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中国气象局2005年 第16卷 第3期
2005, 16(3): 273-282
摘要
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摘要:
该文在大气边界层多尺度湍流理论和湍流穿越理论的基础上，建立了大气边界层感热通量的非局地多尺度湍流计算方法，并选用1998年5～8月份第二次青藏高原大气科学试验（TIPEX）的大气边界层综合观测基地昌都站观测资料，分别用感热通量的非局地多尺度湍流计算方法和经典相似理论计算感热通量。对计算结果的对比分析表明，用感热通量的非局地多尺度湍流计算方法能计算出感热通量的逆梯度输送，也能计算出青藏高原近中性层结条件下明显的感热通量。此外，多尺度湍流理论还有待进一步发展完善，提高感热通量的计算精度。
该文在大气边界层多尺度湍流理论和湍流穿越理论的基础上，建立了大气边界层感热通量的非局地多尺度湍流计算方法，并选用1998年5～8月份第二次青藏高原大气科学试验（TIPEX）的大气边界层综合观测基地昌都站观测资料，分别用感热通量的非局地多尺度湍流计算方法和经典相似理论计算感热通量。对计算结果的对比分析表明，用感热通量的非局地多尺度湍流计算方法能计算出感热通量的逆梯度输送，也能计算出青藏高原近中性层结条件下明显的感热通量。此外，多尺度湍流理论还有待进一步发展完善，提高感热通量的计算精度。
2005, 16(3): 283-292
摘要:
运用2001～2002年6月10日到8月10日西北太平洋上15个热带气旋的日本静止气象卫星（GMS-5）高分辨率红外辐射亮温（TBB）资料，从代表热带气旋强度的热带气旋云系特征中选取多个TBB因子及热带气旋中心所在纬度等因子，结合《热带气旋年鉴》资料，采用逐步回归方法，经多次试验求得热带气旋强度的客观估计算式，复相关系数达到0.80以上。由此式估计的热带气旋中心气压，经24 h滑动平均后的结果与年鉴气压的复相关系数提高到0.89，且两者之间的气压差在±10 hPa之内的占整个样本数的83%以上，与美国新近展示的相关研究结果十分接近。用2000年两个热带气旋作检验，结果很好。该客观方法有望替代目前的Dvorak主观估计方法，成为一种新的业务方法。
运用2001～2002年6月10日到8月10日西北太平洋上15个热带气旋的日本静止气象卫星（GMS-5）高分辨率红外辐射亮温（TBB）资料，从代表热带气旋强度的热带气旋云系特征中选取多个TBB因子及热带气旋中心所在纬度等因子，结合《热带气旋年鉴》资料，采用逐步回归方法，经多次试验求得热带气旋强度的客观估计算式，复相关系数达到0.80以上。由此式估计的热带气旋中心气压，经24 h滑动平均后的结果与年鉴气压的复相关系数提高到0.89，且两者之间的气压差在±10 hPa之内的占整个样本数的83%以上，与美国新近展示的相关研究结果十分接近。用2000年两个热带气旋作检验，结果很好。该客观方法有望替代目前的Dvorak主观估计方法，成为一种新的业务方法。
2005, 16(3): 293-303
摘要:
针对农业气象业务的需求，利用东北地区1971～2000年5个代表气象站的气象资料和作物资料，应用玉米生长模拟模型评估东北区域气象条件对玉米生长发育及产量形成的影响。探讨了作为评价标准的平均气候状态下平均模拟生物量的确定方法，提出了从生物量变化、温度和水分条件影响等方面进行实时动态评价和全生育期农业气象条件综合评价的方法，给出了实际评价个例。验证结果表明该方法是可行的。
针对农业气象业务的需求，利用东北地区1971～2000年5个代表气象站的气象资料和作物资料，应用玉米生长模拟模型评估东北区域气象条件对玉米生长发育及产量形成的影响。探讨了作为评价标准的平均气候状态下平均模拟生物量的确定方法，提出了从生物量变化、温度和水分条件影响等方面进行实时动态评价和全生育期农业气象条件综合评价的方法，给出了实际评价个例。验证结果表明该方法是可行的。
2005, 16(3): 304-311
摘要:
应用正、斜压涡度拟能方程，对1998年6月3～11日发生在鄂霍次克海的一次阻塞环流进行诊断。结果表明：阻塞区内总涡度拟能和正压涡度拟能具有显著的变化，它清楚地揭示了阻塞过程中酝酿、维持和崩溃阶段中的不同特征，而正、斜压动能所显示的阻塞过程的变化特征则不明显。正、斜压涡度拟能场相互转换及阻塞区内外正、斜压涡度拟能场的净通量机制是鄂霍次克海阻塞环流建立和维持的两项主要因子。其过程是：首先通过斜压涡度拟能净通量机制，使斜压涡度拟能增长；又通过正斜压涡度拟能场的转换机制将增长的斜压涡度拟能转为正压涡度拟能；与此同时，通过正压涡度拟能净通量机制使正压涡度拟能增长。这两种不同的机制相互结合，从而使正压涡度拟能增长和维持，形成阻塞环流。而斜压涡度拟能增长甚微。
应用正、斜压涡度拟能方程，对1998年6月3～11日发生在鄂霍次克海的一次阻塞环流进行诊断。结果表明：阻塞区内总涡度拟能和正压涡度拟能具有显著的变化，它清楚地揭示了阻塞过程中酝酿、维持和崩溃阶段中的不同特征，而正、斜压动能所显示的阻塞过程的变化特征则不明显。正、斜压涡度拟能场相互转换及阻塞区内外正、斜压涡度拟能场的净通量机制是鄂霍次克海阻塞环流建立和维持的两项主要因子。其过程是：首先通过斜压涡度拟能净通量机制，使斜压涡度拟能增长；又通过正斜压涡度拟能场的转换机制将增长的斜压涡度拟能转为正压涡度拟能；与此同时，通过正压涡度拟能净通量机制使正压涡度拟能增长。这两种不同的机制相互结合，从而使正压涡度拟能增长和维持，形成阻塞环流。而斜压涡度拟能增长甚微。
2005, 16(3): 312-312
摘要:
2005, 16(3): 313-321
摘要:
文章从环境场的稳定性角度进行研究，取boussinesq近似的二维数学模型，从数值模式每小时输出的预报场中提取暴雨过程中的环境场，通过计算函数极小值的方法，求取层结参数及加热率，讨论实际暴雨过程中不稳定的作用。其结果表明，凝结加热对暴雨不稳定的发生发展作用明显。暴雨初期和强盛期的环境场都可以出现动力不稳定，且不稳定扰动传播方向与基本气流有一个斜交角，属于二维平面波的不稳定。“98.7”暴雨的发生发展是热力和动力共同作用的结果。
文章从环境场的稳定性角度进行研究，取boussinesq近似的二维数学模型，从数值模式每小时输出的预报场中提取暴雨过程中的环境场，通过计算函数极小值的方法，求取层结参数及加热率，讨论实际暴雨过程中不稳定的作用。其结果表明，凝结加热对暴雨不稳定的发生发展作用明显。暴雨初期和强盛期的环境场都可以出现动力不稳定，且不稳定扰动传播方向与基本气流有一个斜交角，属于二维平面波的不稳定。“98.7”暴雨的发生发展是热力和动力共同作用的结果。
2005, 16(3): 322-333
摘要:
分析了MODIS卫星资料反演的2001年我国中东部地区气溶胶光学厚度的时空分布特征，并利用中尺度数值模式MM5对该地区硫酸盐气溶胶的直接辐射强迫及其气候效应进行了模拟。结果表明：2001年四川盆地、长江中下游地区、黄淮一带及两广等地区气溶胶光学厚度较大。各季光学厚度变化不同，全年以春季最大。地面温度响应呈现出明显的区域季节变化特征，主要表现为冬、春、秋季南方降温幅度明显，夏季北方降温幅度明显。就区域平均而言，2001年中东部地区晴空时气溶胶辐射强迫以春季最大，达-34.53 W/m2；夏季次之，达-22.76 W/m2；冬季再次，达-22.57 W/m2；秋季最小，达-20 W/m2。地面降温则以冬季最大，达-0.65℃；秋季次之，达-0.37 ℃；春季再次，达-0.34 ℃；夏季最小，达-0.09 ℃。
分析了MODIS卫星资料反演的2001年我国中东部地区气溶胶光学厚度的时空分布特征，并利用中尺度数值模式MM5对该地区硫酸盐气溶胶的直接辐射强迫及其气候效应进行了模拟。结果表明：2001年四川盆地、长江中下游地区、黄淮一带及两广等地区气溶胶光学厚度较大。各季光学厚度变化不同，全年以春季最大。地面温度响应呈现出明显的区域季节变化特征，主要表现为冬、春、秋季南方降温幅度明显，夏季北方降温幅度明显。就区域平均而言，2001年中东部地区晴空时气溶胶辐射强迫以春季最大，达-34.53 W/m2；夏季次之，达-22.76 W/m2；冬季再次，达-22.57 W/m2；秋季最小，达-20 W/m2。地面降温则以冬季最大，达-0.65℃；秋季次之，达-0.37 ℃；春季再次，达-0.34 ℃；夏季最小，达-0.09 ℃。
2005, 16(3): 334-344
摘要:
该文在对东北冬季气温异常的时空变化特征进行分析的基础之上，利用NCEP/NCAR再分析资料，探讨了影响其异常的同期因子——该地区上空大尺度环流异常特征。发现：东北冬季气温20世纪80年代中期以前处于冷期，60年代达到低谷，80年代中期以后一直处于暖期，90年代为49年来最暖期，1986年是由冷转暖的明显突变点；气温异常存在3～4年、8～9年的年际周期及16～18年的年代际周期；东北地区冬季气温异常与黄河以北地区一致性非常好，是49年全国增暖最显著的地区之一；冷、暖冬年，欧亚中高纬度大气环流异常存在显著的差异，西伯利亚高压、亚洲极涡、贝加尔湖高压脊、东亚大槽及极锋急流是影响其异常的同期重要因子。
该文在对东北冬季气温异常的时空变化特征进行分析的基础之上，利用NCEP/NCAR再分析资料，探讨了影响其异常的同期因子——该地区上空大尺度环流异常特征。发现：东北冬季气温20世纪80年代中期以前处于冷期，60年代达到低谷，80年代中期以后一直处于暖期，90年代为49年来最暖期，1986年是由冷转暖的明显突变点；气温异常存在3～4年、8～9年的年际周期及16～18年的年代际周期；东北地区冬季气温异常与黄河以北地区一致性非常好，是49年全国增暖最显著的地区之一；冷、暖冬年，欧亚中高纬度大气环流异常存在显著的差异，西伯利亚高压、亚洲极涡、贝加尔湖高压脊、东亚大槽及极锋急流是影响其异常的同期重要因子。
2005, 16(3): 345-356
摘要:
利用1961～2002年699个国家基本（基准）站的时值气温观测资料，分析了我国不同方法计算的气温平均值的差异。结果表明：平均气温计算值由于受4次观测、3次观测不同的计算方法的影响，造成4次、3次观测记录平均值产生一定差异。其差异在空间分布中具有明显的特征，西部、北部地区3次平均值偏高；东南部地区3次平均值偏低。中西部地区4次、3次气温平均值的差异具有扩大的趋势，是由于最低气温的升高引起的。因此，在使用气温平均值时，要充分重视平均气温值的计算方法，避免误差。
利用1961～2002年699个国家基本（基准）站的时值气温观测资料，分析了我国不同方法计算的气温平均值的差异。结果表明：平均气温计算值由于受4次观测、3次观测不同的计算方法的影响，造成4次、3次观测记录平均值产生一定差异。其差异在空间分布中具有明显的特征，西部、北部地区3次平均值偏高；东南部地区3次平均值偏低。中西部地区4次、3次气温平均值的差异具有扩大的趋势，是由于最低气温的升高引起的。因此，在使用气温平均值时，要充分重视平均气温值的计算方法，避免误差。
2005, 16(3): 357-366
摘要:
通过遥感技术与地面测定相结合的方法，对北京城市热岛现状作观测研究，得到北京城市地面的温度分布特点。使用北京大学城市边界层模式从气象观点就“楔形绿地”规划对北京城市气候的影响进行研究和评价，模式通过对城市地表复杂性和多样性的特征进行细致描述，建立了一个细致模拟城市特点的城市边界层能量平衡模式，并用此能量平衡模式得到的地面温度作为下边界条件，中尺度气象模式MM5做初始场和侧边界条件，建立一个最小分辨率为500 m的城市边界层模式系统，来研究城市边界层在中尺度背景场作用下的精细结构。通过个例模拟，模式能够较准确地模拟城市边界层的风温场分布情况，可以用来对楔形绿地规划进行模拟试验。通过对规划后的气象场在特定的气象条件下进行模拟，结果显示，建造大型的楔形绿地后，绿地区域及绿地周围约1 km以内的地区温度有所降低，降低的程度由规划前后的地表类型改变的剧烈程度、风速大小及与绿地的距离决定，但是这种规划方案却会因城市的下风方向的风速减小而导致通风不畅。
通过遥感技术与地面测定相结合的方法，对北京城市热岛现状作观测研究，得到北京城市地面的温度分布特点。使用北京大学城市边界层模式从气象观点就“楔形绿地”规划对北京城市气候的影响进行研究和评价，模式通过对城市地表复杂性和多样性的特征进行细致描述，建立了一个细致模拟城市特点的城市边界层能量平衡模式，并用此能量平衡模式得到的地面温度作为下边界条件，中尺度气象模式MM5做初始场和侧边界条件，建立一个最小分辨率为500 m的城市边界层模式系统，来研究城市边界层在中尺度背景场作用下的精细结构。通过个例模拟，模式能够较准确地模拟城市边界层的风温场分布情况，可以用来对楔形绿地规划进行模拟试验。通过对规划后的气象场在特定的气象条件下进行模拟，结果显示，建造大型的楔形绿地后，绿地区域及绿地周围约1 km以内的地区温度有所降低，降低的程度由规划前后的地表类型改变的剧烈程度、风速大小及与绿地的距离决定，但是这种规划方案却会因城市的下风方向的风速减小而导致通风不畅。
2005, 16(3): 367-373
摘要:
运用墨西哥帽函数(Mexican Hat Function)小波分析方法对太行山山前平原典型地区的栾城站40年来的降水量以及当地典型作物冬小麦不同生育期阶段的降水量进行了小波分析。结果表明，分时段的降水量并无一个稳定的周期，而是变周期。该区全年降水量变化在40年尺度上可分为1980年前的偏多期和其后的偏少期；10～30年尺度上可分为60年代末以前的偏多、1997年以后的偏少和这期间的动荡期；在较小时间尺度上存在5～7年的周期变化，今后10年内年降水量的总体趋势依旧偏少，5年内为少中有稍偏高于平均降水量的趋势。冬小麦全生育期均存在较明显的4个阶段的交替变化，1967年以前的偏多期、1967～1983年左右的偏少期、1984～1994年左右的偏多期、1995年以后的偏少期。
运用墨西哥帽函数(Mexican Hat Function)小波分析方法对太行山山前平原典型地区的栾城站40年来的降水量以及当地典型作物冬小麦不同生育期阶段的降水量进行了小波分析。结果表明，分时段的降水量并无一个稳定的周期，而是变周期。该区全年降水量变化在40年尺度上可分为1980年前的偏多期和其后的偏少期；10～30年尺度上可分为60年代末以前的偏多、1997年以后的偏少和这期间的动荡期；在较小时间尺度上存在5～7年的周期变化，今后10年内年降水量的总体趋势依旧偏少，5年内为少中有稍偏高于平均降水量的趋势。冬小麦全生育期均存在较明显的4个阶段的交替变化，1967年以前的偏多期、1967～1983年左右的偏少期、1984～1994年左右的偏多期、1995年以后的偏少期。
2005, 16(3): 374-384
摘要:
文章介绍了GRAPES模式标准初始化系统的方案设计及程序结构，对3种不同方案产生的初始场进行了分析。结果表明：水平风场、温度场、位温场对插值方法的精度并不是很敏感，而高度场以及气压Exner函数则对垂直插值方法的精度要求很高；在3种模式变量产生方案中，方案一的效果较差，但它计算速度快，在地形梯度不大的地方可以选择使用；方案二与方案三的效果则比较好，用户可根据自己的需求任意选择。GRAPES模式标准初始化系统在完成其主要功能的同时，通过灵活的程序设计，对标准初始化系统的区域、分辨率、垂直层次、水平插值方法、垂直插值方法等的任意选取，使得标准初始化系统可以很容易满足模式初值的各种需求，为模式开发研究实验提供了各种便利。
文章介绍了GRAPES模式标准初始化系统的方案设计及程序结构，对3种不同方案产生的初始场进行了分析。结果表明：水平风场、温度场、位温场对插值方法的精度并不是很敏感，而高度场以及气压Exner函数则对垂直插值方法的精度要求很高；在3种模式变量产生方案中，方案一的效果较差，但它计算速度快，在地形梯度不大的地方可以选择使用；方案二与方案三的效果则比较好，用户可根据自己的需求任意选择。GRAPES模式标准初始化系统在完成其主要功能的同时，通过灵活的程序设计，对标准初始化系统的区域、分辨率、垂直层次、水平插值方法、垂直插值方法等的任意选取，使得标准初始化系统可以很容易满足模式初值的各种需求，为模式开发研究实验提供了各种便利。
2005, 16(3): 385-395
摘要:
近年来,全球变化和区域响应已成为生态学、植物学、地学和农学的研究热点之一。全球变化引起全球温度升高、降水格局发生变化和土地利用方式改变，研究草原生态系统对全球变化的响应与适应是了解发展和预测陆地生态系统与全球变化相互关系的重要方面。文章对近十年来国内外在CO2浓度升高、温度增加、水分变化等方面对草原生态系统影响的研究进行了评述, 以期加深草原生态系统对全球变化响应的理解，启发研究思路, 激发兴趣。最后提出了应着重加强研究的8个科学问题。
近年来,全球变化和区域响应已成为生态学、植物学、地学和农学的研究热点之一。全球变化引起全球温度升高、降水格局发生变化和土地利用方式改变，研究草原生态系统对全球变化的响应与适应是了解发展和预测陆地生态系统与全球变化相互关系的重要方面。文章对近十年来国内外在CO2浓度升高、温度增加、水分变化等方面对草原生态系统影响的研究进行了评述, 以期加深草原生态系统对全球变化响应的理解，启发研究思路, 激发兴趣。最后提出了应着重加强研究的8个科学问题。
2005, 16(3): 396-401
摘要:
利用NCEP/NCAR再分析资料和地面观测资料对2003年7月26～27日500 hPa副热带高压区域一次暴雨过程的形成原因进行了分析。结果表明:中低层来自东北方向的冷空气入侵是此次暴雨发生的重要原因，其作用体现在三个方面：一是致使对流层中低层降温，边界层增温，使得降水区积累了大量的不稳定能量；二是造成边界层风的辐合，进而激发了整层的上升运动；三是这股冷空气为暴雨发生提供了重要水汽源。暴雨发生前南亚高压主体突然东进，高空急流轴不断东伸加强，其出口端不断向南伸展，使得对流层中层副高主体西移，同时造成日本附近的冷涡南压，为冷空气从中低层侵入暴雨发生区提供了有利的环流条件。
利用NCEP/NCAR再分析资料和地面观测资料对2003年7月26～27日500 hPa副热带高压区域一次暴雨过程的形成原因进行了分析。结果表明:中低层来自东北方向的冷空气入侵是此次暴雨发生的重要原因，其作用体现在三个方面：一是致使对流层中低层降温，边界层增温，使得降水区积累了大量的不稳定能量；二是造成边界层风的辐合，进而激发了整层的上升运动；三是这股冷空气为暴雨发生提供了重要水汽源。暴雨发生前南亚高压主体突然东进，高空急流轴不断东伸加强，其出口端不断向南伸展，使得对流层中层副高主体西移，同时造成日本附近的冷涡南压，为冷空气从中低层侵入暴雨发生区提供了有利的环流条件。
2005, 16(3): 402-407
摘要:
分析了华东地区各类台风路径降水的气候概况和影响降水的因素，冷空气入侵、地形作用、水汽条件及影响时间的长短等都能影响台风的降水量。最后给出了两个可用于诊断预报台风降水的物理量，计算结果表明，热成散度预报正确与基本正确率为32/34。
分析了华东地区各类台风路径降水的气候概况和影响降水的因素，冷空气入侵、地形作用、水汽条件及影响时间的长短等都能影响台风的降水量。最后给出了两个可用于诊断预报台风降水的物理量，计算结果表明，热成散度预报正确与基本正确率为32/34。
2005, 16(3): 408-412
摘要:
气候模式不断发展的同时，对高性能计算机提出了更高的要求，如何提高模式在现有计算机资源上的运行效率问题已越来越重要。文章介绍了利用编译器优化和手工优化技术对海气耦合模式进行优化试验，优化后模式运行效率提高60%，表明将这些优化方法应用到气候模式的改进工作中，可以达到较好的效果。
气候模式不断发展的同时，对高性能计算机提出了更高的要求，如何提高模式在现有计算机资源上的运行效率问题已越来越重要。文章介绍了利用编译器优化和手工优化技术对海气耦合模式进行优化试验，优化后模式运行效率提高60%，表明将这些优化方法应用到气候模式的改进工作中，可以达到较好的效果。
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