输入信息的卫星影像模拟系统,以期通过模拟数据与真实卫星数据的比较,为模式背景场、强迫场的修订及预报精度的提高服务.模拟结果表明,对于由植被和土壤等组成的自然地表,模拟的热红外卫星信号主要取决于过程模式输出的地表温度,模拟的地表方向性辐射温度与模拟的大气层顶部表观辐射温度相关性高达0.99.模拟到的表观辐射温度与AVHRR影像对应的辐射温度差异比较大,最大值超过30 K,大多数像元温差分布在-20～20 K之间.温差在高海拔地区普遍比较大,这可能是由于CLM对高海拔地区的温度估计偏低导致的.     

基于集合预报思想对一次暴雨过程的数值模拟

用MM5-V3对江淮流域的一次暴雨过程进行数值模拟,为了消除单一的确定性预报在暴雨落区和强度方面的可信度不稳定。其中积云对流参数化方案分别采取5种不同的方案进行了计算,又对5种结果进行平均得到集合模拟结果。分析不同的模拟结果发现,对降水量的模拟,集合模拟结果更接近实况。不同的积云对流参数化方案对雨带位置的模拟效果相近。但对于卢中尺度雨团的模拟具有不确定性,而不同参数化方案的集合模拟结果,无论是对雨带还是雨团的模拟都是比较成功的,这也说明集合预报可以消除物理过程的不确定性,是提高预报准确率的一条有效途径。     

2008年4月8日开封市大～暴雨过程分析

通过对2008年4月8日开封市的一次降水过程的天气形势、物理量场的演变以及前期气候变化的影响分析,得出结果:这次降雨主要成因是受低槽东移形成的,还与短期大气环流、前期气候的异常变化有关.     

典型强降雨下不同植被类型水土保持特征分析

设置地表径流观测场,观测强降雨下不同植被恢复5年后产流、产沙特征.试验结果表明,苦竹＋牛鞭草植被类型在此次强降雨为106.3mm情况下,产流、产沙量占其全年的15.24%和17.072%,调节降雨和抑制土壤侵蚀的能力最强;农耕地产流、产沙量占其全年的22.05%和31.65%,其中产沙量达其他3种植被类型的4.6-13.3倍,水土保持能力最弱;桦木＋牛鞭草、杂交竹＋牛鞭草植被类型因桦木生长和杂交竹间歇性采伐的原因,水土保持能力居于中等水平;对比农耕地来说,3种植被类型恢复后土壤侵蚀得到了有效控制,但强降雨下地表径流控制程度还较弱,需继续加强对土壤—植被系统的培育.     

基于聚类评分的暴雨/冰雹分类模型

针对暴雨和冰雹2种强对流天气的区分问题,研究了主成分分析联合线性鉴别分析对雷达图像中提取的冰雹及暴雨特征降维和去相关的作用,设计了基于聚类评分的暴雨/冰雹分类模型,采用K均值聚类评分的办法确定具有高分类性的主成分,并以此主成分设计分类器对暴雨和冰雹进行区分.结果表明:主成分分析联合线性鉴别分析进行特征处理能够在降维的同时保留大部分分类性信息,基于聚类评分的分类模型有利于提高冰雹识别的命中率并降低其误警率,且对一般类型公共数据分类问题有效.     

IASI卫星资料同化对江淮暴雨预报的试验研究

对2014年6月26日到6月28日发生在江淮地区的一次暴雨过程,运用中尺度预报模式WRF以及同化系统WRFDA同化ATOVS(包括AMSUA、MHS、HIRS4)和IASI(CO2吸收波段)亮温资料,对比不同卫星资料同化对此次暴雨过程预报影响,评价IASI卫星资料同化对江淮暴雨预报效果。结果表明,相比ATOVS资料同化,IASI资料同化对温度、湿度等气象要素的调整更明显。在24 h和12 h累计降水量模拟上,同化IASI资料对降水范围和降水强度的模拟与实况最为接近。在同化ATOVS试验中加入IASI资料后,降水模拟效果改进不大,说明同化资料的种类越多,相应累计误差越大,对降水模拟改进越不明显。     

强天气威胁指数(Ⅰ)在景德镇市暴雨中的应用

使用南昌站探空资料,计算出1998-2008年10年中I的气候分布特征,统计出2005-2008年景德镇市23次暴雨过程中I的平均场,最后与2010-2012年江西几次强暴雨过程中的I分布进行了对比分析,结果表明:暴雨发生前24 h,由江西、湖南南部有I高能舌经赣东北地区伸向安徽与江苏省北部,景德镇市处在伸展的高能舌内。在长江中下游N30°附近有明显的I锋区,景德镇市处东段锋区内。暴雨发生时,处景德镇以南的南昌、衢州I值明显增强,而处景德镇以北的武汉、安庆的I值则有所降低,导致景德镇所处的I锋区的强度增强。暴雨结束后,不稳定能量得到充分释放,I明显减弱。个例分析表明,强暴雨区主要出现在I大值区以北1~2个纬距内的I强锋区中或大值区的北部边缘。     

GRAPES 奇异向量研究及其在暴雨集合预报中的应用

为了产生好的集合预报初始扰动, 并能够用有限的集合样本来模拟大气概率密度函数在相空间中的时间演变, 把奇异向量法引入非静力 GRAPES 中尺度模式中, 研究了 GRAPES 奇异向量的基础性问题和基于奇异 向量构造集合样本的方法。对2008 年7 月的一次西南涡移动带来的暴雨过程进行 GRAPES SVs 求解, 并进行集合预报试验。结果表明: 前 27 个 GRAPES SVs 反映了分析误差的主要信息; 要素的集合平均的均方根误差比控制预报具有更好的预报技巧, 且它们的集合离散度随时间逐渐增加, 反映了预报误差的主要信息; 从降水 Brier 评分和 ROC 技巧上可以看出该集合预报具有好的概率预报技巧, 能为暴雨预报提供一定的指导作用。     

一次冬季暴雨转雪天气诊断分析

利用NCEP1°×1°资料和常规天气观测资料,对2010年12月15日新余市一次寒潮过程中暴雨转雪天气的环流背景、影响系统及其成因进行了分析。结果表明:1)500 h Pa横槽转竖,低层及地面的冷高压南移,使得冷空气侵入江南地区,是造成此次江南地区降温的主要原因;2)华南准静止锋的长期维持且坡度小、湿层和辐合区较薄且辐合强度较弱,导致本次降水的强度不大,但较长的持续时间使降水达到暴雨量级;3)寒潮带来的降温形成了降雪有利的温度条件,当测站上空整层温度均在0℃以下,925 h Pa温度≤-3℃,地面气温≤1℃时,降水将从雨转变为雪。     

“4.19”萍乡地区暴雨天气过程分析

运用常规天气图以及数值预报产品,结合卫星云图和D opp ler雷达回波资料,对2009年"4.19"暴雨天气过程中天气系统演变及其物理量场进行分析,意在了解此次暴雨过程的触发机制。     

城市生活垃圾焚烧底渣在模拟酸雨条件下的浸出规律

生活垃圾焚烧底渣的资源化利用是解决底渣出路的最佳途径.我国大面积的酸雨区域使进入环境的底渣“浸泡”在弱酸性环境中,加速底渣中有毒有害物质在酸雨条件下的浸出浓度.通过模拟酸雨pH值范围,对不同粒径的生活垃圾焚烧底渣进行浸取实验.结果表明:浸出液的平衡pH值随浸取时间增大,而重金属的浸出浓度变化比较复杂.随着浸取时间延长,重金属浸出浓度越来越小.浸出液中不同重金属的浸出浓度差异很大,镉、铬、铜、铅、镍的浸出浓度均低于危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别(GB5058.3-1996)的最低允许值.由于浸取初期重金属的浸出浓度很高,如果底渣未经稳定化处理直接进入环境进行资源化利用将对环境造成二次重金属污染.     

卫星陆地移动信道的新模型

本文提出了一个卫星陆地移动信道的随机模型，并导出了３个主要统计量（概率密度分布函数、电平交叉率、平均衰落时间），从这一数学模型出发，通用有限个正弦信号来近似非白高斯噪声过程的方法得到了对应的计算机模型，最后利用ＰＣ机对所提出的计算机模型进行了模拟并与数学模型推导的结果进行比较，计算结果表明这两个模型具有极好的对应性。