一流大学背景下大气科学专业课程改革探研

本文在中山大学教学改革专项基金的支持下,介绍了大气科学核心专业课程之一的"雷达气象学"课程创新改革探研情况,拟通过对课程改革建设成果的实践分析,探索分析大气科学学科专业课程改革的重点和难点。提出在大气科学专业课程教学中,加入创新性实验教学、开放性研究以及网络教学环节等平台和教学手段,无论学生还是教者均受益,教学效果远远可超过单纯专业理论教学的结论。

广州大气环境因素与SARS疫情短期变化关系的研究

根据SARS疫情和同期大气环境要素资料,利用时间尺度分离技术、谱分析和相关分析方法,研究大气环境因素对SARS疫情的影响,结果发现大气环境因素与SARS发病有密切关系:广州SARS每日新增病例数和大气要素存在几乎一致的3～5天变化周期,且疫情涨落和大气要素变化间有显著的相关性。由此推论天气变化对SARS疫情起伏有影响。此外,统计结果表明冷空气活动使SARS疫情加重。

1998年青藏高原东部及其邻近地区大气热源与南海夏季风建立的关系

利用 1998年 5 8月南海季风试验期间的站点观测资料及NCEP再分析资料 ,计算了大气热源和水汽汇 ,并分析了南海季风爆发前后季风区对流层温度演变及其热力机制。结果表明 :南海夏季风的爆发与季风区对流层中高层南北温度梯度的逆转密切相关。南北温度梯度最先在孟加拉湾以东季风区发生逆转 ,半个月后在印度半岛及其以西地区逆转。季风爆发前中南半岛北部对流层中高层的迅速增温是由感热和潜热共同造成的 ,而华南及南海北部地区的增温则是由暖平流所致。 5、6月高原东部对流层中高层由非绝热加热造成的显著增温对东亚夏季风的北进和维持是非常重要的。 5、6月高原地区热源以感热为主 ;7。

1998年5～8月青藏高原东部和邻近地区大气热源日变化特征及其与高原环流的关系

利用 1998年 5～ 8月“南海季风试验”期间观测站的探空及地面资料 ,计算并分析了高原及邻近地区大尺度大气热源和水汽汇的日变化特征及其与高原环流的关系。初步结果表明 :中南半岛—高原东部的大气热源在早上弱 ,傍晚较强 ;南海北部—华南—华中的热源在早上强 ,傍晚弱。水汽汇的日变化与热源基本相似。傍晚高原东部上升运动明显增强 ,高原及其南侧的局地经向季风环流增强 ;高原东部下游地区傍晚的上升运动减弱或变为下沉 ,形成一个西升东降的局地日变热力纬向环流。

北京商务中心区大气环境的数值模拟

北京商务中心区(Central Business District,CBD)位于北京市中心的东部,距离故宫博物院约4.5km,占地约4km2,最高建筑物超过300m,建成后会导致局地大气环境改变。采用基于k-ε湍流闭合的城市冠层模式对CBD建成后的大气环境进行模拟,结果表明:主导风向西北风时的大气通风能力稍优于次主导风向西南风,空气动力学粗糙度约5.3m,零平面位移约110.0m;浅色建筑外观、屋顶绿化及高叶面指数植被有助于气温的降低,可缓解夏季热岛效应;交通高峰时段,主要道路尤其是交叉路口的NOx浓度超过国家二级标准。上述研究结果对优化CBD规划设计有重要参考价值。

飞机起降过程污染物排放对机场周边大气环境影响研究回顾与进展

航空运输业的飞速发展引起了人们对飞机场污染物排放的关注。飞机污染物的排放过程主要包括起降过程和巡航过程。目前对机场飞机排放污染物的研究主要集中在飞机的起降过程(LTO循环过程),研究手段主要为模型分析,如EDMS模型分析、SMOKE/CMAQ模型分析等,只有少量的实地采样研究。未来的研究需更细化,增加实地采样,开展定量的分析研究。

广州地区大气能见度与颗粒物关系的初探

采用番禺大气成分站2007—2013年的能见度、颗粒物(PM1、PM2.5、PM10)及番禺气象局站的相对湿度(RH)资料,对颗粒物7年来的变化状况进行了分析。以RH为标准,将能见度和颗粒物数据分为RH≥90%、80%<RH<90%和RH≤80%3个部分,并以相关系数(R2)为判断标准,分别对其之间的相关性进行了分析。结果表明,PM10、PM2.5、PM1多年日平均值分别为56.6、43.0、38.5μg/m3,颗粒物值旱季高于雨季。当RH≤80%时,颗粒物与能见度的相关性最好,R2大小顺序为:PM10(0.47)<PM2.5(0.57)<PM1(0.58);当80%<RH<90%时,颗粒物与能见度的相关性次之,分别为PM10(0.4)<PM2.5(0.46)<PM1(0.49);当RH≥90%时,颗粒物与能见度的相关性较差。

珠江三角洲大气灰霾导致能见度下降问题研究

大气气溶胶的气候效应和环境效应研究是当今国际科技界的热门话题。近年来珠江三角洲地区的气溶胶污染日趋严重,一年四季长期稳定存在气溶胶云,重污染区偏于珠江口以西的珠江三角洲西侧。灰霾天气主要出现在10月至次年4月。大气灰霾导致能见度恶化。自20世纪80年代初开始,该地区的能见度急剧恶化,灰霾天气显著增加,其中有3次大的波动,分别代表与珠江三角洲经济发展相伴随的气溶胶污染、硫酸盐加气溶胶污染、光化学过程的细粒子加硫酸盐加气溶胶的复合污染时期。雾和轻雾造成的低能见度的长期变化趋势,没有由于人类活动影响或经济发展影响带来的趋势性变化,其波动主要反映了气候波动固有的年际和年代际变化。珠江三角洲能见度的恶化主要与细粒子关系比较大,PM10有一半月均值超过国家二级标准的日均值浓度限值(150μg/m3),而PM2.5月均值全部超过美国国家标准的日均值浓度限值(65μg/m3),尤其是10月至次年1月的月均值浓度几乎超过标准限值的1倍,细粒子浓度甚高。另外PM2.5占PM10的比重非常高(58%—77%),尤其是旱季比雨季更高。与15a前的资料相比较,细粒子在气溶胶中的比重有明显增加,因而在目前珠江三角洲的气溶胶污染中,主要是细粒子的污染。

南岭山地高速公路雾区能见度预报系统

在研究南岭山地浓雾的气候规律,开展了2次多学科综合野外观测,对典型个例进行了天气学分析、雾的宏观结构特征分析、雾的微物理特征分析,在利用数值试验分析了雾生成的物理机制等研究的基础上,研制开发了4种南岭山地京珠高速公路云岩雾区的能见度预报方法,包括：中尺度数值模式产品释用方法、结构预测方法、天气学指标预报方法和动态统计预报方法；并研制了相应的自动化程度高的预测预报系统,与京珠高速公路粤境北段通车同步投入准业务运行,使用雾区路段的5套自动气象站和能见度仪资料,制作的集成预报结果为高速公路行车安全提供服务,经过各种方法的独立预报检验和准业务运行服务的预报结果检验,预报准确率比较高,提供服务的集成预报准确率可达83．3%。

珠江三角洲大气边界层特征及其概念模型

根据珠江三角洲地理环境、气候背景和边界层气象特征的分析,建立了珠江三角洲大气边界层概念模型.模拟结果表明,珠江三角洲大气边界层主要受来自南海暖湿气流和来自北方跨越南岭干冷气流相对强弱以及珠江三角洲上空下沉气流的控制.此外,当大范围系统风较弱时,珠江三角洲大气边界层还受局地海陆风、城市热岛环流和山谷风的共同影响.

华南前汛期一次暴雨过程中的中尺度对流系统

通过对卫星云图观测到的MCS云团生消过程和实测降水资料的分析 ,发现 1998年 5月 2 3 - 2 4日发生在华南的一次前汛期暴雨过程主要是由多个相继生消的MCS造成的。利用MM5模式成功地模拟出了其中两个主要MCS的发生发展。对模拟结果进行分析发现这两个MCS的发生发展是冷暖空气交汇的结果 ,MCS生成于暖空气而消亡于冷空气中。两个MCS的上升运动都非常强 ,最大辐散位于 40 0hPa左右 ,垂直方向上表现为气旋性的涡柱 ,右侧低层有中尺度的低空急流 ,高空有强的西南风区。

凝结加热和地表通量对华南中尺度对流系统(MCS)发生发展的影响

通过有无凝结加热和地表通量影响的数值模拟对比研究,分析了非绝热过程对一次华南暴雨MCS发生发展过程的影响。结果表明:(1)凝结加热对MCS的降水影响很大,在MCS发展的各个时期,如不考虑凝结加热,MCS的降水强度很快减弱,无法继续发展。(2)凝结加热在MCS涡旋的形成期最为重要,在涡旋形成之后,影响相对减弱。(3)凝结加热通过对MCS发展过程的影响从而也影响了MCS环境场中尺度低空急流、高层辐散等中尺度结构特征的形成。(4)地表感热、潜热通量等边界层非绝热过程对MCS的形成也有重要影响;在暴雨MCS发生前期,地表非绝热过程造成气压下降,导致华南南部来自海洋的偏南风加大,辐合加强,从而使低层的湿度增大,气层变得更加不稳定,有利于对流的启动。

珠江三角洲快速城市化对环境气象要素的影响

根据珠江三角洲珠海、中山、东莞、广州、深圳5个城市气象站1973~2008年常规气象资料,利用滑动平均和Mann-Kendall非参数统计检验法研究了珠江三角洲快速城市化不同经济发展时期（经济发展初期、经济快速发展期、经济发展稳定期）对城市温度、风速、风向的影响.结果表明,不同城市环境气象要素变化的差异与城市发展程度相关.城市平均温度变化率与城市化推进速度成正比,风速变化率与城市化进程成反比,主导风向出现频率随城市化下降.这些结果可归纳总结为定性的概念曲线.

东莞地区冬季大气边界层结构对PM_(2.5)影响的观测研究

利用2013年12月在东莞地区开展大气边界层观测试验得到的垂直风温资料和逐时PM2.5质量浓度资料,研究了东莞地区大气边界层结构对PM2.5质量浓度的影响的。结果表明:在大陆冷高压控制下,东莞地区的边界层结构演化非常典型,而东莞地区冬季PM2.5污染事件通常由冷气团南下的天气形势引起。在PM2.5污染过程中,日平均边界层高度往往不足600 m,较低的大气边界层高度使得PM2.5持续累积,夜间稳定边界层高度约为100 m使得夜间出现PM2.5质量浓度峰值。东莞地区的垂直风场存在显著的三层结构,较小的底层风速有利于PM2.5聚集在边界层内难以扩散,而高度较低的小风中层使得PM2.5污染物进一步被压缩在大气底层,加剧了地表的PM2.5污染程度。在冬季大陆冷高压控制下,在PM2.5污染过程中,东莞逆温结构多发,低空逆温层底约在700m,而且厚度和强度都较大,夜间常见贴地逆温,且厚度约为100 m,持续稳定存在的较低的逆温层导致的稳定层结是造成PM2.5污染的重要原因。

不同天气系统影响下广东省酸雨特征对比分析——气象场数值模拟

运用WRF模式对3种不同天气系统(冷锋,低压槽以及台风)造成的广东省酸雨个例进行数值模拟,结合实际测站资料对酸雨分布特征及影响酸雨过程的风场、湿度场以及温度场进行分析.结果表明个例中酸雨主要分布在珠江三角洲区域以及重工业区韶关.不同天气系统影响下的降水酸度略有不同,台风个例降水pH值最高(5.81),其后依次为低压槽降水(5.60)及冷锋降水(5.40).冷锋降水个例中酸雨的分布及变化主要受风速,风向,相对湿度及逆温的影响,低压槽和台风降水个例中的酸雨分布及变化主要受降水量和风速的影响.风速和降水量的增加有利于缓解降水的酸度,而逆温层的存在及不同风向的辐合作用有利于降水酸度的增加.

东亚冬季风与中国南方冬季降水的关系分析

由850hPa的风场资料和海平面气压资料计算两个东亚冬季风强度指数,结合月平均降水资料,分析我国南方冬季降水对冬季风响应的空间分布型及其在冬季各月的差异。结果表明:12月东亚冬季风强度比1、2月的弱,同期的降水对其响应不明显;1月冬季风比2月强,同期降水对季风的响应比2月更强些。在1、2月,强(弱)东亚冬季风易造成南方冬季降水偏少(多),但这种响应是时间和空间的函数,随时间变化且有明显的区域特征。1月的强响应区基本上连成一片,强响应中心散布于其中;最明显的中心区在淮河以南附近,区域中心值<-0.5;响应强度由此中心向南变弱,但依然分别在湖南东北部、江西东北部以及四川东北部都出现了较强中心区,区域中心值都为-0.35左右;2月的响应区相对1月作了总体的顺时针偏转和稍微的北缩。分析发现,响应区的空间分布可以从地形和地势分布解释,响应区的时间变化与850hPa的风场有关。

东亚冬季风与海温在年际尺度上的耦合关系分析

利用NCEP/NCAR1950—1999年逐月再分析资料和奇异值分解(SVD)、相关分析等统计方法,分析了东亚冬季风和印度洋 太平洋海温在年际尺度上的耦合关系。结果表明,在年际变化尺度上,SVD分解出来的第1模态反映了东亚冬季风与同期太平洋海温之间的主要相互耦合关系,即强(弱)的东亚冬季风对应类似LaNi na(ElNi no)型的海温距平分布;超前东亚冬季风两个月左右的赤道东太平洋正(负)海温异常对后期弱(强)东亚冬季风的遥相关影响作用最显著,而弱(强)的东亚冬季风异常则对同期及落后1个月左右的南海正(负)海温异常的强迫影响作用最直接、最显著;东亚冬季风指数与落后1个月左右的热带西太平洋海温有最好的负相关关系,而与同期的热带西印度洋海温有最显著的正相关关系。

江南春雨和南海副热带高压的时间演变及其与东亚夏季风环流和降水的关系

使用国家气象信息中心整理的逐日降水资料和NCEP/NCAR逐日再分析资料,创建了江南春雨建立时间指数和南海副热带高压(副高)减弱时间指数,研究了江南春雨各要素的相互关系及其与东亚夏季风环流和降水的关系。分析表明,当江南春雨建立较晚时,夏季江南地区的降水也较少,这是由于东亚夏季风加强,高原近侧气旋性环流加强,使江南地区出现异常反气旋性环流(气旋性辐合环流减弱)所致;当南海副高减弱较晚时,长江中下游至江南地区降水偏多,易发洪涝,这主要是由于东亚夏季风减弱,南海副高偏强,华南的异常西南风与围绕高原的异常反气旋环流的偏北风在长江中下游流域形成异常气旋性环流所致。江南春雨的建立时间和南海副高减弱时间之间又具有线性无关性,可以为东亚夏季风环流和降水异常的预报提供重要线索。两指数与3月ENSO综合指数MEI关系密切,表明东亚的气候异常与ENSO全球气候异常紧密联系,因此在分析预测东亚气候异常时必须同时关注全球气候异常背景。

2005年6月广东一次暴雨过程的中尺度对流系统的数值研究

2005年6月20-21日，一个活动在锋前暖区的长生命史的中尺度对流系统（Mesoscale Convective System，简称MCS）给广东地区带来一次大范围的暴雨降水过程。天气学分析表明，从北部湾指向广西东部的低空急流核前方的水汽通量辐合对MCS初始的发展加强有重要作用。作者利用MM5模式成功地模拟出与此MCS相联系的天气尺度背景场和中尺度的降雨分布，利用高分辨的模式输出结果分析了成熟阶段MCS的β中尺度系统的结构和演变特征，结果表明：（1）在MCS的发展加强过程中，其内的β中尺度对流中心经历了此消彼长的更替过程，伴随着口中尺度对流中心的发展，与之相联系的正涡度中心由对流层的下部向中上部伸展，形成高达300hPa附近的下宽上窄的强涡柱；在成熟阶段，沿系统移动方向上的对流层中部的涡度场呈正负相间，宽约50km，且与对流带近于平行的带状分布。（2）MCS的海平面气压场呈跷跷板型的中尺度扰动，即由前置中低压和后置中高压组成，最强的对流带位于中低压和中高压之间的过渡区内。（3）成熟阶段MCS的β中尺度环流特征主要包括：强对流区内是一支近于垂直的深厚的对流尺度的上升流，紧接在其后方的对流层下部有一支对流尺度的下沉气流；系统前部有深厚的入流，其中较强的两支入流分别出现在900hPa和300hPa高度附近；层状降雨区内有中尺度的上升气流和下沉气流，二者的分界线在0℃层高度附近；对流层下（上）部强大的水平辐合（散）流中最大的水平辐合（散）约出现在900hPa（200hPa）。

南海地区OLR变化与华南汛期降水的联系

用奇异值分解的方法逐月分析了华南汛期(4～9月)降水与南海地区OLR变化的关系,并用合成分析的方法对OLR异常年份的降水进行对比分析,结果表明两者确实有一定的相关关系,后汛期(特别是7、8月)两者的相关程度比前汛期大,但每个月的情况各有不同。