嵌套高分辨率网格对我国东南沿海登陆台风模拟的影响

嵌套高分辨率网格对台风模拟有十分重要的影响。基于COAWST(coupled ocean atmosphere wave sediment transport)模式,针对登陆广东、海南的11个台风,设计了2组模拟方案。一组是在9 km分辨率下嵌套3 km分辨率网格,另一组是采用单层9 km分辨率网格。将模拟结果与中国气象局热带气旋资料中心发布的最佳路径数据进行对比,以探讨嵌套高分辨率网格是否可以提高台风模拟的准确性。从台风路径的模拟结果来看,在9 km分辨率下嵌套3 km分辨率网格对台风路径模拟的误差较小,而单层9 km分辨率网格模拟的台风路径误差较大。通过对比两组方案模拟的台风路径、强度和结构,在模拟区域中使用嵌套高分辨率网格方案的模拟准确性有所提高。两种方案模拟的风场以及副热带高压十分接近。相比于单层网格,嵌套了高分辨率网格方案模拟的台风路径、强度误差更小,台风眼更小,位涡更强。

新疆太阳总辐射资料的均一性检验与气候学估算式的再探讨

参照新疆105个气象台站"元数据",在对12个辐射站逐月日照百分率与月总辐射资料序列进行质量控制检验的基础上,对无效值与缺测值进行了插补订正,继而以Potter非均一性客观检验方法对资料序列进行了非均一性检测,同时以SNTH方法对产生间断的序列进行了相应的非均一化订正。在均一化的月总辐射与月日照百分率资料序列基础上,探讨了利用辐射气候学估算总辐射的最佳方案及其系数的空间差异与年变化特征。结果表明:(1)月日照百分率序列仅乌鲁木齐与伊宁站有间断现象,而月辐射资料序列间断的有乌鲁木齐、伊宁、阿勒泰、哈密、和田站,且并非都与日照百分率序列同步间断。其中,和田、阿勒泰站月辐射资料序列非均一化现象最严重;(2)月辐射序列的间断大多出现在冬半年,这可能与冬季空中气溶胶含量的突然增加有关;(3)在利用辐射气候学估算式Q=Q0(a+bS)对新疆总辐射进行估算时,采用"单站单月式"效果最佳,单站平均绝对误差为3%～8%,系数a、b具有明显的空间分布特征与季节变化特征。除伊宁站外,两者还具有显著且稳定的互补关系;(4)新疆的年总辐射分布特征为自东向西、自南向北依次递减,天山山区为低值中心。秋季纬向特征最明显,冬季次之,春季转为经向,夏季多呈"涡状",且南北疆两大盆地辐射差异小。

新疆年降水量的时空变化特征

根据新疆1961—2005年88个气象站点的年降水量资料,采用气候趋势系数、Kendall-τ检验、REOF/RPCA、Morlet小波分析以及交叉谱分析等方法,分析了新疆年降水量的变化趋势,并对年降水量场进行客观分区。新疆年降水量场可划分为6个子区域:北疆西部及北疆沿天山型、中天山及吐鲁番盆地型、南疆西部型、北疆北部及东天山型、塔里木盆地型、南疆东南部型。在此基础上,研究了新疆年降水量变化的区域特征和年代际、年际变化的多时间尺度的周期特征,并分析了各子气候区平均年降水量变化之间的相关关系。结果表明,新疆大部分区域最干旱时段在1960—1970年代。1980年代以来,除沙漠盆地外,新疆年降水不同程度地呈现出显著增加趋势。新疆各子气候区平均年降水量的年代际或年际周期变化并非均相同,而且具有显著的6年准耦合振荡。北疆西部沿天山与中天山在多个频域段上具有显著的耦合振荡,其次是与北疆北部及东天山也具有较好的耦合振荡,与南疆西部具有显著的5,6年的反位相耦合振荡,与塔里木盆地仅在6年周期中具有显著的反位相耦合关系。除6年的耦合振荡外,新疆年降水量自然气候分区的异常变化大多从北向南,从西向东依次出现。

模式不同分辨率对新疆达坂城—小草湖风区地面风场模拟结果的分析

使用非静力平衡中尺度MM5V3模式及NCEP/GFS 1°×1°再分析资料,对新疆达坂城-小草湖风区2006年4～9月10m高度的风况进行了3km×3km与1km×1km的模拟试验。结果表明:(1)3km与1km分辨率模拟的平均风速的大小分布特征整体一致,仅在复杂地形处以及风速大小值中心区域的强弱上存在细微差别,1km高分辨率对风速大小区域分布的模拟比3km分辨率更细致,且风速大、小值之间的变化梯度更明显。(2)3km与1km分辨率的模拟试验均较真实地反映了地形比较平坦、地貌比较单一区域的日平均风速与逐时平均风速的变化特征,但分辨率的提高并不能完全减小模拟误差。对于地形、地貌特征相对复杂区域而言,水平分辨率的提高,反而会加大模拟偏差。(3)两种分辨率的模拟误差在7、8月最大,4、9月份最小;对逐时平均风速的模拟误差均与距初始场时刻的长短无关。(4)两种分辨率对柴窝堡站点的模拟偏差过大,这很可能与模式中定义的水体、植被等参数与实际相距过大,以及该处地形陡峭,恰好位于绿洲与水体之间的荒漠过渡带有关。

WRF模式对新疆中部地面总辐射预报性能的检验

以2009年1，4，7，10和12月全球GFS预报场资料为初值场，对新疆达坂城一小草湖风区进行风能预报建模的同时，也对周边辐射气候各异的吐鲁番、乌鲁木齐和焉耆站的辐射预报效果进行了检验。结果表明：（1）大多数情况下，模式中的逐时向下短波曝辐量能预报出各地总辐射的日变化趋势，两者的平均绝对误差百分率存在上午大、午后小。以及日出时刻的平均绝对误差百分率一般是日落时刻的3倍～4倍以上的特点。（2）当吐鲁番、乌鲁木齐站的日总辐射与日天文总辐射比〉0．4时，预报的日平均绝对误差百分率在25％以内；而〈0．4时，模式预报便无参考价值。焉耆站辐射预报的偏差大小对这一比值却不敏感。（3）对于吐鲁番站而言，10月预报效果最佳，4月次之；对于乌鲁木齐、焉耆站而言，则是4月预报效果最佳，10月次之；各地冬季月份的预报偏差均最大，主要与冬季的散射辐射与总辐射之比为一年最大和模式对冬季冰雪效应的预报不足有关，全年不宜采用同一套参数化方案或同一套统计订正方程进行辐射预报。（4）辐射预报场偏差的季节变化特征和日变化特征与风场预报的偏差特征一致，两者紧密相关．

新疆博州地区降水时空分布特征及典型旱涝年

利用新疆博尔塔拉蒙古自治州地区4个气象站1971—2000年的逐日降水资料,用静态统计论观点分析了博州地区降水时空变化特征,并按适应于西北地区的Z指数旱涝标准统计出了典型的旱涝年。结果表明:①博州地区降水量西多东少,海拔在1200m以上的地区为半干旱区,其余绝大多数地区为干旱区或重干旱区,多极端降水事件,自然灾害以旱灾为主洪灾其次,自然生态环境极其脆弱;②年(月)降水量以少于30a的年(月)平均值为多;③12月至次年2月降水量极小,空间分布呈东多西少型,其他月份则反之;④多雨期出现在夏半年4—9月。其中5—7月大面积干旱与局地洪灾往往并存;⑤山区有两个雨季共5个旬次,平均降水量的月际分布为双峰型,主峰在7月,次峰在5月;其他地区仅1个雨季共两个旬次,平均降水量的月际分布为单峰型,峰值出现在5月;⑥同一气候背景中,博州各个地貌单元的旱涝程度不一,降水空间分布极其复杂。

新疆博州地区气温的长期变化特征

根据新疆博尔塔拉蒙古自治州(简称博州地区,下同)1959—2004年四个气象代表站点各月平均气温、平均最高气温、平均最低气温资料,通过计算趋势系数,并对其显著性水平进行蒙特卡洛模拟检验,以及对各序列综合运用滑动t检验与累积距平相结合等现代气候统计诊断方法,分析了博州地区气温的变化趋势及突变时间。结果表明:博州地区气温的突变与全球乃至北疆大范围的增温突变时间一致,即年平均气温、年平均最高气温与年平均最低气温约在1970s后期同时发生突变式增温现象,这种升温表现为极大的非对称性,即平均最低气温的增幅远大于平均最高气温增幅。其中冬季平均最低气温升幅最大,夏季次之,春、秋相当,且均超过了0.02以上的显著性检验水平;平均最高气温的增温趋势仅在冬季明显;平均气温的增幅以冬季最大,秋季次之,春季最小,但仅冬、夏两季平均气温的增温趋势达到0.05以上的Monte Carlo显著性水平。就年与四季平均气温、平均最高气温、平均最低气温增温率的大小与北疆区域比较而言,除年平均最低气温及春、夏两季平均最低气温升幅高于北疆区外,其它年或季的增温幅度均不如北疆。各季平均最高气温、平均最低气温与同季的平均气温的演变趋势比较接近,其中冬季相似性最高,春季次之,夏季相似性最低。

新疆风区下垫面动力学粗糙度估测值与模式定义值的对比

按风向风速标准差法估算了新疆风能资源详查区17座测风塔一定范围内的动力学粗糙度,并与期间利用的3 km和1 km分辨率的数值模式中的动力学粗糙度理论定义值进行了对比。结果表明:除了采用的landuse基数据在一些区域的错误判识而导致本研究的估测值与中、小尺度模式中的动力学粗糙度理论定义值有较大差别外,大多数比较接近,今后有必要对这些区域的landuse的分类进行客观订正;夏季强风区的动力学粗糙度估测值普遍小于中尺度模式的理论定义值;对于主、次风向上动力学粗糙度值极不均匀区域,风向与风速标准差估算法需结合使用;本研究估算的动力学粗糙度是在中性层结条件下进行的,对于中性层结条件较少发生的区域,该动力学粗糙度估算值的普适性将受到限制。

基于MM5模拟试验的新疆风能资源统计订正初探

应用MM5模式以及1°×1°的NCEP再分析资料,对新疆风能资源"代表年"进行了3 km×3 km分辨率的模拟试验,同时将10 m高度的模拟值与气象站10 m高度的实测值进行了对比。结果表明:(1)模式能较真实反映年、月平均风速大小的空间分布特征,但存在一定的系统性偏差,且偏差的大小具有明显的月际变化特征与地域性变化特征。平均来说,夏半年的偏差幅度小于冬半年,大风区的偏差幅度明显小于非大风区,达坂城-小草湖风区、哈密东南部风区、三塘湖-淖毛湖风区的模拟偏差最小。(2)对各风区逐小时平均风速模拟值进行线性回归订正,虽能有效减小有些风区模拟与实测值间的风速偏差,但对有效风速小时数的订正效果极其有限,订正后的偏差仍具有随机性。(3)以月为单位,通过对逐小时平均风速模拟值立方的回归订正可有效减小年平均风功率密度的模拟误差,同时模式中逐小时的空气密度可直接以观测点的月平均空气密度取而代之。该试验不仅对近期新疆已经完成的风能资源详查与综合评价中有关中尺度模式参数化方案的最优组合选择和水平分辨率的调整具有现实意义,而且也为如何提高风电功率短期预报的精准性提供了研究素材。

XJRUC/CALMET及CALMET不同参数调整对达坂城—小草湖区风场预报影响

根据2009年12月、2010年1、4、7和10月00:00(世界时)的GFS预报场以及同期CMA9210下发的WMO各种常规观测资料,采用新疆气象局建立的WRF模式及其三维变分同化系统XJRUC耦合水平分辨率为1 km的CALMET诊断风场模块,对达坂城—小草湖风区70 m高度60 h以内的风场预报进行了检验。结果表明:(1)该系统在第37~60 h的风场预报水平略次于前24 h;(2)模式预报水平分辨率的提高不一定能提高风场预报水平,因地因时而异;(3)水平分辨率为3 km的XJRUC风场预报效果总体较好,其中春、秋季最佳或午后最佳;(4)水平分辨率为3 km的预报场耦合分辨率为1 km的CALMET诊断风场,对提高风场预报能力极其有限。对达坂城风区而言,只在冬季预报效果略增,其他月份两种水平分辨率几乎相当;(5)在地形陡峭和地貌复杂区域的春季大风时期,水平分辨率为9km的预报效果最佳,水平分辨率为3 km次之;(6)通过CALM ET诊断风场调整参数的几套控制性组合方案计算表明,动力学调整计算需慎用,它只在相对平坦区域的大风季节有正效应,而多数情况下为负效应;O’Brien垂直速度调整也仅在陡峭地带冬季有正效应。总体而言,在不确定天气背景对局地风特性影响条件下,CALMET诊断风场模块以不采取地形动力学调整和O’Brien垂直速度计算、只考虑地形斜坡流和FROUD数调整计算时,预报效果最佳。

新疆博州地区作物生长季降水变化特征

对新疆博州(博尔塔拉蒙古自治州)地区1958-2005年作物生长季降水资料的分析结果表明:博州地区作物生长季降水量存在显著增加趋势,特别是20世纪90年代以来降水偏多年略多于偏少年;降水存在5～7a、16a和30a左右的周期变化;90年代以来,由于博河上游地区5月份降水偏少,而且博河中游地区第一场"透雨"日期又快速推后以及透雨次数减少等原因,造成河谷一带春夏干旱尤为突出;而在6-8月份,博河上游地区降水量与大雨日数的显著增加却极易诱发山区洪灾;秋季月降水量的普遍增加对作物的采收晾晒不利,但是山区秋季降水的增加有利于秋水转为春用。

1961-2005年新疆博州地区农业热量因子的时空变化

利用Manm-Kendall检验法分析了新疆博州地区1961-2005年的气候生长期、无霜期、大于10℃活动积温、夏秋季平均气温、夏半年炎热天气等农业热量因子的时空变化特征．结果表明：1）博河上游地区1981-2005年25a气候生长期缩短了7．8d；博河中游与艾比湖以南地区1961-2005年45a气候生长期分别延长12．4d和6．7d；2）博河上游地区终霜显著提前，25a间无霜期延长了17．0d，博河中游与艾比湖以南地区初霜显著推迟，45a里无霜期分别延长了15．8d和13．5d．3）≥10℃活动积温初日普遍提前，终日普遍后推，积温累积值普遍增加；博河上游一带25a≥10℃活动积温持续期延长了16．5d，博河中游与艾比湖以南地区45a间分别延长了17．6d与4．5d；4）艾比湖以南地区68月里的炎热天气平均以0．8～1．1d·（10a）^-1的速率显著增加，年炎热天气平均以3．2d·（10a）^-1左右的速率增加；5）博河上、中游与艾比湖以南地区夏秋季（8—9月）平均气温分别以0．20、0．40、0．17℃·（10a）^-1的速率增加；6）博州农业热量“高值中心”强度增加不大，但高值区域扩大化，离高值区越远，变幅越大．

MM5模式在新疆风能资源详查中的应用试验——以5月为例

根据2006年5月份NCEP再分析资料,应用MM5对新疆进行的3 km分辨率地面风场的模拟试验表明:(1)模式基本能模拟出新疆风速偏大季节地面风场特征,对300 m、600 m高度处的模拟能力明显优于10 m高度,比10 m高度处的相对误差大多数小1个量级以上,可作为风电场风场预报的潜在工具之一。(2)虽然模式对新疆几大风区近地层10 m高度的模拟能力明显优于其它地区,模拟值与实测值间存在系统性误差,可通过统计订正的方法予以解决,但是仍需要通过某些途径提高模式对边界层的模拟能力,特别是对地形复杂区域、地势陡峭地带的模拟能力。

新疆博州地区近46年来的气候变化特征

根据新疆博尔塔拉蒙古自治州(简称博州,下同)四个气象代表站点的气温及降水资料,利用线性趋势函数及t检验法分析了该地区近46年的气候变化。结果表明,博州年平均气温、平均最高气温、平均最低气温均呈上升趋势,而且平均最低气温上升的幅度远大于平均最高气温的上升幅度。年平均气温及年平均最低气温约在20世纪80年代中期出现了显著的均值突变,而年平均最高气温在80年代末出现突变;除春、夏季平均最高气温无明显变化趋势外,其它各季平均气温、平均最高气温、平均最低气温均呈上升趋势,其中均以冬季增幅最大,秋季次之;80年代冬夜升温最强劲,90年代则明显减弱;夏季的平均气温与平均最低气温均在70年代中期出现突变,比其它任何突变时间都早;暖温年多发生在80年代后,冷温年多发生在20世纪60年代、70年代。年降水量略呈上升趋势,少雨年多在60年代、70年代,多雨年多在近20年,除春季外,其余各季降水略有上升趋势。

新疆风区有自记风记录参照站风速的均一化订正

为了较好地开展风能资源的详查与综合评价工作,对新疆风区有自记风记录的4个参照站2 min与10 min时距的风速统计序列在参考测站"元数据"直接进行迁站前后一致性订正、时次一致性检验与订正、高度一致性订正以及观测与测量系统一致性订正基础上,采用SNTH、POTTER、CUSUM等手段进行了客观的非均一性检验与均一化订正。结果表明:(1)对于达坂城与阿拉山口站而言,EL型感应仪使用期,2 min与10 min时距年平均风速序列并未因风的观测与记录系统由EN型测风处理仪替代而间断;EN型测风处理仪使用期,10 min时距平均风速序列也并未因感应仪的变更而间断。(2)达坂城、哈巴河、托克逊站2 min时距统计序列均在20世纪80年代存在间断现象。(3)阿拉山口、达坂城、哈巴河站2 min时距统计序列在2005年观测系统改变前后的间断具有不确定性。(4)EL-J电接式自记仪使用期,哈巴河气象站10min时距平均风速统计序列在1992年前后出现了有别于2 min时距统计序列的间断现象。(5)阿拉山口、哈巴河、托克逊参照气象站的年平均风速序列经客观均一化订正后,仍然存在显著的减小趋势。

产朊圆酵母尿酸酶的分离纯化及其部分性质研究

产朊圆酵母Y0401经尿酸诱导培养,菌体采用超声波处理,依次经过DEAE-Sepharose离子交换层析、Phenyl Sepharose CL-4B疏水层析和Xanthine-agarose亲和层析,尿酸酶比活力达到18U/mg,纯化倍数为409倍,回收率为19.2%.纯化后的酶经还原、非还原SDS-PAGE分析为单一蛋白染色带,HPLC显示纯度为98%以上.用HPLC和Superdex 200分子筛层析两种方法测得该酶的相对分子质量为127kDa,在还原条件下进行SDS-PAGE,测得表观分子质量为33kDa,综上结果推测该酶是由分子量相同的4个亚基组成的四聚体蛋白.等电聚焦显示其等电点在6.8～7.5之间.该酶具有较强的酸碱稳定性和热稳定性.最适pH为8.5,最适温度为40.0℃.在最适pH和温度条件下测得该酶Km值为3.34×10-5 mol/L.对某些金属离子和有机物对酶活性的影响也进行了研究.

新疆气象业务同化系统研发进展

概述了新疆近些年围绕资料同化开展的技术开发与针对新疆强降水天气过程所开展的多源资料同化应用试验和评估。FY2E云导风、FY4A温湿廓线和云导风、区域雷达资料的同化,以及晴空下高频段的AMSU-A-NOAA-N15/18/N19、AMSU-A-NOAA-NB、ATMS_SNPP资料的同化对业务模式预报均有正贡献。针对在业务中如何提高资料应用率以及当前发现但并未解决的物理不合理性问题,指出了新疆气象数值预报业务系统维护应有的常态化工作,以及业务技术开发和短临预报系统建设所缺少的其它科技支撑等。提出以资料同化为支点的科技研发方向,对提高新疆区域数值模式预报研发和应用具有一定参考意义。

冰云粒子微物理属性在一次强降雨过程中的垂直分布

采用美国宇航局NASA的Cloud Sat卫星资料2B-CWC-RVOD和2B-CLDCLASS,并结合CERES Aqua MODIS Edition 3A资料,分析了一次降水过程中云类型和云中冰粒子微物理属性的垂直分布特征,探讨其与降雨量大小的关系。结果表明：冰云分布在2-11 km,越小的云参量值的出现频率越大。冰粒子有效半径在垂直高度上的分布存在明显的分层现象,且随着高度的升高呈变小的趋势。半径〉150μm的粒子集中在2-4 km;半径在100-150μm的粒子85.6%分布在2-6km;而半径〈50μm的粒子在整个云层均有分布,且分布比例随云层的升高而增大。冰水含量在垂直高度上呈近似正态分布,高值分布在云层中部6-7 km,且正在降雨地区云的冰水含量和柱含量值比非降雨区大。冰粒子数浓度随云层高度的上升呈增大的趋势。

新疆气候变化与生态环境的初步评估

近50a来,新疆气候变暖、降水增多的趋势明显,并将持续到21世纪末。新疆生态环境系统的总体特征是:水资源是新疆生态环境的核心;形成了山地、绿洲、荒漠三大生态环境系统;生态环境脆弱;土地有效利用率低;加强生态建设和环境保护具有很大潜力。在全球和新疆气候变暖的背景下,新疆极端天气、气候事件频发,防灾减灾形势更为严峻,而且绝大部分冰川退缩,并呈加速减退的趋势;但因气候变暖的同时降水增多,河流径流量呈增加趋势,生态环境随之有所恢复与改善,加之新疆又地处欧亚大陆中部,因而全球气候变化造成直接的、近期的负面影响,在新疆的表现比世界大多数地区要轻、要小。由于新疆气候变化、人类活动的负面影响以及资源利用效率低下、经济结构不合理等因素,新疆生态环境形势依然相当严峻,完全遏制生态环境恶化和实现生态环境全面改善任重道远。基于以上评估结论,提出了三项对策建议。

层状云微物理属性垂直分布的季节变化——以新疆地区为例

利用CloudSat卫星资料2B-CLDCLASS和2B-CWC-RVOD数据集,分别揭示了层云与层积云的云粒子等效半径、数浓度及含水量等微物理属性的垂直分布特征及其季节变化规律。结果表明:层云所在的云层高度比层积云高,特别是春季,层云可以延伸到11.0 km处,而层积云云层所在高度最高出现在夏季,最高延伸到8.5 km处。层云中的冰水分布在1.0~11.0 km,液态水分布在0~9.0 km,而层积云的冰水和液态水均分布在0~9.0 km。层云与层积云的冰粒子等效半径、水云粒子数浓度、液态水含量呈现随云层高度的增加而减小的趋势,冰粒子数浓度随云层高度增加呈增大趋势,冰水含量呈峰值分布,峰值出现在6~10 km范围内。各季节层积云粒子等效半径、粒子数浓度及水含量的最大值均大于层云的对应值,从这方面看,层积云更适合作人工增水对象。