中尺度天气系统适应性观测研究进展及其在大城市短临预报中的应用构想

如何提高中尺度天气系统预报技巧是天气预报领域的重大科学问题之一。中尺度天气系统的发生和发展受到大气热动力条件、地形及污染条件等多重影响,且由于模式本身及初值的不确定性,中尺度天气系统所产生的对流天气预报仍有较大误差。通过在重点地区开展适应性观测试验降低模式初始场的不确定性是行之有效的方法之一,基于此有望更准确地揭示中尺度天气系统触发和形成机制、提高对流天气模式预报水平。首先,提出一种适应性观测试验的技术路线,即在已有的京津冀地区现代气象探测网基础上,采用集合变换卡尔曼滤波方法识别典型中尺度对流性天气的观测敏感区,结合无球探空移动观测平台,通过观测与预报互动方式,开展目标区的中尺度天气适应性观测试验,研究京津冀地区夏季对流天气触发机制,探索提高灾害性对流天气预报技巧的新方法。然后,针对大城市区域对流天气短临预报预警面临的低层大气垂直观测系统存在的“大网捞小鱼”问题,可通过构建由5个具有垂直观测能力的站点所组成的金字塔形对流层低层大气垂直观测系统,提出随云团大小和位置变化而变化的动态三角形组网观测技术,以获得不同空间尺度的大气动力廓线,进而增进对对流天气触发、发展和演变机理的认识。最后,探讨了适应性观测与大城市气象保障服务之间的内在联系,针对大城市大气垂直观测中尺度站网科学布局和以改进城市短临预报精度为目的的适应性观测等问题,给出具体建议,并展望以观测-预报互动为主要特征的中尺度适应性观测试验技术对大城市气象保障服务的科学价值和应用前景。

天基、地基资料反演边界层高度比较

以兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)为研究站点,利用该站微波辐射计资料、地基微脉冲激光雷达资料以及对应的星载CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observation)激光雷达(天基)资料反演边界层高度。微波辐射计温度资料采用气块法,微脉冲激光雷达后向散射信号资料采用曲线拟合法和小波变换法(Haar小波变换法与Mexican Hat小波变换法),CALIPSO Level 1散射廓线采用最大方差法与Mexican Hat小波变换法,同时利用Level 2气溶胶层产品获得边界层高度。相比于应用于微脉冲激光雷达资料,小波变换法在应用于CALIPSO Level 1资料时对小波振幅的初值更加敏感。对比三种资料反演的边界层高度,微波辐射计资料与微脉冲激光雷达资料的结果更加相近,且显示出明显的季节变化,夏季达到最大值,这也与CALIPSO Level 2的结果一致。但是利用CALIPSO Level 1资料得到的边界层高度随季节的变化不明显。

基于射线追踪技术与电磁等效原理的几何光学近似模型的设计与验证

对于大尺度参数粒子的光散射特性,目前国内研究大多采用传统几何光学近似模型(GOM)对其进行计算,但该方法在计算尺度参数小于300的粒子时效果变差。对此,将电磁等效原理与射线追踪技术相结合,并考虑衍射以及粒子吸收的影响,自主开发了一套GOM,实现了GOM计算范围的拓展。将本文计算结果与不变嵌入T矩阵模型、物理-几何光学近似模型进行对比。结果表明,本文计算结果同其他模型的结果具有较高的一致性,本文模型可为大尺度冰晶粒子光散射计算提供有效手段。