华南地区典型酸雨过程气象条件的数值模拟

利用MM5中尺度气象模式对广东地区2004年4月6～7日一次典型酸雨过程的气象条件进行数值模拟.从酸雨实测、实际天气图和卫星云图资料出发,结合数值模拟结果对造成典型酸雨过程的流场、水汽场、高度场以及位温场进行分析,并讨论此次酸雨过程局地源和外来源的可能贡献.结果表明,此次酸雨过程是由典型的冷锋过境降水所造成的,冷暖空气交汇造成明显的风切变和水汽梯度,锋面逆温层高度低,不利于污染物的稀释扩散.从广州地区不同酸雨测点的资料可见,除了外来输送源外,广州地区局地源对于酸雨pH值也有一定的影响.

云微物理参数化对华北降雪影响的数值模拟

对发生在华北地区的一次降雪过程进行了中尺度数值模拟。结果表明,高纬强冷空气南下和低纬倒槽的水汽输送是造成这次长时间降雪过程的主要原因。采用混合方案的中尺度数值模拟表明,这次降雪天气不是对流云造成的,而是稳定性的非对流云降雪。敏感性试验也表明,采用其他积云参数化方案对模拟的降雪量基本没有影响。控制试验模拟的24h降雪量与实际观测比较吻合。模拟结果表明,当采用Dudhia简单冰相方案时,会有过多的云冰、过冷却水及雪;当采用Reisner 1混合相方案时,会有过多的云冰和雪;修改的各个Reisner 2方案对此次降雪的预报改进不大,但各个Reisner 2方案的敏感性试验中云冰混合比、过冷却水混合比和雪混合比稍微有差异。

湖南衡山春季一次酸雨过程气象条件的数值模拟研究

采用MM5中尺度气象模式对湖南衡山2009年3月22～24日一次典型酸雨过程的气象条件进行了详细的数值模拟研究.模式模拟的降水场、流场、温度场、边界层结构与酸雨实测、实际天气图、地面站观测记录的对比表明,模式模拟的变化趋势与实况非常一致.研究表明,与广东春季典型的酸雨过程相比,衡山春季北面冷空气的入侵过程受地形作用明显,低层流场受北风影响较快,中高层较晚.广东、衡山两地春季酸雨发生前后整个边界层层结相对稳定,边界层高度较低,同时伴随有逆温过程,均不利于污染物的扩散输送,衡山春季酸雨发生前后的逆温和逆湿层都相对更低.

美国环保局第三代空气质量预报和评估系统

美国环保局研制的第三代空气质量预报和评估系统 (Models- 3)。 Models- 3由程序管理、科学管理、模式构架、数据库管理、决策管理、软件管理以及研究设计七大部分组成。其中最主要的是程序管理部分。它由中尺度气象模式、排放模式以及通用多尺度空气质量模式三大模式组成。三大模式的核心是通用多尺度空气质量模式 (CMAQ)。中尺度气象模式为 CMAQ提供气象场的数据 ;排放模式为 CMAQ提供排放物的资料 ;CMAQ则利用上述的数据资料对污染物在空气中的物理和化学过程进行空气质量的数值预报。文章给出了一个个例的预报结果。

澳门单站气象资料变化趋势的预报模型之比较

以澳门单站年和四季降水和温度两个气象要素的气象资料（1952～2001年）为主要研究对象，利用3种统计预报模型（谐波分析外推模型、开环门限自回归模型和主分量因子的逐步回归模型）进行拟合及试报，对澳门的降水及温度的变化做较深入的分析及预测，比较3种统计预报模型在研究澳门单站气象资料的变化趋势中的优劣。结果发现，3种预报模型在预报年和四季平均气温的方面都比较理想，但对降水量变化序列做拟合及试报则差异较大。总体而言，气候场的主分量逐步回归法对相同的气候资料建模做拟合及试报，结果拟合率是三者中最高的，复相关为0．821-0．911，预报效果除秋季较差外，其余都非常好。

广东省前汛期和后汛期降水的气候特征

用 48a广东 7个代表站的降水资料对广东前汛期和后汛期的气候特征进行了统计分析 ,结果发现 :①广东降水的年变程曲线主要有单峰型和双峰型 ,单峰型多为内陆站 ,峰值在 5 - 6月 ;双峰型多为沿海站 ,峰值在 5 - 6月和 8月。②广东省降水的年际变化总趋势略有上升。 2 0世纪 90年代降水十分异常 ,降水量明显增大。前汛期和后汛期降水年际变化很大 ,总体说来是负相关 ,情况大致相反 ,但 1986 - 1991年是例外。③广东省前汛期和后汛期降水周期变化特征很不相同。前汛期主周期为 2 2、 7和 3a ,后汛期主周期则为 11和 3～ 5a。前汛期和后汛期的降水与西太平洋副热带高压脊线位置的周期特征很相似 ,证明两者有很密切的关系。

珠江三角洲城市群灰霾天气主要污染物的数值研究

主要利用美国第三代空气质量模式系统Models-3(MM5/SMOKE/CMAQ),设计三重嵌套网格对2004年9月26-30日珠江三角洲城市群一次灰霾天气过程进行数值研究,通过对主要大气污染物如PM10、CO、SO2和NOx的模式结果与观测对比分析表明,模式较好地模拟出了大气污染物的变化趋势,与观测结果比较一致,再现了污染物浓度呈周期性日变化的重要特征。结果还表明,在这次灰霾天气过程中珠江三角洲城市群大气污染物的水平分布具有区域性,存在3个高值中心,污染物的高值中心对应着大城市。污染物主要积聚在大气边界层内,形成近地面高浓度,这是造成此次灰霾天气的直接原因。

离岸型背景风和海陆风对珠江三角洲地区灰霾天气的影响

不同类型的背景场和海陆风对珠江三角洲地区大气灰霾有不同的影响。作者主要利用空气质量模式系统Models-3(MM5/SMOKE/CMAQ)研究离岸型背景风和海陆风对珠江三角洲一次灰霾天气的影响,结果表明,中尺度气象模式MM5对珠江三角洲地区这次灰霾天气的气象模拟,较好地模拟了风速和风向的变化。多尺度空气质量模式CMAQ模拟出了PM10浓度的变化,与观测值比较一致。在这次灰霾天气过程中,由于离岸型背景风与陆风风向一致,在陆风维持的情况下,内陆源区的PM10被输送到沿海地区,导致沿海城市和海面上PM10浓度比较高;而在海风维持的情况下,海风与离岸型背景风方向相反,造成海风较小,致使整个珠江三角洲地区灰霾天气都比较严重。敏感性试验结果表明离岸背景风和海陆风的相互作用对灰霾天气的生成与分布有重大的影响。

我国东部梅雨期降水的年际和年代际变化特征及其与大气环流和海温的关系

基于我国160站59年(1951～2009年)的月降水观测资料、美国气象环境预报中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR)提供的再分析资料和Hadley中心的海表温度(Sea Surface Temperature,简称SST)资料,对我国东部(100°E以东,15°N～40°N)梅雨期(6月和7月)降水的时空变化特征进行了分析,结果发现:我国梅雨期降水主要表现为长江—华南反位相变化型和江南一致变化型两个模态。通过波谱分析的方法将梅雨期降水量变化中的年际(周期<8年的部分)和年代际(周期≥8年的部分)两种时间尺度进行分离,对这两种时间尺度上降水的时空变化规律分别进行分析,结果发现:无论是在年际还是年代际时间尺度上,我国东部梅雨期降水都主要表现为长江—华南反位相变化型和江南一致变化型,其中长江—华南反位相变化型有明显的年际和年代际变化,而江南一致变化型则主要表现为年代际变化。进一步对与这两种不同时间尺度相联系的大气环流和海温异常进行分析,结果发现:与长江—华南反位相变化型相联系的大气环流异常在年际时间尺度上表现为欧亚大陆中高纬的双阻型,从低纬到高纬"+-+"的经向波列分布,东亚副热带急流显著增强;在年代际时间尺度上表现为欧亚大陆一致的正位势高度异常,副热带高压增强北抬。海温异常在年际时间尺度上主要是前期日本附近海域和印度洋海区以及同期南海附近海域的正海温异常;在年代际时间尺度上主要是同期北太平洋中部"马蹄形"的负海温异常。与江南一致变化型相联系的大气环流异常在年际时间尺度上表现为欧亚大陆中高纬的东阻型,东亚沿岸从低纬到高纬"+-+"的经向波列分布;在年代际时间尺度上表现为大陆低压显著减弱,东亚副热带急流减弱南移。海温异常在年际时间尺度上主要是前期北太平洋的负海温异常和澳大利亚东部沿岸的正海温异常,以及同期南海附近海域的正海温异常;在年代际时间尺度上主要是前期东亚沿岸海域以及同期南海、热带西太平洋海区的正海温异常。

北太平洋涛动的季节演变及其与我国冬春气候异常的联系

本文利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站的观测资料,首先定义了季节平均的北太平洋涛动(NPO)指数,在此基础上分析了不同季节中NPO的时空变化特征,特别对冬季和春季NPO与我国气温、降水异常的关系作了研究。结果表明,作为北太平洋地区海平面气压(SLP)年际变化的第二模态,NPO具有相当正压的结构,在地面表现为阿留申群岛附近和夏威夷群岛西北部附近SLP场的反相变化,在对流层中层的结构与西太平洋型遥相关类似。随着季节的变化,NPO的两地面中心有一定的移动,其中南部中心在东西方向的移动较明显,而北部中心在南北方向的移动较明显。在年际变化的时间尺度上,当NPO处于正(负)位相时,东亚副热带急流轴向北(南)偏移,并伴有急流出口区向下游东北(东南)方向的伸展。分析NPO与我国冬、春气候的关系表明,当冬季NPO处于正(负)位相时,东亚沿岸的北风有较显著的减弱(加强),异常的偏南(北)气流会带来暖湿(干冷)的空气,从而导致我国东部的大部分地区显著升温(降温),同时江淮、长江以南地区以及西北部分地区的降水也有显著增加(减少)。而在春季,当NPO处于正(负)位相时,受到华南地区异常西南(东北)气流以及东亚急流入口区异常次级环流引起的上升(下沉)运动的共同作用,华北地区降水会显著增加(减少),而气温则略有下降(升高)。进一步分析表明,前期冬季的NPO与我国春季的气候异常间存在紧密的联系,若冬季NPO处于正(负)位相,则在随后的春季,我国西南部地区和北方大范围地区的气温会显著偏高(低),而西北地区的降水会显著增加(减少),因此,冬季NPO对我国春季气候异常有一定的预测意义。

“05·6”华南持续性暴雨的成因分析

2005年6月华南出现大范围持续性暴雨过程,造成巨大损失。利用常规气象资料、卫星云图TBB资料及T213分析场资料,对此次持续性暴雨过程的成因进行了分析,结果发现:这次暴雨过程充足稳定的水汽主要源自印度洋,这与“94.6”等以往华南暴雨水汽主要来自于南海不同。高低空急流与切变线是这次强降雨过程的触发系统,低空急流输送了丰沛的暖湿空气,维持了低空对流不稳定形势。冷暖气流在切变线南侧、低空急流左侧交汇,产生强烈辐合上升运动,触发了强降水。对流云系上MCS的不断生消是造成强降雨持续的直接原因。本次过程存在一次高空急流的变化,高空由西北急流转为西南急流,切变线的变化趋势与这一变化过程相呼应;这一特征也是暴雨过程得以维持的重要原因。

南海夏季风建立的气候特征Ⅰ——40年平均

使用NCEP 1958～1997年40年逐日12层再分析的格点气象资料,对南海地区（105～120°E,5～20°N）夏季风建立的气候特征进行分析,分析的时间尺度为5天（候）。将南海上空850hPa上暖湿的西南风定义为它的夏季风,这暖湿的西南风之θse必须大于335°K,风速须大于2m/s。南海夏季风的建立被定义为南海海域一半以上面积为夏季风所控制的初始时刻。分析结果发现:（1）南海夏季风的建立具有爆发性,爆发时间是5月第4候。（2） 南海夏季风的建立与孟加拉湾东部西南季风有密切关系,它是孟加拉湾西南季风爆发性的发展和东移的结果。（3）南海夏季风雨季是随着夏季风建立而建立的。（4） 在南海夏季风建立期间,南海及其邻近地区高低空环流都有急速的变化,在对流层低层表现为印度低槽的南扩和加深,在对流层中层表现为西太平洋副热带高压迅速东移撤出南海地区,在对流层高层最明显的变化是东风带迅速从南海中部向北扩展到整个南海地区。

非地转强迫对Fitow(0114)暴雨的影响

利用非静力中尺度模式MM5对 0 114号台风Fitow从 2 0 0 1年 8月 31日 0 0时～ 9月 2日 0 0时 (UTC ,下同 )的降水过程进行了模拟研究。结果表明 ,MM5对Fitow登陆过程中暴雨落区和强度的模拟与实况比较一致。模拟结果较好地再现了暴雨的中尺度特征。正是维持少动的台风倒槽和嵌入其中的中小尺度系统相互作用造成了暴雨的发生、发展 ,而高、低空中尺度散度场的配置对暴雨有很好的指示意义。在华南台风暴雨区无论是高层还是低层 ,都存在很强的非地转作用 ,非地转涡度项对散度倾向项是重要的强迫因素 ;但非地转作用的实现与中高纬度地区有本质的区别 ,在低层非地转作用是由于强的位势场气旋涡度 (- 2  <0 )与弱的流场气旋涡度 (fζ >0 )不平衡产生的 ;而高层非地转作用是由于强的位势场反气旋涡度 (- 2  >0 )与弱的流场反气旋涡度 (fζ <0 )不平衡产生的。非地转作用是暴雨中尺度系统上升运动发展的触发机制。从动力学角度解释了用非地转 Q矢量散度场来判断暴雨落区要比用准地转 Q矢量散度场好的原因。

1999年广东汛期降水的季节内振荡

根据广东6个代表站和澳门大潭山的降水资料以及NCEP的再分析资料，利用波谱分析法和Marakami的带通滤波技术，分析了1999年4-9月广东降水的季节内振荡（ISO）特征及其与大气环流的ISO之间的联系。结果表明：广东汛期降水的季节内变化的主模是10～20天振荡；850hPa层上影响广东地区的周期为10—20天的低频环流系统有两类传播模型，一类是由中纬度传到广东地区；另一类是来自热带地区，广东降水的10～20天振荡与它们的活动密切相关。

珠江三角洲地区一次辐射雾的数值模拟研究

本文利用美国国家大气研究中心 (NCAR)和宾夕法尼亚州立大学联合研制的第 5代中尺度气象模式系统MM5对珠江三角洲地区夏季出现的一次辐射雾过程进行了数值模拟研究。模拟的结果在辐射雾出现的时间以及辐射雾的高度方面都与实况十分相近。我们对辐射雾的形成机制也进行了分析和数值试验 ,结果表明 ,地面的长波辐射冷却促使辐射雾形成 ,而短波辐射的加热是辐射雾消散的主要原因。另外 ,增加模式的垂直分辨率以及改变珠江三角洲地区的下垫面类型都可以使模式模拟的辐射雾的结果有明显的改善。

南海夏季风建立的气候特征Ⅱ——年代际变化

用NCEP 40年再分析格点气象资料对南海夏季风建立的气候特征的年代际变化进行了分析,得到:(1) 南海夏季风的建立时间前20年与后20年明显不同,前20年较晚为5月第6候,后20年则分別为5月的第4候和第5候.(2) 除了第3个10年(1978～1987年)外,其余3个10年南海夏季风雨季的建立都比夏季风建立要早1至2候.(3) 南海夏季风建立是孟加拉湾西南季风爆发性发展和东进的结果,4个10年孟加拉湾西南季风都在5月第3候及5月第4候有一个爆发性的发展过程,但它的东进速度及爆发强度却很不相同,这对南海夏季风建立时间的早晚有重要的影响.(4) 南海夏季风建立期间,前20年与后20年高低空环流形势相差很大,前20年与后20年相比对流层低层印缅槽较强而副热带高压中心位置偏东,对流层高层副热带高压中心移上中南半岛后北移距离较大,位置偏北.经过比较可以看出对于南海夏季风的建立和发展来看后20年的环流形势较为有利.

广东省持续性暴雨的气候特征

分析了1952—2002年广东省持续性暴雨的气候特征，结果表明：地形对持续性暴雨的分布有重要影响，持续性暴雨的中心主要分布在沿海地区，粤中地区是次多发区。持续性暴雨中心主要在沿山体南侧分布，即迎风向的山前和迎风坡，前汛期主要以沿海的恩平、阳江和斗门为中心；后汛期主要以海丰、南澳为中心。全省各站都以持续2d的暴雨为主，持续性暴雨在前汛期发生的次数比后汛期多，最多的月份是6月。全省全年及前后汛期持续性暴雨次数的年代际变化相似；但从年际变化看，前汛期与全年发生持续性暴雨次数呈正相关关系，而后汛期与之则呈现一定的反相关关系。持续性暴雨有20～25a的长周期变化和2～4a的短周期振荡。

香港地区空气污染的典型天气背景形势

利用香港地区2000～2005年共6年每小时一次的空气污染指数(API)资料和NCEP/NCAR 2.5°×2.5°风场、气压场再分析资料分析了香港地区空气污染指数特征以及典型天气形势对香港地区空气污染的影响。结果表明:近几年,香港地区空气污染日逐年增加,空气污染指数有明显的季节变化,大部分监测站空气污染日出现次数最多的是1～3月,其次是7～9月,出现次数最少是在4～6月;造成香港地区空气污染典型的天气形势有热带气旋型、大陆冷高压型、入海变性高压型和低压槽型四类。

台风暴雨的研究进展

台风灾害的主要部分往往是由台风暴雨引起的,对台风暴雨的研究有利于提高对台风天气的预报水平。过去十几年中,在远距离台风暴雨、螺旋雨带的形成理论、台风系统对中纬度地区降水的影响、暴雨分布、下垫面特征对暴雨的影响和暴雨的突然增幅等方面都取得了新的进展。我们对上述进展作了综述,并对现阶段存在的问题进行讨论。

西太平洋副热带高压强度和位置的气候特征

利用45年西太平洋副热带高压5个特征指数的月平均资料,对副高强度和位置变化的气候特征进行了诊断研究。结果表明,副高的强度在一年中出现两次峰值,第一次出现在6月,第二次在9月。在45年里,副高强度有明显加强,副高位置有南落西移的趋势。副高强度存在3～4年、10～13年的振荡周期,10～13年的周期振荡在1950、1960、1970年代占主要地位,3～4年的周期振荡在1980、1990年代占主要地位。副高在1978年附近发生气候突变,副高强度由负距平为主转为正距平为主,而脊线位置正好相反。