华南前汛期起止日期的确定及降水年际变化特征分析

利用国家气候中心提供的华南地区74测站1957—2001年的逐日降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,对华南前汛期雨季开始期与结束期的定义标准作了改进;研究了华南前汛期降水雨量、雨日的年际变化特征以及变化趋势的空间分布特征;用小波分析法分析华南前汛期降水的周期分布特征。分析结果发现:45年来前汛期开始期总体上呈现偏早趋势,而结束期具有偏晚的趋势,两者的年际变化十分显著;45年来华南全区总雨量、雨日呈正趋势变化,且两者的空间分布特征非常相似。华南前汛期内雨量、雨日总体上呈现增长趋势并且具有明显的年际变化特征,存在准2年、3～5年、6～8年的振荡周期。

基于局地相似理论的蒸发波导计算方案及敏感性试验

蒸发波导是海洋环境中最常出现的异常大气折射结构,具有很高的利用价值。利用局地相似理论代替Monin-Obukhov相似理论来确定近地层温度、湿度垂直分布廓线,并借助热带海洋全球大气—海气耦合响应试验(TOGA COARE)中提出的总体通量算法,对Local模式和New的推导过程和算法设计进行了详细的阐述和说明。通过比较不同模式的计算结果和敏感性试验发现,在较强逆温和低风速(强稳定层结)条件下,除P-J模式外,基于Monin-Obukhov相似理论的蒸发波导模式计算的高度值均出现异常突变;而基于局地相似理论的Local模式能够有效抑制这种异常突变的现象,且与加入人为修正的P-J模式结果比较接近。New模式集Babin模式与Local模式的优点于一身,应该说是目前理论上最为完善的模式。

南海、东海蒸发波导出现规律的对比分析

利用2002年1～3月的铁塔平台气象水文数据以及New蒸发波导模型分析研究了南海及东海海域蒸发波导的出现规律,并利用实测数据对模型结果进行了检验。结果表明:南海海域蒸发波导的出现概率、高度、强度分别为100%、13.4m和30.3M,而东海海域分别为90%、9.1m和16.6M;除以14时为代表的中午时刻,南海海域一天当中蒸发波导基本上都出现在不稳定及近中性层结条件下,而东海海域蒸发波导在稳定、不稳定和近中性层结条件下的出现概率差别不大;相对蒸发波导高度而言,New模型诊断蒸发波导出现概率和强度的效果更好;不稳定及近中性弱不稳定层结条件下,New模型诊断的蒸发波导高度偏低,稳定层结条件下模型结果偏高,近中性弱稳定条件下模型结果与实测最吻合。

稳定层结条件下非线性相似函数对蒸发波导模型的改进

大气修正折射指数（M）廓线是描述大气折射环境的重要参数,也是评估电波传播的关键因子。为了提高稳定特别是强稳定层结条件下模型预测M廓线的效果,引入三种非线性无量纲相似函数BH91、CB05、SHEBA07对原始的Babin_V25模型进行了改进,并利用铁塔平台实测气象水文数据对改进后的模型预测效果进行了评估,同时将其与改进前的Babin_V25模型以及Local_HYQ92模型的效果进行比较。结果表明：引入非线性相似函数能明显改进模型预测M廓线的效果,尤其是最新发展的SHEBA07,改进后的Babin_SHEBA07模型能在稳定层结条件下预测M值、0~5 m及5~40 m内的M梯度均方根误差分别减少64.5%、16.6%和60.4%,但这种方法对蒸发波导高度的预测效果改进不明显;而基于局地相似理论的Local_HYQ92模型则能使稳定层结条件下M值、0~5 m内、5~40 m内的M梯度以及蒸发波导高度d的预测均方根误差分别减少76.7%、40.2%、83.7%和58.0%。考虑到在电磁波传播特性的评估中,M梯度比蒸发波导高度和M值本身更为重要,最终推荐在强稳定层结条件下选用Local_HYQ92模型和Babin_SHEBA07模型。

蒸发波导A模型在我国海区的适应性研究

蒸发波导是海洋大气中一种常见的自然现象,受其影响,电磁波的传播轨迹会显著改变。利用近几年采集的我国海区的实测修正折射率剖面和气象水文数据,得出了A模型在我国海区的适用性结论。所得结果对波导模型的修正和蒸发波导条件下雷达最大探测距离的预测具有一定的指导意义。

蒸发波导伪折射率模型特性

蒸发波导模型是用于获得海洋上近地层大气折射率或修正折射率廓线的典型方法,利用近几年海上试验采集获得的实测海上大气修正折射率剖面数据对由我国学者提出并在国内广泛使用的伪折射率模型的特性进行了分析,所得的结论对伪折射率模型的理解以及修正等方面具有一定的指导意义。

海面风场的数值模拟与反演的研究进展

简要回顾了目前国内外除常规方法外获得海面风场的2类主要方法,从这2类方法的研究进展中可以看到目前海面风场数值模拟和反演的发展状况。用数值模拟获得海面风场的方法因其对数值模式和环境的依赖较大,有其局限性;而通过散射计反演获得海面风场的方法,因其众多的优越性,成为近年来研究和业务应用中获得海面风场的主要方法。

蒸发波导A模型核心函数研究

通过理论分析给出了正确的蒸发波导A模型大气修正折射率廓线式。利用试验中采集的数据,分析了实测数值与A模型计算结果的差别,结果表明:A模型在不稳定层结条件下预测的波导强度偏差的均值要低于在稳定、近中性和中性层结条件下的结果,但偏差标准差却大于其他层结情况。同时,数据还显示了在不同气、海温差条件下,高度增加时实测大气修正折射率值与A模型值之间的偏差均值代数值和标准差代数值都有增加的趋势。

能见度参数化方案概述

以能见度的模拟为切入点,对能见度模拟计算中使用的不同参数化方案进行了回顾和总结,将目前出现的一些主要的参数化方案进行了分类,并对一些参数化方案的模拟效果进行了简述。

海气界面动量通量算法的改进

COARE(Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment)算法是国际上较先进的计算海气界面通量的算法。最新的COARE 3.0算法包含TY01方案和O02方案两种考虑真实海浪状态的海面空气动力学粗糙度方案;当有效波高和谱峰周期缺省时,利用Taylor01风浪特征量参数化方案可对它们进行参数化。在此基础上引入自主设计的WHP(Wind-wave significant wave Height and dominant wave Period)风浪特征量参数化方案和三种海面空气动力学粗糙度方案,即SCOR方案、GW03方案、PYP07方案以及更简单的Andreas12、Vickers15摩擦速度算法,利用NDBC(National Data Buoy Center)浮标数据、解放军理工大学风浪流水槽实验数据,针对中高风速条件(10 m/s≤U10≤25 m/s)比较上述方案对摩擦速度的预测效果。结果表明:WHP方案在COARE 3.0算法中的应用效果优于Taylor01方案,且新引入的SCOR、GW03、PYP07海面粗糙度方案对风浪特征量的观测误差敏感性更小、稳定度更高;水槽实测数据的对比结果表明,WHP方案结合SCOR海面粗糙度方案计算的摩擦速度与实测值最接近;引入其他三种实测数据的检验结果表明,原始COARE 3.0算法会低估摩擦速度,而WHP方案结合SCOR海面粗糙度方案能更准确地预测摩擦速度随10 m风速的增长趋势。

0920号超强台风“卢碧”引起的强海上大气波导成因分析与数值模拟研究

基于中国台湾地区主持的侵台台风之飞机侦察及下投式探空仪观测实验(Dropwindsonde Observations for Typhoon Surveillance near the Taiwan Region,DOTSTAR)获得的高分辨率下投式探空仪探测资料,分析了2003年9月—2012年8月所有发生在中国台湾地区附近海域的台风型大气波导事件,遴选出一次由0920号超强台风"卢碧"引起的强台风型海上大气波导过程作为研究对象。利用欧洲中期数值预报中心(ECMWF)再分析资料(水平分辨率0.125°×0.125°),对此次波导的生成原因进行了分析;基于WRF模式比较了不同初始化方法对台风强度、尺度和周围台风型大气波导的模拟能力。结果表明,此次强台风型大气波导发生在台风环流西北侧外围的弱下沉运动区,其形成与850 hPa高度附近北方强干空气平流导致湿度随高度锐减密切相关。在数值模拟中运用台风动力初始化方法,可以有效改进台风强度、路径和尺度的模拟效果,进而有利于改善台风型大气波导尤其是波导层所在高度的模拟效果。台风外围出现的大气波导通常以悬空波导为主,模拟效果与台风螺旋雨带和内核尺度的模拟关系密切,而与台风强度和眼墙结构关系不大。中尺度数值模式WRF具有模拟台风型大气波导的能力,是研究台风型大气波导的有力手段。

一次伴随雷达异常地物回波的超视距探测成因分析与数值模拟研究

大气波导对电磁波的陷获作用可以通过雷达超视距探测和异常地物回波等现象被直观感知和捕获.文中基于欧洲中期数值预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)ERA5再分析资料、葵花卫星云图和WRF4.2模式,对福建中南部及粤东沿海天气雷达探测到的一次伴随异常地物回波的超视距探测现象开展成因分析和数值模拟研究.研究结果表明:此次大范围异常地物回波的出现与台湾海峡持续存在的显著大气波导过程有关.台湾海峡受高空槽后下沉运动与低空暖脊共同影响,存在逆温层结与强烈的湿度随高度锐减层,有利于大气波导形成;模拟时段中后期,台湾海峡几乎被顶高200-600 m的表面波导全覆盖,且波导强度持续增强,最终整体强度达到40 M单位以上.进一步利用WRF模式模拟预报的气象雷达传播路径上非均匀大气波导廓线,输入电磁波传播模型,结果与雷达实测回波的主体结构吻合,证实了利用中尺度模式开展大气波导预报与传播应用的良好前景.

IMPROVEMENT TO THE EVAPORATION DUCT MODEL BY INTRODUCING NONLINEAR SIMILARITY FUNCTIONS IN STABLE CONDITIONS

Modified refractivity (M) profile is an important parameter to describe the atmospheric refraction environment,as well as a key factor in uniquely evaluating electromagnetic propagation effects.In order to improve the model-derived M profile in stable (especially very stable) conditions,three nonlinear similarity functions,namely BH91,CB05,SHEBA07,are introduced in this paper to improve the original Babin_V25 model,and the performances of these modified models are verified based on the hydrometeorological observations from tower platforms,which are finally compared with the original Babin_V25 model and Local_HYQ92 model.Results show that introducing nonlinear similarity functions can significantly improve the model-derived M profile;especially,the newly developed SHEBA07 functions manage to reduce the predicted root mean square (rms) differences of M and M slope (for both 0-5m and 5-40m) by 64.5%,16.6%,and 60.4%,respectively in stable conditions.Unfortunately,this improved method reacts little on the evaporation duct height;in contrast,Local_HYQ92 model is capable of reducing the predicted rms differences of M,M slope (for both 0-5m and 5-40m),and evaporation duct height by 76.7%,40.2%,83.7%,and 58.0% respectively.Finally,a new recommendation is made to apply Local_HYQ92 and Babin_SHEBA07 in very stable conditions considering that M slope is more important than evaporation duct height and absolute M value in uniquely determining electromagnetic propagation effects.

“大气物理学”混合式教学实施策略与实践反思

依托自建的校级优秀SPOC示范课程,针对不同专业和首次任职方向的本科学员,开展“大气物理学”线上线下混合式教学实践探索,逐步形成了基于目标先行、重在课堂面授、遵循结果导向、倡导学科融合的“校本特色混合模式”,提升了混合课程的教学效果,加之反思和总结实践经验及存在的问题,以期为混合式教学改革提供经验交流和实施策略。

研究生专业课课程思政改革——培养科研能力、成长型思维与家国情怀

设计“必备能力与素养提升”“成长型思维模式培养”和“家国情怀与学科自信”三大思政专题,深度优化课程教学内容改革,增加“知识点延伸讨论”“编程实践挑战”“文献阅读剖析”和“时事热点解读”“心理加油站”等环节,将思政教育与课程内容有效融通,培养德才兼备、具有成长型人格和家国情怀的大气科学专业强军人才。

一次黑潮海洋锋强迫下的蒸发波导突变性与非均匀性的观测与模拟研究

蒸发波导是影响海上雷达系统探测性能的主导机制,海表温度(SST)锋带来的蒸发波导非均匀性和突变性具有重要的研究价值。2018年春季航次“海气相互作用观测试验”,曾两次穿越黑潮海域获取了珍贵的观测资料。在此基础上,结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)再分析资料(ERA-Interim)和HYSPLIT(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectories)气块轨迹溯源,分离出两个重要的走航观测时段。S1段(持续约21 h)气流从暖海水区吹向冷海水区,以稳定层结为主,其间因黑潮海洋锋的存在,气流由黑潮主体的暖水区吹向大陆冷海区时,形成具有强逆温层的海洋边界层,并伴随海雾的生成,导致此处蒸发波导高度突降为0。此后为持续近66 h的S2段,气流由冷海水区吹向暖海水区,以近中性弱不稳定层结为主,蒸发波导高度基本维持在12 m高度。数值模拟结果表明,模拟时段内的黑潮海洋锋区,蒸发波导高度突变性和非均匀性始终存在,且伴随暖海水吹向冷海水的锋区突变性更强。黑潮海洋锋对蒸发波导的这种天气尺度强迫作用的加强与层结稳定度的突变和海雾的生成有关。

高等大气物理学课程改革实践

文章指出,“高等大气物理学”课程需深度优化教学内容,增加知识点延伸讨论、编程实践挑战、文献阅读剖析等环节,基于对话框架理论开展线上线下混合式教学,从科研技能和情感智力两方面培养研究生学员的科研能力。

气溶胶与边界层浅云的相互作用对远海高压型悬空波导数值模拟的影响

远海悬空波导陷获层底的位置通常与边界层浅云的云顶有很好的对应,气溶胶与边界层浅云的相互作用及其产生的辐射强迫将改变悬空波导的结构.文中利用天气预报-化学(weather research and forecasting-chemistry,WRF-Chem)模式通过设计不包含完整气溶胶-云-辐射的EXP0试验(相当于WRF模式)和包含完整气溶胶-云-辐射相互作用(即气溶胶直接和间接效应)的EXP1试验,对2016年5月观测到的一次珍贵的远海高压型超强悬空波导过程进行了模拟分析.结果表明:远海高压天气形势下,EXP1试验模拟的由气溶胶活化后形成的云滴数浓度比EXP0试验云滴数浓度预设常值(100个cm-3)偏低;当伴随边界层浅云出现时,EXP1试验模拟的波导顶高和强度较EXP0试验更接近于实测;夜间进行的3次观测位于高压中心附近的无云区,此时气溶胶的直接和间接效应均可忽略,因此两组试验模拟的差异极小.这一结果从侧面说明,在有边界层浅云出现的远海区域,包含完整气溶胶-云-辐射效应的WRF-Chem模式有利于提高悬空波导特征量的模拟效果.

理论与实践一体化教学模式在普通气象学课程中的应用

普通气象学课程是气象海洋类专业学生的基础理论核心课程。课程教学团队在多年教学经验的基础上,探索了理论与实践一体化教学模式。在实际教学过程中,重点聚焦一体化教学内容的设计、课堂的具体教学实施、课程考核模式的改革等方面。实践表明,一体化教学模式符合学情,有利于激发学生的学习兴趣,教学效果提升明显。

一流本科课程建设的改革与实践--以动力气象学课程为例

在教育部实施以建设一流本科教育为目的的“双万计划”背景下,动力气象学课程教学团队对标高校本科专业教学质量国家标准,针对传统专业理论课程的特点和教学难点,不断开展教学改革和实践,初获成效。文章从动力气象学的课程特点、教学难点、教改方案和建设成效等方面进行分析和总结,以期为大气科学专业课程的建设提供有益参考。