集合预报最优初值形成的四维变分同化方法

提出一种利用四维变分同化方法吸纳ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法具有明确统计意义的特点和滞后平均预报法包含多时刻初值信息的长处,来形成一组与动力模式相协调的集合预报初值的方法,以克服初值由ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法或滞后平均预报法形成的不足,改善集合预报效果,在已建立的Ｔ４２谱模式四维分同化系统基础上,对６组个例分别进行了控制,对比数值试验,结果表明,由四维变分同化方法形成集合预报初值的预报效果旬尺度上要好于滞     

数值模式的质量守恒方程中水汽源汇项作用的讨论

目前,数值预报模式、大气环流和气候模式及中尺度模式的湿空气质量守恒方程中一般都没有考虑水汽源汇项的影响。文献[6]虽然在基本方程组的质量守恒方程(T2)中列出了源汇项,但是在计算所用的该方程近似形式(T6)中还是把它忽略了。实际大气中存在着水分的凝结与蒸发,有时凝结还是很强的。本文将讨论水汽源汇项在湿空气质量守恒方程和有关方程中的作用,以及它们对数值预报结果的影响。     

大气多平衡态产生之根源

大气环流是一个在外源强迫驱动下的有耗散的非线性流体系统,它存在多平衡态。早在1958年,叶笃正等就指出大气环流具有两种基本的平衡态——冬季环流型和夏季环流型。70年代末,Charney等利用简单的模式研究了正压、斜压大气的多平衡态现象,从而开创了大气多平衡态理论。关于多平衡态产生的机制问题,丑纪范利用大尺度大气运动方程,指出多平衡态是非线性的结果。本文利用完整的原始非线性大气的算子方程来进一步讨论多平衡态产生的根源。     

三参数冰相云微物理方案的构建及在单柱大气模式中的应用

云微物理的参数化对天气及气候的准确模拟至关重要,其中云粒子谱分布特征通过改变云演化发展和云辐射效应,必然进一步影响气候模拟.目前广泛使用的双参数云微物理方案,无法预报云粒子谱分布的谱形参数,阻碍了气候模式对云物理过程的准确描述.鉴于此,本文在单柱大气模式SCAM5.3(Single Column Atmosphere Model,Version 5.3)中增加雷达反射率因子的预报方程,构建了三参数冰相云微物理方案,实现了冰晶粒子谱分布谱形参数的预报.利用该模式,模拟了大气辐射观测计划在1997年夏季实施的为期29 d的观测个例(ARM97),分析了双、三参数方案对云量和辐射的模拟差异.结果表明:首先,三参数方案预报的冰晶粒子谱的谱形参数主要集中在0～4,峰值在2左右,至少有85%的μ都大于默认的0.其次,与双参数方案相比,三参数方案对云量的模拟更接近观测;利用辐射通量密度的观测值进行评估,发现无论是短波还是长波辐射通量密度,三参数方案的误差都比双参数方案小.最后,揭示了三参数方案对云量和辐射模拟效果的改进机理:主要是因为三参数方案减弱了冰晶到雪的自动转化过程,增强了冰晶凝华增长过程,从...     

我国的数值预报业务工作

动力气象学的发展及大型电子计算机的问世提供了制作数值预报的可能性。数值预报问题的实质在于如何构成描述大气运动的动力学和热力学特性的闭合方程组,并设计出精确度高计算稳定的数值求解方案。在自由大气中,三五天以内的大尺度大气过程一般可简化成由六个方程来描写,即两个水平运动方程、静力方程、连续方程、热流量方程及状态方程。由于涡旋运动是大气运动的基本特性,因此很自然地可以用涡度输送方程来代替两个水平运动方程。把风场和气压场用一定的关系如地转近似联系起来,并按     

初始扰动对数值模式模拟能力的影响

大气和海洋模式数值模拟的结果是否准确, 首先取决于模式的模拟能力. 由于大气和海洋运动本质上是非线性的, 其运动状态依赖于初始场(初值). 模式作为非线性发展方程的离散化形式, 其运动状态仍然依赖于初始场. 初始场的微小变化有可能导致模式的结果完全不同, 甚至使模式丧失模拟能力. 而对大气和海洋运动的实际问题进行数值模拟时, 无论所用的观测资料如何准确, 初始场难免存在着误差. 由于这些误差的存在, 可能会使得模式的结果与实际状态相比大相径庭. 因此, 探讨初始扰动对模式模拟能力的影响就成为大气和海洋科学中的一个热点和难点问题. 正是基于这种情况, 激发了20世纪80, 90年代资料同化技术的快速发展. 通过资料同化的方法对初始场误差进行订正, 极大地改善了初始场的质量, 使其更接近大气和海洋运动的实际状态, 模式的模拟能力得到了一定的提高. 但资料同化的方法到底能在多大程度上改进模式的模拟能力, 到目前为止仍是一个尚未解决的难题.     

四川盆地降水过程中水气之间SO_2浓度关系

Drewes在SMICK模式中,已将大气化学动力学和大气输送扩散过程联合起来,提出了在降水过程中污染物液相和气相浓度的两类控制方程,在实际应用中获得了好的结果,并指出液相浓度受气体浓度的影响。Pena研究过降水中SO_2含量与大气中浓度之间关系,并分析了SO_2与降水中pH的关系。Hales利用SO_2液相和气相浓度平衡关系,由已知气体浓度计算水中SO_2含量,并和实际作了比较。     

大气中红外辐射传输的参数化模式

一、引言 在利用大气环流模式进行长期数值天气预报和气候模拟的研究中,需要很好地考虑辐射在大气中传输的问题。目前,已经有很多精确的方法可以计算现实的模式大气中的辐射传输,但它们都需要大量的计算机时间,因而,应用这些方法到大气环流模式中是不现实的。这就需要建立简化的辐射传输计算方案,它们要有足够的精度,但只需很少的机时。Stephens对这     

代数算子方程的正则可解性

在控制论、弹性力学、中子扩散和大气辐射理论中,我们经常遇到下述代数算子方程■其中S,A_i和T分别表Banach空间E上的n次代数算子,有界线性算子和全连续算子。熟知,Cauchy奇异积分方程和Wiener-Hopf方程是(1)的两个重要特殊情况。由于在这些方程的理论中,最基本的结果就在于建立了所谓Noether定理和指数公式,因此人们自然期望在一     

用13.7m射电望远镜对中层大气水汽进行遥感测量

对中层大气的地面微波遥感测量,已成为对大气层的这一区域进行探测的一种重要技术.这种技术能以很好的谱线分辨率对中层大气中某种单一分子的随压力而展宽的分子转动谱进行测量,进而推演大气层中这种分子浓度随高度的分布.1989年我们与名古屋大学合作,用此项技术测量了中层大气臭氧的垂直分布.1993年12月上旬,我们用紫金山天文台的13.7m射电望远镜,对中层大气中22235MHz的H_2O分子的6_(1.6)～5_(2.3)谱进行了测量,测得了该种分子的发射谱,并由此反演得到该季节德令哈地区上空60～75km高度的水汽分布.在国内成功地进行这样的测量尚属首次.     

大尺度热源(热匯)和地形对西風带的定常扰动

根据热量方程,利用高空温压埸和表面風的資料,我們計算了北半球1月和7月对流层下半部大尺度热源和热匯的分布,并由简单的两层斜压模式,从理論上解出地形、热源的定常扰动。在大气下界考虑地形的作用,在大气_卜界取垂直运动为零的边界条     

广州大气气溶胶对到达地表紫外辐射的衰减

利用地表紫外辐射(UV,295～385nm)观测、太阳光度计与辐射模式定量评估了广州大气气溶胶对UV的衰减.观测表明UV谱区340nm的气溶胶光学厚度(AOD)年平均值达1.19,气溶胶光学厚度AOD340nm>1.0的年均出现频率达55%,对地表340nm紫外直接辐射的年均衰减率达68%.地表紫外辐射观测与模式评估表明全年大气对UV的平均衰减达75%,干季(10,11,12,1月)的平均衰减达72%;大气气溶胶在干季对UV的平均衰减达62%.表明目前广州城市群大气气溶胶对紫外辐射的衰减十分显著,至少一半以上的紫外辐射被大气气溶胶衰减,如此大幅度的衰减对城市生态系统、物种化学循环尤其是光化学反应过程将有重大的影响.     

卫星红外反演洋面温度的卷云大气订正方案

本文首先简要地评论了国际上卫星红外遥感反演洋面温度（ＳＳＴ）的发展。然后,应用半经验、半理论方法,提出一种新的卷云大气ＳＳＴ非线性反演方法。对应于３个不同的ＳＳＴ气候区域,用改进的甚高分辨辐射计（ＡＶＨＲＲ）卫星实测数据和理论模拟值,分别建立了卷云大气中３个ＳＳＴ反演方程,并对一些有关问题进行了讨论。     

高层大气建模:从地球到行星

地球和行星的高层大气作为大气圈与空间环境的过渡区,是大气科学和空间科学的交叉研究领域.高层大气理论模式及其数值模拟可以突破实验观测的限制,又能够比理论分析更为全面细致地重现高层大气的各种物理和化学过程,在高层大气的研究中表现出独特的优势,也一直是国际高层大气研究热点之一.虽然地球高层大气和其他行星高层大气存在差异,但它们之间有着密切的联系,因此大多数的行星高层大气理论模式都是以地球高层大气理论模式为基础开发的.本文聚焦于地球和行星高层大气理论模式,对目前国内外主流的地球和行星高层大气理论模式的发展历史及其性能进行了系统介绍.     

一类单调型算子方程的能解性

在实Hilbert空间H中考虑算子方程Lx Nx=0 (1)的解的存在唯一性问题。这里L是线性自伴算子,N是非线性算子。利用自伴算子的谱分解定理和单调算子方程解的存在性定理,我们简化改进了R.Kannan等的结果,特别我们除去了算子L是全能解和它的零空间是有穷维的假设。     

静态柱坐标下Einstein-Dirac方程的一个精确特解

自Brill和Wheeler在弯曲空时中讨论了中微子所满足的Dirac方程后,不少人用Cartan形式讨论了Einstein-Dirac方程的解。但迄今为止,已找到的精确解仍旧寥寥无几。Davis和Ray在波函数Φ只依赖于x,不依赖于t的假定下(相当于只考虑零模式),找到了平面对称的Einstein-Dirac方程的精确解。Pechenick和Cohen推广了Davis和Ray的解     

OTS分子膜的摩擦特性

在单晶硅和玻璃的基体上制备了十八烷基三氯硅烷（ＯＴＳ）的自组装膜,并采用自行研制的环境控制式点接触纯滑动微摩擦性能测量仪测试了其摩擦特性,考察了湿度对ＯＴＳ自组装膜及基体表面摩擦性能的影响。基体摩擦系数为０．４～０．５,在其表面制备ＯＴＳ自组装膜之后,摩擦系数降至０．１左右,且黏滑现象得到减轻,表明ＯＴＳ膜具有较好的润滑特性。由于ＯＴＳ自组装膜具有强斥水性,其摩擦学性能对湿度变化不敏感,在２０％～     

中低纬电离层理论模式的构建和一个观测系统数据同化试验

在前人工作的基础上, 完善了一个中低纬电离层理论模式(TIME-IGGCAS: Theoretical Ionospheric Model of the Earth in Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences). TIME-IGGCAS模式自洽的求解等离子体连续性方程、动量方程、能量方程, 对地磁场采用偏心偶极近似. 同时结合欧拉网格和拉格朗日网格, 并考虑了等离子体的电场漂移作用. 计算结果表明模式稳定可靠, 能再现大部分电离层大尺度特征. 基于本模式, 进行了一个观测系统数据同化试验. 结果表明, 采用非线性最小二乘拟合的方法, 把观测到的电离层临界频率和峰值高度同化到理论模式中, 能够准确的估算电场漂移作用, 为进一步开发同化模式, 进行电离层现报和预报奠定了基础.     

四硼酸铝钇钕晶体表面特征的研究

一、引言 四硼酸铝忆钦晶体[分子式:Nd_xY_(1-x)Al_3(BO_3)_4,简称NYAB]是一种自激活、自倍频的     

河门口山区河谷地带大气扩散规律初探

在山区进行工业布局,作大气环境质量预评价,首先要弄清该山区复杂地形条件下的大气扩散规律,并有一个合用的大气污染扩散模式。这方面的工作,近二十年来,国内外作了不少开拓,具有一定代表性的要推EPA的Valley模式和ERT的PSDM模式,但由于山区气象条件的复杂性,一个通用的山区大气扩散模式,至今未臻成熟。渡口市环境质量评价大气协作组曾对弄弄坪工业区的大气扩散作了创见性的探索,提出了一套具有参考价值的模式,但因其繁琐并带有局限性,用于河门口片区却是一败例。鉴此,笔者在作河门