基于拉格朗日混合单粒子轨迹模式(HYSPLIT)的核污染物扩散数值预报技术

本研究利用拉格朗日混合单粒子轨迹模式(HYSPLIT)开展了核污染物数值预报试验。欧洲示踪试验和虚拟事故情景下的模拟预报试验结果表明,HYSPLIT模式模拟的1h内轨迹最小绝对误差约为0.2°,该模式可以有效地预报核污染物的扩散轨迹。模拟轨迹误差主要受风向和风速的影响,且初始状态误差会使轨迹模拟的误差随着预报时效增加而逐渐增大;对于单次轨迹模拟,模式模拟轨迹会存在偏差,但在一定时间范围内,轨迹模拟可以很好反映示踪剂在释放后空间范围内整体的分布特征;利用大气扩散模式HYSPLIT和中尺度天气预报模式(WRF),可以实现区域核污染物的数值预报,模式可以预报出事故区域核泄漏物质的扩散路径和浓度分布。

修正的拉格朗日K模式及其在区域尺度中的应用

本文建立了模拟区域尺度的大气污染物输送与扩散过程的拉格朗日K模式，该模式结构简单，计算量小。初始浓度场采用高斯烟流扩散模式确定大气污染物的垂直分布，克服了区域模式在近距离短时间预测浓度精度不高的缺点。应用修正的拉格朗日K模式预测了江苏省区域排放的SO2在大气中输送与散布过程，验证结果表明该模式的精度能够满足区域环境污染物分布预测等环境应用的需要。

拉格朗日烟团空气质量模式系统气象要素模拟验证

侧重介绍拉格朗日烟团空气质量模式系统及其在北京的应用。这套模式系统充分考虑了天气系统与中、小尺度气象过程对污染物之输送、扩散、转化和迁移过程的影响,区域与城市尺度之间大气污染物的相互影响,以及污染物在大气中的气相与液相化学过程、气溶胶过程和干湿沉积过程对污染物浓度时空分布的影响。在空气质量模拟方面,采用烟团函数分割方法,垂直坐标采用地形追随坐标。可以模拟区域与城市尺度大气气溶胶、对流层臭氧、酸雨、能见度和常规污染物的浓度。在环境风险预警与应急过程中,能为政府提供可靠的环境空气质量及暴露水平数据。通过对比气象要素(风向、风速和露点温度)的模拟值与观测值,结果表明,模拟值与其相应的观测值具有很好的线性关系,相关系数分别为0.95,0.74,0.94。这套模式系统将诊断模型与中尺度模型相耦合,对城市区域的环流特征和边界层结构具有很好的模拟能力,同时能够较真实地模拟下垫面非均匀性对大气边界层结构和局地天气条件的影响。

基于拉格朗日方法的中国东部雨季水汽输送垂直特征

利用基于拉格朗日轨迹追踪模式(HYSPLIT),结合区域源汇归属法,追踪1961~2010年中国东部地区雨带推进过程中各雨季后向轨迹,定量确定各雨季不同垂直层上的水汽输送路径与水汽贡献。结果表明在南海夏季风爆发前的华南前汛期,低层最主要水汽通道为太平洋通道,轨迹占比达到52.3%,中高层最主要的水汽通道为印度洋通道,占比超过37%;水汽主要源自低层的西太平洋和中国东部地区,水汽贡献均在20%以上。南海季风爆发后的华南前汛期,低层到高层最强水汽通道均为印度洋通道,特别是中层,轨迹数量达到了65.6%;印度洋源地的贡献明显增加,中高层水汽主要源自印度洋,低层最主要的水汽源地为中国东部和南海。江淮梅雨时低层最主要通道为太平洋通道,中高层最主要通道为印度洋通道,相比华南前汛期,在中高层印度洋通道减弱,而西风通道增强。华北雨季中,低层最主要水汽通道为太平洋通道,而中高层最主要的水汽通道为欧亚大陆中纬西风通道。江淮梅雨和华北雨季中,最主要的源地为中低层的中国东部地区和西太平洋地区,特别是华北雨季中,来自中国东部局地低层的水汽达到了43.1%,表明低层局地蒸发对华北雨季降水起到至关重要的作用。

一次东北冷涡的天气学分析及基于HYSPLIT_4模式的水汽通道特征

该文基于拉格朗日方法的水汽追踪模式(HYSPLIT_4)后向追踪2016年7月23—29日东北冷涡降水过程的水汽输送及来源情况,结合高低空环流形势及物理量场的分析,简述此次过程中东北冷涡的结构特征。结果表明:(1)东北冷涡发生发展过程中,雨带逐渐呈现东北—西南走向,并向东移动。(2)高低空的影响系统在垂直方向上呈后倾结构,高低空急流的配置、冷暖平流的交汇及低层水汽的辐合上升运动造成此次降水。(3)水汽主要来源于孟加拉湾和南海,中层少部分水汽来自西部里海。

南宁市酸沉降来源的研究

建立2类模式(拉格朗日烟团轨迹模式和欧拉模式)研究南宁市的酸雨成因,计算出硫沉降场的分布特征和南宁市与广西各地区之间硫输送的关联矩阵。结果表明,2001年外来源的贡献占南宁市总硫沉降量的72%,而本地源的贡献占南宁市总硫沉降量的28%,故在南宁市的酸雨形成过程中外地源占据主导地位。自2001年8月—2002年9月,桂林、柳州、梧州、南宁4个城市环保监测站同步进行的10次降雨过程的pH观测结果亦表明,对南宁市硫沉降贡献最大的仍为外来源。因此,这2类模式的计算结果合理。

两次强对流背景下的对流层向平流层输送特征模拟与分析

为了研究强对流及其背景大尺度天气系统在对流层向平流层输送（TST）过程的作用，分别对发生在低纬度和中纬度的两次强对流天气过程进行了模拟。对于发生在广西及其附近地区的低纬度强对流天气来说，云顶温度较低，强对流所带来的直接TST输送约占总输送数的18%，强对流所在的天气尺度或大尺度的系统造成的输送约占总输送数的82%。对于发生在河北及其附近地区的中纬度强对流来说，云顶温度略高，强对流所带来的直接TST输送约占总输送数的0.17%，强对流所在的天气尺度或大尺度的系统过程造成的输送约占总输送数的99.83%。从输送到平流层以后粒子的移动方向来看，这两次过程强对流引起的直接输送都向西南方向移动，而天气尺度或大尺度系统引起的输送都向偏东方向移动。总的来说，强对流所在的背景天气尺度或大尺度的系统所引起的TST都远大于强对流的直接输送。天气尺度或大尺度的系统引起的输送一般发生在强对流发生的2天后，在强对流发生8～9天后达到最大值。

供应链碳足迹的核算方法

面对全球变暖产生的资源和环境问题,将碳核算范围延伸至供应链上下游,对碳足迹进行供应链视角的核算,以便更准确地度量整个链上活动的碳排放量,对有效地实施节能减碳具有重要的意义.结合供应链管理理论及气象学理论,考虑碳足迹气体的扩散特性,应用高斯模式和拉格朗日K模式分别建立了供应链静态排放源和动态排放源的碳足迹通用计算模型.以纺织服装供应链的碳足迹计算为例,对模型进行了仿真计算.结果表明,这种细化到供应链企业单个活动、单个流程的碳足迹的计算,能够从更微观的视角度量碳足迹,为制定合理的供应链低碳管理策略提供理论依据.

南宁市酸沉降来源的研究

通过建立拉格朗日模式和欧拉模式研究了南宁市的酸雨来源,研究发现,南宁市的酸雨形成以外地源占据主导地位。这一结论与广西区降雨过程的pH值观测结果是一致的。

2020年6~7月西南地区东部降水异常偏多的水汽输送特征

利用1961~2020年西南地区东部118个气象站逐日降水量资料和1979~2020年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA5逐月再分析资料以及美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的逐6 h全球再分析资料,采用相关、回归、聚类、混合单粒子拉格朗日综合轨迹(HYSPLITv5.0)模型模拟等方法对2020年6~7月西南地区东部降水异常偏多特征、大尺度水汽输送特征及水汽收支状况和主要水汽源地及贡献等进行了分析,定义了关键区水汽强度指标,分析了关键区水汽强度与海温的联系。结果表明,2020年6~7月西南地区东部平均降水量异常偏多5成,为1961年以来最多,除贵州中部和四川东北部的局部地区降水较常年略偏少外,其余地区降水均较常年明显偏多。2020年6~7月200 hPa上高空急流位置偏南,西南地区东部正好位于急流轴以南地区,高层强辐散流出,低层强辐合流入,配合从低层到高层的深厚的强烈的垂直运动,为降水提供了良好的动力条件,而西太平洋副热带高压(副高)明显西伸,有利于其西南侧的暖湿气流向西南地区东部输送,使得该区域降水偏多。采用拉格朗日方法计算的定量的水汽轨迹追踪结果表明2020年6~7月西南地区东部降水的水汽路径70.5%来自于孟加拉湾、南海和阿拉伯海等南方路径,17.6%来自于北方路径,11.9%来自于局地。前冬赤道中东太平洋海温偏高和热带印度洋全区海温偏高,西太平洋副高明显偏西、偏强,孟加拉湾和南海地区为东风距平,有利于南海地区向西的水汽偏强,不利于孟加拉湾地区向东的水汽输送;与此同时,菲律宾至我国南海附近为异常反气旋,使得中南半岛北部地区为偏南风距平,有利于中南半岛北部地区向北的水汽输送偏强,共同造成西南地区东部降水偏多。

2021年“7.20”河南暴雨水汽输送特征及其关键天气尺度系统

本文重点分析了2021年“7.20”河南暴雨水汽输送特征、水汽来源以及关键天气尺度系统。双台风“烟花”和“查帕卡”以及西太平洋副热带高压共同为“7.20”河南暴雨提供了充足的水汽条件。然而,就暴雨的水汽供应而言,仅以台风和西太平洋副热带高压的作用难以解释2021年7月20日发生的日降水量663.9 mm和1小时最大降水量201.9 mm的极端暴雨事实。水汽通量分析和LAGRANTO模式轨迹分析结果表明,20日在河南南侧形成了一个很强的经向水汽通量带(850 hPa以上),它与台风和西太平洋副热带高压引起的低层水汽通量带在河南附近汇合,为暴雨提供了最为充沛的水汽条件。我们强调,20日在河南以西地区上空发生了对流层顶反气旋式波破碎事件,它与台风协同作用,引发了河南南侧的强经向水汽通量,从而导致此次极端暴雨事件。

利用航测数据反推福岛核事故^(137)Cs的释放量

日本福岛第一核电站发生事故后,造成大量的放射性物质释放。为准确评估事故的释放量,本文根据美国公布的航测137 Cs地面沉积浓度图和日本福岛第一核电站事故发生后观测的气象数据,利用拉格朗日烟团模式反推137 Cs的释放量,并通过计算估算日本福岛第一核电站核事故向大气释放的131I当量,约为1.07×1018 Bq,估算结果与日本政府公布的估算结果接近。

华南前汛期降水异常年水汽输送特征分析

基于华南地区76个站点的逐日降水资料及NCEP再分析资料,采用拉格朗日方法的气流轨迹模式(HYSPLIT_4),分析了1980—2011年华南前汛期锋面降水和季风降水的水汽输送轨迹、主要源地及不同源地水汽贡献率。结果表明:锋面降水阶段气流轨迹主要有来自西北太平洋的东风气流、阿拉伯海-孟加拉湾的西风气流和欧亚大陆的西北冷空气。在锋面降水偏多年,西北太平洋的东风气流水汽输送贡献为69%,比偏少年多14%,阿拉伯海-孟加拉湾的西风气流输送贡献为20%,比偏少年少10%,此阶段受来自西北太平洋的水汽影响较大。季风降水阶段气流轨迹主要有来自北印度洋的越赤道气流、西北太平洋的东风气流和欧亚大陆的西北冷空气,在季风降水偏多年,来自北印度洋的越赤道水汽输送贡献为88%,比偏少年多18%,而西北太平洋的水汽输送贡献为7%,比偏少年少15%,此阶段受西南越赤道气流的水汽输送影响较大。

沙尘重粒子在对流边界层中的扩散模拟

用拉格朗日随机模式 (LagrangianStochasticModel)结合大涡模拟所得对流边界层三维湍流场的时间序列 ,研究沙尘类重粒子在大气中的扩散特性。对地转驱动风速为 0、2、4m·s-1的对流边界层情况和重粒子落速为 0 2、0 4、0 6m·s-1的情况 (对应沙尘粒子直径约 5 3、80和 10 4 μm)分别进行模拟 ,并与被动粒子扩散的情况进行比较。模拟的被动扩散情况与水槽实验及前人的数值研究结果相符甚好。对重粒子扩散的模拟结果显示了 2方面的内容。一方面 ,较小的颗粒 (5 3μm)在边界层中的扩散特征与被动扩散接近 ,较大的颗粒 (10 4 μm)则不易扩散到边界层上层 ,这与经验直观的情况相符。另一方面 ,若保持其他条件相同 ,较强的平均风有利于较重的粒子在边界层中的沉降 ,这一结果有待观测验证。

2020年7月5—6日武汉江夏特大暴雨水汽源地和输送特征分析

基于武汉市加密站的降水量资料和ERA5再分析资料,对2020年7月5—6日发生在武汉江夏的一次特大暴雨过程的水汽通量、水汽收支进行分析,并引入拉格朗日混合单粒子轨道模型(HYSPLIT4)定量分析暴雨过程中的水汽来源以及水汽源区对降水的贡献。结果表明:(1)天气系统的有效配置和异常稳定是本次江夏特大暴雨产生和维持的主要原因。(2)特大暴雨所需水汽主要由南边界和西边界输入暴雨区,低纬度印度夏季风环流和副高外沿的偏南气流对水汽的输送和聚集是此次特大暴雨得以发生发展的必要条件,两支环流中偏南气流带来的水汽净流入是暴雨区水汽净收支的主要贡献者。(3)定量估算结果表明,水汽源地可追踪至印度洋、孟加拉湾-南海和西太平洋,对此次特大暴雨事件的水汽贡献率分别是24%、41%和34%。(4)对流层低层的水汽通道和源地发现925 hPa以南方路径为主,其水汽来源大值区为西太平洋和南海,而850 hPa则以西南路径为主,其水汽来源大值区位于印度洋和孟加拉湾。

亚洲季风区夏季近地层CO向上对流层输送过程的模拟

基于全球大气研究排放源（Emission Database for Global At mospheric Research,EDGAR,3.2版本）的CO地表排放源数据,借助于拉格朗日大气轨迹输送模式FLEXPART,通过数值模拟手段,初步探讨了2006年夏季亚洲季风区CO异常分布形成的原因及深对流向上输送和反气旋控制作用相关的输送过程。比较分析发现,受到地表排放源等不确定因素的影响,数值模拟和卫星资料反演的CO浓度存在一定偏差（体积分数相差可达2×10-8~3×10-8）,但其时空变化特征具有相对的一致性。仅在大尺度风场的驱动下,模式亦可以模拟出上对流层区域CO浓度分布特征,但进一步考虑对流抬升的输送作用后,模拟结果和实际资料更吻合,表明亚洲季风区上对流层区域CO浓度大值区的形成是中小尺度对流抬升和大尺度输送的共同作用,但后者影响程度更大。亚洲季风区夏季上对流层区域的CO主要源于印度半岛北部、非洲中部和中国东北部地区的地表排放。该区域CO异常分布主要和两个输送过程相关：一个是大尺度输送和中小尺度对流抬升在垂直方向的输送,使得对流层下部的高CO浓度大气可以很快地抬升到上对流层,甚至可以达到16km的对流层顶高度附近,然后在哈得来环流以及南亚反气旋的影响下,进一步向低纬热带地区输送;另一个是对流层中低层向东和向极一侧的输送使得印度中南部、阿拉伯半岛甚至非洲中部成为亚洲季风区内CO远距离输送的源区。

不同PDO背景下华南前汛期锋面和季风降水的水汽输送差异

基于华南地区60个站点的逐日降水资料及NCEP再分析资料,采用拉格朗日后向气流轨迹模式(HYSPLIT_4.9),分析了1960—2012年PDO(Pacific Decadal Oscillation,太平洋年代际振荡)不同相位期间,华南前汛期锋面和季风降水的水汽输送轨迹、主要源地及不同源地水汽的降水贡献率的差异。结果表明:1)锋面降水阶段,在PDO正相位期间,西太平洋-中国南海-孟加拉湾水汽较多;夏季风降水阶段,在PDO正位相期间,北印度洋-孟加拉湾-中国南海的整层水汽含量较多。2)锋面降水阶段,水汽主要来自西北太平洋与中国南海,在PDO正相位期间,副热带高压位置偏北,使得西太平洋水汽输送路径偏北,有更多水汽向华南输送,有利于华南季风降水形成,降水与PDO呈显著的正相关关系。3)季风降水阶段,在PDO正位相期间,尽管北印度洋-孟加拉湾-中国南海的整层水汽含量大,但并未都输送至华南,故形成的有效季风降水偏少,降水与PDO呈显著的负相关关系。

Calculations of ■(p^6) Resonance Coupling Constants in Scalar Sector of ENJL Model

We derive the scalar resonance coupling constants of resonance chiral theory from the extended Nambu Jona-Lasinio model by using heat-kernel expansion.

A novel two-stage Lagrangian decomposition approach for refinery production scheduling with operational transitions in mode switching

To address large scale industrial processes,a novel Lagrangian scheme is proposed to decompose a refinery scheduling problem with operational transitions in mode switching into a production subproblem and a blending and delivery subproblem.To accelerate the convergence of Lagrange multipliers,some auxiliary constraints are added in the blending and delivery subproblem.A speed-up scheme is presented to increase the efficiency for solving the production subproblem.An initialization scheme of Lagrange multipliers and a heuristic algorithm to find feasible solutions are designed.Computational results on three cases with different lengths of time horizons and different numbers of orders show that the proposed Lagrangian scheme is effective and efficient.

南疆西部初雪气候特征及典型强初雪天气分析

基于1961—2020年南疆西部16个气象站初雪资料、利用ERA5再分析资料、全球资料同化系统(GDAS)分析资料及常规气象资料,分析南疆西部近60年初雪的气候特征,以2020年11月20—22日典型强初雪天气为例分析异常降水的大尺度环流背景、暴雪高低空环流配置、水汽特征及雨雪转换机制。结果表明:近60年南疆西部平原初雪变化稳定,山区初雪呈显著延迟趋势。强初雪发生在中高纬度大尺度环流呈现异常“+-+”的距平分布和500 hPa典型的“东西夹攻”形势下,深厚的中亚低涡为暴雪提供有利的水汽条件,高低空急流的耦合作用和地形的动力抬升作用为暴雪提供动力条件。暴雪区中高层水汽主要来自偏西路径的欧洲大陆、西西伯利亚及黑海、里海、喀拉海等洋面,低层水汽主要来自塔里木盆地内部回流的水汽。低层环境湿度、边界层温度平流及云层属性差异是造成此次暴雪相态差异的主要原因,云顶发展旺盛的冰晶云在干燥的低层环境下更有利于降雪。850 hPa气温<0℃可作为此次南疆西部暴雪天气雨雪相态转换指标。