大气科学的世纪进展与未来展望

今天的大气科学已从20世纪初经验的阐述转变为既有理论基础又有客观定量化的一门数理学科,其发展步伐在近50年来不断加快.文章回顾了近百年来大气科学在探测、数值天气预报和气候研究3方面所取得的主要成就,并对大气科学在21世纪的潜在发展作一展望.大气探测、计算能力和信息输送方面的技术进步无疑是近代和未来大气科学迅速发展的巨大动力.这些技术进步促使数值模式分辨率在不断提高,越来越多的实测和卫星等遥感资料在通过反演和同化进入模式初始条件和全球气象分析场,模式物理过程和参数化逐步趋向现实,从而使全球和区域数值预报水平持续提高.同时对大量观测资料的统计分析和许多气候子系统耦合模式的若干试验,大大提高了对造成气候变化和影响的物理、动力机制的认识;特别是对全球气温变暖,其中人类活动的影响,以及ENSO的发生、发展和消亡的机制和过程的认识.近期数值天气预报则趋向于模式发展的统一、预报时效的增加和对有足够成员且有代表性的集合预报的日益重视.气候研究将致力于减少各物理和化学过程参数化、分辨率等因素在模式中的不确定性,逐步达到跨月、季节直至年代际气候变化的合理预测.可以预言在不久的将来,地球-空间系统各变量的观测和预报将逐步数字化、自动化,人们可提前3～5 d得知灾害性天气发生时间和地点的概率,人工影响天气等学科在21世纪将会有突破.同时,可以看到世界各国共同协作建立地球-空间综合观测系统,发展能'包罗万象'的地球-空间-减灾的统一模式.然后综合利用大量观测和模式资料,及时掌握地球-空间系统中的各尺度变化规律,以确保人类社会的持续发展.

中小尺度对流系统的高分辨率数值模拟近况和未来挑战

随着高速、大容量、并行计算能力的迅速增长和中尺度数值模式的不断完善,近年来不断涌现使用1 km乃至次千米网格距开展中、小尺度对流系统的数值模拟研究。这些数值模拟工作展现出目前观测手段还无法得到的动力学一致的高分辨率气象信息,大大提高了对一些中、小尺度对流系统内部结构和演变的理解。但高分辨率数值模拟的未来发展也面临着不少问题和挑战。首先回顾提高模式分辨率至1 km乃至次千米模拟中、小尺度对流系统的进展,并综述目前在高分辨率数值模拟中的资料同化和物理过程处理方法,同时指出中尺度模式中处理积云对流、大气边界层和辐射过程时值得注意的分辨率“灰色区”,然后介绍使用1 km和次千米分辨率模拟中、小尺度对流系统的几篇有代表性的工作。最后讨论高分辨率数值模拟的未来发展和挑战。

热带风暴Bilis(2006)登陆期间一波非对称降水分布成因的探讨

利用中尺度数值模式WRF-ARW对Bilis(2006)进行数值模拟,并进行地形和下垫面因素2个敏感性试验,诊断分析Bilis(2006)登陆期间一波非对称降水结构形成的动力因子。综合分析3个试验,结果表明环境垂直风切变对Bilis(2006)一波非对称降水结构形成的影响显著大于地形、登陆过程下垫面属性的改变和风暴移动速度的影响,冷空气的侵入对降水形成也有重要贡献。垂直切变的作用使顺切变左侧形成强降水,冷空气的作用与垂直切变的作用相互配合可能是顺切变方向和顺切变方向右侧强降水的主要成因。

城市热岛效应的研究进展与展望

随着世界各国城市化的进展,城市热岛效应已经成为一个跨学科领域的问题,受到包括大气环境、区域气候、水文和生态等多学科科学家的关注。在过去半个多世纪中,城市热岛问题的研究获得了相当丰富的研究成果,通过对这些成果的综合分析,归纳出城市热岛研究中采用的3类主要方法——观测(外场试验和遥感技术)、数值模拟以及实验室仿真法。系统地回顾了城市热岛效应的研究历史,重点对与城市热岛关系最密切的城市边界层、热岛环流与复杂地形的相互作用以及能量平衡研究所取得的成果进行了总结和评述。最后对城市热岛问题未来8个可能的研究方向进行了探讨,其中,包括沿海和复杂地形附近的城市热岛问题、城市群间热岛环流的相互作用、城市化与空气污染问题、城市热岛效应对平均降水的影响、城市化对雾和闪电的影响、城市天气预报的精细化、城市气候变化预测以及城市热岛效应减缓方案的制定,并对其发展前景进行了粗略的展望。

卫星合成孔径雷达探测海底地形研究进展

利用卫星合成孔径雷达（SAR）图像信息探测海底地形是海洋遥感物理学和海洋动力学研究具有挑战性的问题,这是因为根据电磁波传播原理,雷达脉冲没有能力穿透海水,因而不可能直接探测到海底地形特征,可是,许多卫星SAR图像上确实显示出海底地形特征。这些海底地形不仅分布在水深小于100m的浅海,而且在600～800m甚至2 000～3 000m的深海区也有发现。本文概略介绍该领域的发展前沿和研究进展,主要内容包括海面过程雷达成像基本理论,我国辽东浅滩、台湾滩以及美国东部湾流海域等3个海区海底地形特征SAR成像理论：分别为速度切变流纵向流经平行海底地形、层化流体横向流流经平行（周期性）海底地形和强海流流经孤立海底地形。据此建立的理论和分析方法可做为研究更复杂情况和探索新应用领域的基础和出发点。