风能资源评估技术方法研究

全球性的能源危急和气候变化,驱动了风力发电在世界范围内迅速发展,搞清风能资源是大规模发展风电的关键步骤。文中首先回顾了近10年来开展风能资源评估的技术方法发展历程,阐述了数值模拟技术的应用对风能资源评估技术方法的发展所起的重要作用。风能资源的数值模拟可以给出风能利用高度上的风能资源分布;可以模拟出基于气象站观测资料的统计分析无法找到的风能资源;可以弥补海上测风资料不足的缺陷,进行海上风能资源的评估。文中运用中国气象局的风能资源数值模式系统地对江苏省和青海省的风能资源分布进行了高分辨率的数值模拟,并采用气象站观测资料对数值模拟结果进行了检验,结果表明数值模拟可以较准确地模拟区域风能资源的分布趋势,但在风速值大小会有系统性偏差,需要有测风塔观测资料对数值模拟结果进行订正,说明了数值模拟技术与风能资源测量相结合是风能资源评估的有效技术手段。最后对中国风能资源数值模拟技术的发展进行了展望,表明了中国风能资源的开发利用对自主发展小尺度数值模式的迫切需求。

气候变化对生态保护工程的影响

通过分析1978—2013年三北（东北、西北、华北）防护林建设区降水、气温等气象要素变化与植被生态质量的相互关系,以及1961—2013年我国主要草原区气象要素变化与草原生产力的相互关系,指出2000年以来北方降水增多导致三北防护林地区植被生态质量持续好转,且2000年以来在降水增加、生态工程实施的情况下,北方草原生态恶化的局面有所改变。进一步根据RCPs排放情景和预估的我国未来气候变化,指出未来30~60年我国北方地区气候呈现暖湿化趋势,利于巩固和扩大三北防护林和草原生态建设成果,缩短生态恢复的时间;但气候增暖会增加森林和草原火灾及病虫害的发生范围和频率。在对策上,指出应充分利用北方气候暖湿化的正效应,加快三北防护林建设和北方草原生态恢复;同时加强防护林和草原适应气候变化和防灾减灾的科学研究。

中央气象台暴雨预报业务的发展及思考

暴雨是影响我们国家最重要的灾害性天气之一,暴雨预报既是业务中的关键点也是难点。本文论述了目前中央气象台的暴雨预报业务已经由基于天气学、统计学等在天气图分析的基础上进行主观外推的传统预报向基于数值预报的现代天气预报发展,强调了暴雨预报的科学问题是从预报实践中提炼出来的,而不是从参考文献中找出来的,突出了预报员是暴雨科学问题的提出者和解决实际问题的第一参与者,阐明了预报与服务工作紧密结合是中国特色气象事业的重要组成部分,充分肯定了中央气象台和中国气象局暴雨研究所等科研单位在暴雨预报、研究和我国应对突发自然灾害中发挥的重要作用,明确了暴雨等灾害天气的预报是以服务人民、社会、经济发展和国家安全为最终目标。并从预报员科学研究与实践能力的培养和提高、多源观测资料应用、区域中尺度数值预报模式和集合预报技术的发展及订正能力的提高、人工智能技术的应用等几个方面对如何提高暴雨预报准确率提出一些思考。

天气预报在1998年夏抗洪防灾中的作用——暴雨成灾引起的气象科学问题的思考

１９９８年夏，长江、嫩江、松花江流域因大范围持续性降水和频发暴雨造成了特大洪水。在这场抗洪减灾工作中，天气预报是党中央、国务院和各级党政部门领导组织抗洪防灾科学决策的重要依据之一，为正确组织、指挥防汛抗洪，取得巨大胜利起到了良好作用。然而，１９９８年夏的异常天气使天气预报人员始料不及，要做好较准确的天气预测预报，不少气象科学问题还难于准确回答。因此，这些气象科学问题还需要进一步深入研究。

人工增雨是缓和干旱半干旱地区水资源匮乏的一个补充途径

第三纪开始青藏高原隆升,改变了东亚的地理和大气环流的格局,由此形成了西北以干旱和半干旱为主的气候条件,但也存在相对的干湿气候的时期性摆动。近若干年即便新疆等地一些地方降水有所增加,但仍难缓解西北的干旱和半干旱状态,必须思考及运用工程措施解决水资源的匮乏问题。合理节约用水,进行水利工程调配是解决此问题的主要有效途径,但充分运用在有条件的地方人工增雨也是一个有益的补充方式。人工增雨也因其科学技术上尚不十分成熟和难于检验的事实,受到一部分科学工作者所质疑。本文简单地论述了人工增雨的科学性,国内外的一些实践证明的有效性及在西北干旱和半干旱地区人工增雨的可行性和关键点,以此希望能推动此项工作的开展,从流经我国西北上空的大气中多转换一些水汽形成雨(雪)降落在我国大地上,为缓和干旱作一些贡献。

中国国家气象中心中期数值天气预报业务系统

中期天气预报的研究要形成日常的业务，不仅仅是气象问题，也包括相当多的工程技术上的问题。本文概括地描述中国国家气象中心建立中期数值天气预报业务系统过程中的研究与工程建设成果以及运行状况、效果检验等。

改进气象服务手段提高公众服务效益──纪念1995年世界气象日

公众气象服务是国家气象中心的重点工作，中期数值预报业务系统和先进的计算机自动化通信系统的建立使国家气象中心初步形成了以数值天气预报为基础，以人机交互工作站为主要手段，综合应用多种气象信息的业务服务系统，使天气预报服务水平不断提高，取得显著社会经济效益，气象服务的总体经济效益已达到国家对气象事业投资的４０倍。

暴雨业务数值预报发展中有关问题的探讨

根据国际，国内业务数值天气预报的发展以及我国暴雨预报方法的现状，评价了暴雨业务数值预报发展中的几个关键问题，探讨了暴雨预报的综合思路。

一次β-中尺度暴风雪的成因及动力热力结构

利用多普勒雷达、地面加密自动站监测资料、常规观测资料、4DVAR雷达风场反演和中尺度数值模式WRF模拟结果,对华北东部一次β-中尺度暴风雪的成因和影响天气系统的热力、动力结构及演变进行了分析。结果表明,(1)造成暴风雪的天气系统是回流形势下的冷锋锢囚锋,其在形成过程、生命史、尺度范围等方面均与温带气旋锢囚锋不同。(2)暴风雪过程分为东路弱冷锋降雪、锢囚降雪、西路强冷锋降雪3个阶段。降雪回波顶高在3～4km,回波强度均在35dBz以下。降雪量集中在锢囚降雪阶段。(3)风廓线(VWP)下层东风层和上层西南风的厚度在降雪各阶段不同,东风急流和西南风急流的变化和配置与降雪量关系密切。锢囚降雪阶段,地面和低层水平风场具有β-中尺度气旋性环流,是造成降雪回波旋转且长时间维持的动力。"人"字状回波的形成是因为风向或风速辐合线的作用。(4)锢囚锋的垂直结构和锢囚过程表明,西路冷锋比东路冷锋陡峭且势力强大,暖湿气团被东西两侧冷锋夹挤、抬升;锢囚时,两侧锋面形成冷式锢囚;锢囚消失时,大风首先在900hPa高度附近出现,进而下传到地面。

GRAPES_RAFS系统2m温度偏差订正方法研究

本文通过对2013年6月20日至7月20日GRAPES(Global and Regional Assimilation and Prediction System)_RAFS(Rapid Analysis and Forecast System)系统每天8个时次每3 h的2 m温度预报进行分析,发现各时次的预报均能较好地表征2 m温度日变化特征,但预报与实况存在一定的偏差,其中西藏东部川西高原、云贵高原、江南武夷山脉偏低于实况可达3℃,而华北地区偏高于实况3℃以上。为了减小GRAPES_RAFS系统偏差对2 m温度预报的影响,本文采用平均法、双权重平均法、滑动平均法和滑动双权重平均法分别对GRAPES_RAFS系统2 m温度预报产品进行偏差订正,并对订正前后的结果进行检验分析和对比。结果表明:2 m温度订正后的平均误差大部地区减小到(-1~1℃),而均方根误差大部地区降低到2.5℃内。对于偏差较大地区,订正效果更为明显,如西藏东部川西高原,经过订正,平均误差绝对值由订正前3℃以上降低到1℃内,而RMSE由订正前4℃以上控制到3℃内。对比四种订正方法,双权重订正方法与平均法订正整体效果接近,但对个别站点,双权重订正法要优于平均法,经过滑动的订正方法比无滑动的订正方法订正效果更好,订正效果最好的是滑动双权重平均法,全国平均误差大部分在(-0.5~0.5℃)内,不超过(-1~1℃)的范围。

山东半岛一次持续性强冷流降雪过程的成因分析

利用NCEP/NCAR逐日6 h再分析资料和观测资料,诊断分析了2005年12月3～21日山东半岛北部沿海地区发生的罕见持续性强降雪过程。结果表明：降雪以西北气流下的冷流降雪为主,具有典型冷流降雪分布特征;有利的大气环流形势造成强冷空气频繁,经过渤海暖海面时产生较大海气温差,是降雪持续时间长、强度大的直接原因;一定的海气温差是冷流降雪的重要指标,产生冷流降雪时山东北部近海海域的海气温差常在22K以上;冷流暴雪产生在高能舌、对流层低层辐合、中层辐散的上升运动区,上升运动层浅薄;水汽来源于渤海,水汽辐合层位于超低层（925 hPa高度以下）;对流层中低层的垂直速度、散度场、涡度场的动力耦合结构配置有利于暴雪的形成和维持;特殊的低山丘陵地形强迫抬升是冷流降雪的触发机制,对暴雪的产生起到增幅作用。

秦岭大巴山地形对陕南强降水的影响研究

通过对地形敏感性试验的数值分析,认为大巴山使秦岭山脊、汉江河谷降水减小;使秦岭东南坡和渭河河谷下游强降水增加,大巴山本身降水增加幅度最大;大巴山峡口地形将大量暖湿气流向北输送,在秦岭南侧和东侧的迎风坡上产生强降水,而峡口两侧由于地形阻挡气流通过,使其下游地区降水减少。秦岭使大巴山和汉江河谷、陕北降水增加,使山脉本身降水减少,秦岭山脉对降水的影响主要是通过地形产生的垂直次级环流实现的;秦岭的地形高度变化与山脊降水量具有反相关关系,与山谷降水量关系不明显。

中央气象台全球中期数值预报业务系统的发展

回顾中央气象台全球中期数值天气预报业务系统的发展历程,重点回顾和综述中央气象台建立全球预报业务以来的科学技术进步,概括了引进的谱模式系列在本地化、业务应用及发展过程中取得的成就,着重介绍在自主发展GRAPES_GFS全球中期预报系统的不同阶段取得的科技成果。

2002年6月8～9日陕南大暴雨系统的中尺度分析

采用实测资料对 2 0 0 2年 6月 8～ 9日陕南大暴雨过程进行分析后认为 :除了有利的大尺度条件之外 ,β中尺度天气系统的发生发展是造成本次强暴雨的最直接原因 ,这类系统的发生发展具有很强的局地性和突发性。分析表明 ,对流层中低层水汽的大量集中以及对流不稳定条件的存在可能对此类系统发展提供了有利环境 ,对其启动的机制作了初步的讨论 ,认为地形的动力强迫和地面冷锋以及低空急流扰动可能对此类系统的发生发展起了触发作用。

“02.6”陕南大暴雨的结构及成因分析

通过诊断分析发现:(1)“02.6”强降水与6月上旬越赤道气流和季风爆发密切相关,携带大量水汽的偏南气流与冷空气于6月8日交汇在西北地区东部,导致了这次强降水的发生;(2)与暴雨区相联系,存在横越低空急流的经向垂直环流,暴雨区处于该垂直环流的上升支;(3)偏南和偏东气流水汽通道在西北地区东部交汇,水汽的辐合积聚主要在对流层低层和行星边界层内完成;(4)整层的视热源<Q1>高值区在暴雨区附近呈东北—西南向分布,与切变线走向非常一致,降水产生的凝结潜热释放是强降水区大气的主要热源。同时,在大尺度上升运动区中低层存在一个条件对称不稳定建立的机制,使得在暴雨区,既存在深厚的热力不稳定机制,又存在水汽输入机制和热力不稳定的触发机制,从而形成强暴雨。

一个锢囚状中尺度对流系统的多尺度结构分析

利用多普勒雷达、气象卫星、自动气象站等监测资料、1°×1°NCEP再分析资料和4DVAR雷达反演低层风场资料,运用雷达拼图图形叠加、剖面和中尺度滤波等分析手段,对2007年7月18日华北东部一个锢囚状α中尺度对流系统(MαCS)的多尺度空间、动力结构及其演变进行了细致地分析。结果表明:(1)MαCS生命史分为发生发展阶段、成熟阶段和消散阶段。从卫星云图资料看,其冷云盖的形态由条状演变为单一云顶的圆形,再演变成多个云顶的多角形。从雷达资料行,冷云盖下两条交叉的β中尺度强回波带由数个具有独立回波核和生命史的MγCS有组织地排列而成。MαCS尚末锢因时,MγCS非常活跃,造成多处强降水;锢囚时,MβCS上的MγCS排列紧密,独立边界模糊,且锢囚点与冷云盖中心正好对应,此时云顶亮温(TBB)达到最低点(-80.16℃);消散时,回波顶和反射率图像上"人"字形结构消失,均呈现出涡旋回波特征,云顶而积达到最大(14.46×10~4km^2)。(2)MαCS内部有强烈的上升气流,垂直速度中心在600—500hPa。中尺度滤波后可见,200 hPa上的中尺度反气旋环流影响着冷云盖的形状;700 hPa的中尺度气旋性环流起到将冷空气从其后部卷入MαCS的作用。(3)MαCS内部组织结构与低层气流水平分布关系密切。MαCS发展时,原本与背景主导气流一致的西南入流在大小、方向上均发生变化,而形成辐合线;成熟时,西南暖湿入流减少、西北干冷空气进入;随着气流趋于一致的偏西气流、MαCS内部辐合减弱,且暖湿高能源被干冷气流切断,MαCS进入消散期。(4)对流系统的触发取决于地面θ_(se)等值线密集区内的地面辐合线,其维持和减弱与地面能量分布有关。锢囚状中尺度对流系统与锢囚锋天气系统在尺度上有所不同,但在形态上和形成机理上,却有相似之处。

“浣熊”强度变化的环境背景和卫星观测分析

利用实况观测定位和强度资料、NCEP的1°×1°全球最终分析资料、NOAA周平均1°×1°海温再分析资料和FY卫星水汽图像,分析台风浣熊(0801)的环境背景条件和内核结构演变与强度变化的关系。结果表明:(1)环境风垂直切变增大至10m.s-1左右与南海北部海表温度逐步减小导致最大可能强度不断降低是"浣熊"快速发展过程中断并减弱的重要外部条件;(2)卫星水汽图像显示内核结构存在眼壁破裂和复原现象,该现象精确地反映其强度变化。眼壁破裂(复原)过程导致"浣熊"减弱(增强)。

山东省一次冰雹云过程的数值模拟

利用中国气象科学研究院的三维对流云模式,对发生在山东省的一次强降雹天气过程进行了数值模拟,并将模拟结果与雷达观测资料进行了检验。分析了风暴各发展阶段的流场结构和回波结构特征及微观物理量的分布及其演变。结果表明:雹胚源区出现在主上升气流前侧上升气流向辐散下沉气流的转向处,在垂直方向上位于最大上升速度上方;冰晶碰并过冷水形成霰和冰雹,冰雹粒子在气流循环处生长。研究结果对实际防雹业务有一定参考意义。

1997年华南汛期降水异常与大气低频振荡的关系

利用国家气象中心提供的逐日降水资料及NCEP逐日再分析资料,分析了1997年华南地区汛期异常降水低频特征与大气低频振荡的关系。研究表明,1997年华南前汛期和后汛期降水表现为不同的振荡特征;前汛期降水主要以10～20天准双周振荡为主,而后汛期降水的低频特征并不明显。进一步对降水和其它要素的低频振荡特征进行分析发现,该年华南地区前汛期降水和风场的低频振荡现象是普遍存在的;低频纬向风的传播变化与降水的时间分布有较好的对应。并且,高、低纬度低频风场同时向华南地区传输,会产生极强的降水。在对大气低频扰动动能的分析中也发现,华南前汛期降水伴随着低频扰动动能在该地区的集中释放。

“07．6”广西柳州极端暴雨过程的多尺度特征分析

利用NCEP1°×1°再分析资料、常规观测资料、自动站、雷达及FY-2C卫星资料,分析了2007年6月12—13日广西柳州极端暴雨过程的多尺度特征,并探讨了此次暴雨过程的成因。结果显示:500hPa高原东侧的低槽引导冷空气南下,地面准静止锋南移进入广西境内,在地面形成锋面低槽的形势。暴雨发生在850hPa低涡切变线上,暴雨中心与β中尺度低涡扰动有很好的对应关系。这次过程的主要降水系统是南部的对流云团和锋面附近的中尺度对流复合体(MCC)。柳州极端暴雨由两个雨团造成,其中一个雨团强度大,持续时间长,这与强降水回波的列车效应和地面中尺度辐合线有关,是柳州高强度降水得以长时间维持的主要原因。