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城市冠层模式在GRAPES模式中的应用

热带气象学报 2016年第3期32卷 311-321页

作者：张艳霞蒙伟光戴光丰蒋德海姚帅中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室广东广州510080

在GRAPES中尺度模式中耦合了城市冠层模式(Urban Canopy Model,简写为UCM),并选择珠江三角洲(简称"珠三角")地区2011年7月10日夜间强降水过程和2012年8月19日的高温个例,考察了GRAPES中尺度模式与城市冠层模式耦合在珠三角地区的模拟效... 详细信息

在GRAPES中尺度模式中耦合了城市冠层模式(Urban Canopy Model,简写为UCM),并选择珠江三角洲(简称"珠三角")地区2011年7月10日夜间强降水过程和2012年8月19日的高温个例,考察了GRAPES中尺度模式与城市冠层模式耦合在珠三角地区的模拟效果,分别设置了两组试验,在GRAPES模式中耦合和未耦合城市冠层模式(UCM和noUCM)。结果发现,UCM对强降水中心和降水落区的模拟都较noUCM有明显的改善,从降水的四个评估指数(命中率、反命中率、威胁指数及偏差)也可以看出,UCM的结果较noUCM有了较明显的提高,尤其是命中率和威胁指数;对2 m高度的温度和地表热通量而言,两组试验的日间温度和热通量差异较大,中心城区UCM模拟的温度较noUCM高2~4℃,最大差值达5~6℃,热通量差异基本在150 W/m^2,而在夜间,两组试验模拟的温度和热通量差异减小,温度差值基本在0.5~1.0℃之内,热通量差异一般在10 W/m^2左右。两组试验对降水模拟差异的主要原因是UCM模拟出了降水前期地面强的辐合区及相应的温度高值区,对流层低层较大范围的垂直上升运动和辐合上升,对流层中层的暖湿中心及地面较大的CAPE值(达2 000~3 000 J/kg),而noUCM的模拟偏弱或是未能模拟出来。从另外高温个例观测与模式模拟的对比结果来看,UCM模拟的近地面气温、风速、感热通量、向下短波辐射通量和向上长波辐射通量与观测的误差减小,但感热通量与向下短波辐射通量与观测存在一定差距。

关键词： GRAPES模式城市冠层模式耦合数值模拟城市效应

夏季(5-10月)南海准双周和20～60天振荡的年代际变化特征

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热带气象学报 2016年第5期32卷 577-587页

作者：李春晖何超郑彬谷德军林爱兰中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室广东广州510640

通过周期和波谱分析，指出南海对流夏季（5—10月）具有显著的准双周振荡（10-20天，QBWO）和20～60天振荡（ISO）周期。在南北向传播上，南海对流QBWO和ISO均以波数为2的向北传播为主。在东西方向传播上，QBWO以波数为1的向西传播为主... 详细信息

通过周期和波谱分析，指出南海对流夏季（5—10月）具有显著的准双周振荡（10-20天，QBWO）和20～60天振荡（ISO）周期。在南北向传播上，南海对流QBWO和ISO均以波数为2的向北传播为主。在东西方向传播上，QBWO以波数为1的向西传播为主，而ISO则以波数为1的向西和向东传播为主。在大气环流发生突变的三个不同年代下（1958-1976年、1977-1993年和1994—2011年），QBWO强度、传播次数、频次和传播波谱能量均呈现逐渐增强的趋势。ISO强度的变化为正常略弱、较弱和较强，传播次数、频次和传播波谱能量则为较强、较弱和较强。导致这些变化的可能因子也有所不同，海气相互作用和水汽对流条件对QBWO的变化起了共同主导作用。对ISO而言，纬向风垂直切变影响更为重要。

关键词：南海准双周 20~60天振荡年代际

WRF耦合城市冠层模式对珠三角城市群天气模拟影响的评估

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热带气象学报 2013年第6期29卷 935-946页

作者：张艳霞蒙伟光戴光丰蒋德海中国气象局广州热带海洋气象研究所/中国气象局广东省区域数值天气预报重点实验室广东广州510080

基于是否耦合城市冠层模式的3个对比试验(无城市冠层模式:W-NUR;单层冠层模式:W-UCM;多层冠层模式:W-BEP),应用WRF模式模拟了珠江三角洲(简称珠三角)地区发生于2011年6月21日午后的一次强降水过程,发现W-UCM、W-BEP试验的模拟结果均优于... 详细信息

基于是否耦合城市冠层模式的3个对比试验(无城市冠层模式:W-NUR;单层冠层模式:W-UCM;多层冠层模式:W-BEP),应用WRF模式模拟了珠江三角洲(简称珠三角)地区发生于2011年6月21日午后的一次强降水过程,发现W-UCM、W-BEP试验的模拟结果均优于W-NUR试验,但降水落区与实际观测相比仍有差异。为此应用前期10 d(2011年6月11—20日)的模拟结果,通过对珠三角城市群6个站点基本气象要素模拟效果的评估,重点考察了W-NUR及W-UCM试验结果的差异,并对模拟降水存在差异形成的原因进行分析。评估结果表明:无论是W-NUR还是W-UCM,模拟的10 m高度风速普遍偏强,其中W-NUR模拟的平均风速比观测偏强1.61 m/s,W-UCM偏强1.58 m/s;W-NUR模拟的2 m高度温度及温度露点差均较观测偏低,温度平均偏差-1.28℃,温度露点差平均偏差-1.39℃,而W-UCM模拟的温度及温度露点差较观测偏高,温度平均偏差略高0.14℃,温度露点差平均偏高1.12℃。平均偏差及均方根误差分析反映出,温度模拟的误差最小,其次为温度露点差,风速误差最大,而且模拟温度和温度露点差与观测相关性更好,相关系数分别大于0.60和0.50,通过0.001显著性水平检验,而风速的相关性则相对较弱。总体来看,尽管耦合冠层模式后WRF对地面气象要素的预报有所改善,但模拟的10 m高度风速仍然偏强。就21日强降水过程的模拟来说,由于偏北风偏强造成切变线南压可能是模拟降水落区偏南的一个原因。

关键词：城市冠层模式地面气象要素数值模拟影响评估

6月MJO对广东降水调制与直接影响系统的联系

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应用气象学报 2013年第4期24卷 397-406页

作者：林爱兰李春晖郑彬谷德军区域数值天气预报重点实验室中国气象局广州热带海洋气象研究所广州510080

利用1979—2008年广东省86个测站逐日降水资料及NCEP-DOE第2套分析资料等,提出影响广东500 hPa环流系统的判别方法,分析6月赤道MJO(季节内振荡)活动对广东降水的调制作用随中低纬度环流型的变化。结果表明:强MJO第3位相广东出现强降水... 详细信息

利用1979—2008年广东省86个测站逐日降水资料及NCEP-DOE第2套分析资料等,提出影响广东500 hPa环流系统的判别方法,分析6月赤道MJO(季节内振荡)活动对广东降水的调制作用随中低纬度环流型的变化。结果表明:强MJO第3位相广东出现强降水的概率最高,是8个位相中唯一强降水等级出现日数超过弱降水日数的位相。在直接影响广东的5种500 hPa环流系统(包括西风槽、西风浅槽、平直西风或高压边缘、副热带高压、热带低压槽)中,西风槽类型影响时,赤道MJO对广东降水的调制作用最强,其他环流类型影响时,MJO的调制作用很弱。广东在西风槽影响下,当处于MJO第3位相(第6位相)时,降水距平百分率达到最高(低)。MJO对广东降水的调制作用随中低纬度环流系统的变化,主要是环流系统之间的不同配合导致降水所需的动力上升条件和水汽输送条件的相互配合发生变化造成的。

关键词： MJO 广东6月降水中低纬度环流系统西风槽

台风“凡亚比”登陆过程中暴雨MCSs演变及形成机理

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热带气象学报 2015年第4期31卷 433-443页

作者：张艳霞蒙伟光戴光丰李春晖中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室广东广州510080

利用大尺度和TBB资料得出1011号台风“凡亚比”环流背景中出现连续性暴雨的大尺度环境概况和主要MCSs活动情况，发现高低空辐散辐合配置的动力结构及强烈的垂直上升运动和丰富的水汽，为暴雨的发生和持续提供了有利的动力和水汽条件；... 详细信息

利用大尺度和TBB资料得出1011号台风“凡亚比”环流背景中出现连续性暴雨的大尺度环境概况和主要MCSs活动情况，发现高低空辐散辐合配置的动力结构及强烈的垂直上升运动和丰富的水汽，为暴雨的发生和持续提供了有利的动力和水汽条件；连续性暴雨过程中主要有三个MCSs活动，其中9月20—21日的MCSs持续时间最长、强度最大、暴雨最强。因此，通过观测资料讨论了该MCSs发展演变的特征及基于大尺度资料和中尺度数值模拟结果探讨了其发展演变的机制。结果发现，该MCSs形成、发展、成熟至减弱阶段都处在台风的外围环流中，其中心位于台风移动方向约300～350km处的左前方；从大尺度资料的分析可见，上升运动加强，水汽输送充足，垂直风切变明显增大，不稳定能量的稳定累积及中低层西侧干冷空气的侵入有利于MCSs组织发展。进一步从中尺度数值模拟结果发现，MCSs东、西及北侧的温湿梯度相向发展形成的能量锋区为MCSs的组织发展提供了环境条件和能量，该能量锋区形成于东西两侧温度和湿度梯度的差异，东侧受热带低压登陆降水引起降温增湿，而西侧和北侧受台风外围偏西气流和青藏高原热源共同作用增温减湿。此外，西侧中层干冷空气的侵入也有利于该锋区的存在和维持，更有利于MCSs的发展。正涡度的增长和0～6km垂直风切变大值区的配合，为MCSs的形成发展提供了有利的动力条件。

关键词：台风环流连续性暴雨 MCSs 数值模拟机理

地形重力波拖曳参数化方案在华南中尺度模式(GRAPES)中的应用试验

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热带气象学报 2014年第3期30卷 413-422页

作者：钟水新陈子通黄燕燕张诚忠徐道生戴光丰杨兆礼中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室广东广州510080

在华南中尺度模式GRAPES中发展KA95方案地形重力波拖曳参数化方案(GWDO),并对2012年的2月8—12日影响华南冷空气过程、8月23—24日发生在广东的局地性暴雨和5—8月共4个月的KA95方案预报试验进行检验。结果表明,KA95地形重力波拖曳参数... 详细信息

在华南中尺度模式GRAPES中发展KA95方案地形重力波拖曳参数化方案(GWDO),并对2012年的2月8—12日影响华南冷空气过程、8月23—24日发生在广东的局地性暴雨和5—8月共4个月的KA95方案预报试验进行检验。结果表明,KA95地形重力波拖曳参数化方案的引入,改善了GRAPES模式对冬、春季低层南风偏强和地面温度偏高的现象,一定程度上纠正了在模式积分过程中出现的南风偏差,改正了在业务预报中因南风偏强而导致温度偏差过大的现象;改善了模式对局地强降水强度和落区的预报,减小了大雨和暴雨的漏报率和预报偏差,提高了GRAPES模式对降水的预报效果。

关键词：天气预报参数化方案地形重力波拖曳 GRAPES

2011年南海夏季风爆发期间大气污染物特征的数值模拟

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热带气象学报 2014年第1期30卷 73-82页

作者：杨兆礼郑彬吴兑黄辉军中国气象局广州热带海洋气象研究所/中国气象局广东省区域数值天气预报重点实验室广东广州510080

利用2006年Global emissions data和2011年NCEP Final Analysis资料作为WRF-chem3．0模式的初、边值条件，模拟了2011年4月25日-5月25日南海夏季风爆发前后一个月，区域为70～160°E，0～40°N范围内的季风区海盐、PM10、COx、SO2、NOx及O3等各种大气化学污染物的三维空间基本分布情况，结果发现在近地面950hPa和400hPa高度附近，由季风爆发引起的南海地区偏西和偏南风分量加强等风场形势的改变，导致了相应各种污染物浓度在分布上的较大变化，尤其在南海地区，由于出现较强风场辐合导致该地区的污染物浓度明显高于其它区域。还发现在垂直方向上，各种污染物的分布都分别受到了由季风爆发期间引起的偏西和偏南风分量变化的影响较明显。同时，季风爆发前陆地上的污染物浓度明显大于海洋上的污染物浓度，而随着季风爆发，大部分污染物的这种海陆浓度差异会大幅减小。

关键词：南海夏季风大气污染物扩散特征数值模拟

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珠三角地区闪电活动与大气化学污染的关系

热带气象学报 2013年第6期29卷 947-954页

作者：杨兆礼万齐林吴兑廖菲黄辉军毛伟康中国气象局广州热带海洋气象研究所/中国气象局广东省区域数值天气预报重点实验室广东广州510080

研究了以广东省东莞站为代表的珠江三角洲(简称珠三角)地区及作为对比的粤西遂溪站为代表的海边地区降水样品的化学成分与闪电活动间的关系,分析了珠三角地区污染源对降水化学成分的影响,通过进行相关分析发现,在珠三角地区,除了臭氧不... 详细信息

研究了以广东省东莞站为代表的珠江三角洲(简称珠三角)地区及作为对比的粤西遂溪站为代表的海边地区降水样品的化学成分与闪电活动间的关系,分析了珠三角地区污染源对降水化学成分的影响,通过进行相关分析发现,在珠三角地区,除了臭氧不明显外,空气中的二氧化硫、二氧化氮及可吸入颗粒物浓度(没有进入降水中)与闪电发生的次数都存在显著的负相关关系;还发现闪电降水具有十分明显的化学特征地区性差异,即相对其它地区,浓度较高的化学成分其闪电降水的化学浓度都明显高于非闪电降水,而浓度较低的化学成分其闪电降水的化学浓度都低于非闪电降水,这进一步证明了pH值与雷电活动的关系并非主要由湿清除过程引起,而与雷电活动有较密切的关系。闪电活动与降水中某些离子浓度、降水的电导率及pH值间存在显著的相关关系,总的来说,闪电活动与当地的典型化学成分浓度有显著的相关关系,例如闪电活动在海边地区与海盐性离子有显著的相关关系、在珠三角地区与主要由工业化和城市化环境所引起的各种离子有显著的相关关系。

关键词：大气物理学大气化学污染闪电活动相关分析显著性水平

广东前汛期持续性暴雨的变化特征及其环流形势

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气象学报 2013年第4期71卷 628-642页

作者：林爱兰李春晖郑彬谷德军中国气象局广州热带海洋气象研究所/区域数值天气预报重点实验室广州510080

利用1961-2011年广东省86个测站地面观测逐日降水资料及1979-2011年NCEP-DOE第2套分析资料,提出了广东暴雨日的定义指标,分析了近51 a广东前汛期及其各月持续性暴雨的变化特征,进一步诊断了持续性暴雨过程的环流特征和水汽输送来源。结... 详细信息

利用1961-2011年广东省86个测站地面观测逐日降水资料及1979-2011年NCEP-DOE第2套分析资料,提出了广东暴雨日的定义指标,分析了近51 a广东前汛期及其各月持续性暴雨的变化特征,进一步诊断了持续性暴雨过程的环流特征和水汽输送来源。结果表明,广东暴雨新指标避免了原指标定义存在的不合理情况和需要人工操作等问题,并且得到的广东暴雨日数及暴雨累积雨量的年际变化更能反映广东的旱涝情况。51 a平均前汛期持续性暴雨过程在4、5、6月分别占10%、29%和61%,20世纪60年代后期至80年代持续性暴雨多发生在5月,而60年代前中期、90年代至2011年持续性暴雨则主要在6月出现,这种年代际变化是由东亚地区中低纬度大气环流系统的变化所造成的。除了过去所认识的"三脊两槽"和"两脊一槽"两种类型天气形势外,广东前汛期持续性暴雨过程的500 hPa中高纬度环流还有一种"高纬阻塞-中纬平缓型"(称为Ⅲ型),Ⅲ型主要出现于6月,占6月持续性暴雨过程的22%,因此,这种环流类型的补充提出,将减少6月持续性暴雨过程的漏报现象。由于气候背景场各月有所不同,无论是三脊二槽型还是二脊一槽型,各区域槽(或脊)的相对强弱和形态也随月份有所不同,例如二脊一槽型,东北亚地区高压脊4、5、6月逐月加强向北扩展,贝加尔湖槽区逐月变宽,中低纬度阿拉伯海以东槽逐月向西移动,孟加拉湾槽、西太平洋副热带高压逐月加强。前汛期持续性暴雨过程的主要水汽来源随月份发生变化,4月热带西太平洋地区水汽来源贡献最大,5月孟加拉湾、西太平洋和中国南海的水汽都有贡献,而6月则主要来源于孟加拉湾的水汽输送。所有类型持续性暴雨过程,广东大部分地区都处于水汽通量辐合区,说明动力辐合作用和水汽来源是暴雨的必备条件,持续性暴雨是各类中高纬度环流型的稳定维持与来源于热带的水汽输送共同作用的结果。

关键词：广东前汛期持续性暴雨中高纬度环流高纬阻塞-中纬平缓型水汽来源