利用WRF-3DVAR同化常规观测资料对近地层风速预报的改进试验

利用WRF 3DVAR同化系统和Evenson提出的方法在分析时刻添加扰动形成扰动型初始场,并在此基础上同化常规观测资料(包括固定站点的探空观测和常规地面观测),通过比较WRF3DVAR系统对整层大气的初始(分析)场及预报场的改进,检验了同化常规观测资料后WRF模式对研究区域内近地层风速的预报效果。结果表明,同化常规观测资料对初始场有改进,且对低层大气风场和温度场的改进较FNL资料明显;GFS同化常规观测资料后生成的初始场和FNL资料提供的初始场对风速和温度的预报在不同气压层存在不同的预报时效,低层(1000 hPa)风速和温度预报在前36 h改善明显,而在较高的500 hPa和200 hPa上风速预报在前36 h改进明显,温度预报则只在前12 h得到了改善;无论是采用FNL资料还是同化常规观测资料作为初始场,对近地层风速预报均在前36 h有改进,表明对于近地面风速这种短时间内变化较大的变量,同化与之时间和空间上较为接近的资料可能改善其预报效果。

CMIP5和CMIP3对未来中国近地层风速变化的预估

利用世界气候研究计划的第五阶段模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5,CMIP5)提供的参加政府间气候变化专门委员会第五次评估报告(The Fifth Assessment Report of Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC AR5)的23个全球气候模式和第三阶段模式比较计划/第四次评估报告CMIP3/AR4的19个全球气候模式,考虑高排放典型浓度路径RCP 8.5(Representative Concentration Pathway 8.5)和排放情景特别策划SRES A2(Special Report on Emission Scenarios A2)、中等排放(RCP 4.5和SRES A1B)和低排放(RCP 2.6和SRES B1)各3种温室气体排放情景,预估21世纪中国近地层(距地面10 m)风速变化。结果表明:21世纪中国区域近地层年平均风速呈减小的趋势,随着温室气体排放浓度的增加,年平均风速减小趋势的程度依次显著,模式预估风速减小趋势的一致性也依次增加。CMIP5和CMIP3模式的预估结果均表明21世纪中国西部地区(N和SW区)年平均风速呈减小的趋势,东部地区(NE和SE区)年平均风速呈增加的变化趋势。与21世纪前期(2006—2015年)相比,21世纪后期(2090—2099年)中国西部、华北北部至东北南部地区风速偏小,东北北部、华北南部至华南大部地区风速偏大。温室气体排放浓度越大,21世纪后期中国冬季(夏季)风速偏小(偏大)于21世纪前期的范围越大,偏小(偏大)程度越明显。

用计算机绘制近地层风速时空分布图

用计算机绘制近地层风速的时空分布图,清楚而形象地表现了近地层风速在时间和空间的分布及其变化规律,为污染气象的研究提供了一种必要的手段。本文简要介绍了多项式趋势面分析的方法和原理,并描述了计算程序的功能和程序框图。在此基础上编制了近地层风速等值线图和立体图的程序包,并用此程序包绘制了等值线图和立体图。本程序包不仅适用于近地层风速而且也适用于其他环境要素。

全球气候模式对未来中国风速变化预估

利用世界气候研究计划之第三次耦合模式比较计划(WCRP/CMIP3)提供的,参加IPCCAR4的19个气候模式和国家气候中心为IPCC第五次报告研发的新一代气候模式(BCC_CSM1.0.1)及模式集成,考虑高排放(A2)、中等排放(A1B)和低排放(B1)三种人类排放情景,预估21世纪中国近地层(离地10m)风速变化。预估结果表明:(1)21世纪全国平均的年平均风速呈微弱的减小趋势,且随着预估情景人类排放的增加,中国年平均风速减小趋势越显著。(2)冬季(夏季)全国平均风速呈减小(增大)趋势,人类排放量越多,冬季(夏季)风速减小(增加)程度越大。21世纪我国风速夏季(冬季)增大(减小)与全球变暖的背景下未来亚洲夏季风(冬季风)增强(减弱)有一定关系。(3)与20世纪末期(1980～1999年)相比,21世纪初期(2011～2030年)中国区域年平均风速A2情景下略偏小,A1B和B1情景下年平均风速无明显变化;21世纪中期(2046～2065年)和后期(2080～2099年),三种排放情景下中国年平均风速均比20世纪末期风速小。(4)21世纪初期、中期和后期均表现为冬季(夏季)平均风速比20世纪末期冬季(夏季)平均小(大)。(5)夏季中国中北部和东北地区风速偏大,其余地区风速无明显变化或略偏小;冬季除了东北北部和西藏东南部外,中国大部地区风速偏小。绝大部分地区超过50%模式一致地预估上述风速变化形式,具有一定的可信度。

中国及世界风资源变化研究进展

20世纪以来,随着能源需求成倍增长,风能资源因其安全、清洁、丰富的特性已成为世界上增长最快的能源方式。有关风能资源可持续利用的近地层风和风能资源变化研究也逐渐开展起来。20世纪观测事实研究表明,①全球高纬度地区风速呈增大趋势,而中低纬度地区风速呈减小趋势变化;②中国近50年来年平均风速呈明显的减小趋势变化;③中国区域城市化发展、测站迁址及测风仪器的变更都对中国年平均风速的长期变化产生了一定影响,但都不是近50年来中国年平均风速呈显著减小趋势的主因;大气环流的变化才是造成中国年平均风速呈显著减小趋势的最可能原因。与风和风能资源预估相关的研究表明,21世纪由于人为温室气体排放增加和全球变暖,中国年平均和冬季平均风速和风功率密度将可能减小,夏季平均风速和风功率密度的变化不确定性较大。目前,利用气候模式模拟和预估近地层风速方面的研究才刚刚开始,今后还需要做大量和长时间的研究试验,才能得到更可靠的结论。

南京秋冬季2次霾污染天气过程分析

针对2013年12月和2014年12月南京地区秋冬季的2次典型霾污染过程,利用地面观测资料和常规气象资料,对这2次霾发生前后以及发生期间的天气环境、天气条件进行观测、分析。该文还通过HYSPLIT-4观察2次污染气团的来源,并利用CALIPSO分析2次污染期间气溶胶组分,发现由南京及周边地区形成、并在局地停留发展壮大的污染气团容易形成重大霾污染事件,污染物主要来源于当地的工厂、交通、建筑等;由北方携带大量污染物的气团入侵到南京地区,容易造成南京的霾污染天气,并且污染物组分以灰尘、污染性灰尘为主。由于天气条件的不同,2次污染发生期间的污染程度存在着巨大的差异。通过文章研究,发现稳定的气象条件容易发生霾天气,特别是当近地层风速较弱、混合层高度低、出现强逆温以及产生弱上升运动时,容易发生严重性霾污染天气。研究还发现各气象要素的共同作用导致了霾污染程度的变化。

中国西北干旱区地-气温差变化成因分析

利用1961—2000年中国西北干旱区49个气象台站百叶箱气温、0cm地温、降水和近地层风速月平均资料,以及NCEP/NCAR再分析月平均资料,分析了我国西北干旱区地-气温差变化的原因。结果表明,20世纪后40a西北干旱区冬季地-气温差呈减小趋势,其可能原因是20世纪80年代后全球进一步变暖,西北干旱区对流层中层高度场升高、气温升高,风场易出现反气旋式环流距平,寒潮活动减少,近地层风速减弱使得气温增暖高于地温。而春初对流层中层高度场偏低时,气温偏低,降水偏多,风场易出现气旋式环流距平,近地层风速减弱使得气温增暖低于地温,所以春初地-气温差呈上升趋势。