摘要:本文利用区域空气质量模式RAQMS（Regional Air Quality Model System），对2009年春季中国东部气溶胶主要化学成分及其分布进行了模拟研究。与泰山站观测资料的对比结果显示，模式能比较合理地反映气溶胶浓度的逐日变化特征。整体上，模式对无机盐气溶胶的模拟好，分别高估和低估黑碳和有机碳气溶胶浓度，其原因与排放源、二次有机气溶胶化学机制和模式分辨率的不确定性有关。模拟结果显示，春季气溶胶浓度高值主要集中于华北、四川东部、长江中下游等地区。受东南亚生物质燃烧和大气输送的影响，中国的云南和广西等地区有机碳浓度高于中国其他地区。中国西北部沙尘浓度较高，而且向东输送并影响到中国东部和南方部分地区。中国东部的华北、四川东部、长江中下游等地PM_2.5（空气动力学直径在2.5微米以下的颗粒物）污染严重，4月平均PM_2.5浓度超过了我国日平均PM_2.5浓度限值。中国东部泰山站的观测和模拟结果都显示近地面硝酸盐浓度超过硫酸盐，中国北部对流层中硝酸盐的柱含量也大于硫酸盐，而在中国南部则相反，这一方面与春季中国云量 南多北少的分布特征以及云内液相化学反应有关，另一方面也与南北温差对气溶胶形成的影响有关。就整个中国东部而言，虽然硫酸盐的柱含量（46 Gg）仍大于硝酸盐（42 Gg），但比较接近，反映出我国氮氧化物排放迅速增加的趋势。春季中国地区对流层中PM₁₀（空气动力学直径在10微米以下的颗粒物）及其化学成分柱含量分别为：990.8 Gg（PM₁₀），52.6 Gg（硫酸盐），48.2 Gg（硝酸盐），32.1 Gg（铵盐），22.9 Gg（黑碳）和74.1 Gg（有机碳），有机碳（OC）中一次有机碳（POC）和二次有机碳（SOC）分别占60%和40%，中国东部PM₁₀中人为气溶胶和沙尘分别占30%和70%，反映了春季沙尘对我国大气气溶胶的重要贡献。

摘要:为研究华东高山地区云凝结核（Cloud Condensation Nuclei，CCN）沿山峰的垂直变化特征，2011年6月利用云凝结核计数器（Cloud Condensation Nuclei Counter，CCNC）在黄山三个不同高度处对CCN进行观测。观测结果表明，不同高度的CCN浓度随时间的变化趋势基本一致，CCN浓度随高度的升高而减小，过饱和度为0.8%时山顶、山腰、山底CCN浓度平均值分别为1105.62、1218.39和1777.78 cm^-3，山底的高CCN浓度（大于1000 cm^-3）出现频率大于山腰和山顶，表明山底受周边污染源的影响较山顶和山腰大。山顶和山底的日变化曲线均为双峰型，两个峰值分别出现在午前和午后，与大气边界层高度及山谷风变化有关。利用公式N=CS^k拟合了山顶在不同天气条件下CCN活化谱，并分析了其变化特征。结果显示，晴天、雨天和雾天的C值分别为2798、384、765，小于一些污染城市，属于清洁大陆型核谱。本文结果有助于改进对华东背景地区云凝结核时空分布的认识，为该地区云雾核化在数值模式中的表达提供观测依据和参数化方案。

摘要:2010年5月31日至6月1日华南特大暴雨过程经历了三次集中降水期，共有4次MCS（Mesoscale Convective Systems）演变过程，其中一个TL/AS MCS（Training Line/Adjoining Stratiform Mesoscale Convective System，邻接层状单向发展的中尺度对流系统）在广西壮族自治区中部准静止地维持了10多个小时，导致了多个观测站出现极端强降水。用观测资料和数值模拟结果重点探讨了该TL/AS MCS的观测特征及其发展持续的环境条件。结果表明，准静止TL/AS MCS发展在一个高空强辐散、低空气旋性汇合环流的天气尺度环境中，TL/AS MCS维持期间热力环境特征表现为对流层中低层持续高湿近饱和态、偏中性层结、合适的对流有效位能和极小的对流抑制能量。在对流层中低层，低空急流的加强发展维持与对流层中层相对弱的环境风形成了风垂直切变随高度呈现强逆转，近地层风垂直切变垂直于对流线的分量大，而在中层风垂直切变平行于对流线的分量占绝对优势，风切变特征可能是TL/AS MCS 准静止的原因；低空急流和中层环流的相互作用、对流层动力和热力条件有利于强上升运动的长时间维持与发展，不断触发新对流从而组织成一个长生命期准静止的TL/AS MCS

摘要:采用动态合成、带通滤波等方法，通过对冬季黑潮延伸区暖、冷两个中尺度海洋涡旋的分析，研究了大气对中尺度海洋涡旋的响应特征。结果表明，海表温度（SST）与近海面风速的正相关关系在涡旋的动态合成图上清晰可见，暖（冷）涡上空对应10 m风速的极大（小）值，即海洋对大气的强迫作用在日时间尺度上表现显著；SST高低值中心基本对应10 m风无辐散区，暖（冷）涡上空为异常正（负）涡度分布；暖（冷）涡上空潜热、感热通量增大（减小），降低（增大）大气稳定度，从而加强（减弱）边界层垂直混合作用，使得海洋大气边界层增厚（变薄）。暖（冷）涡旋上空对应摩擦速度极大（小）值，反映了湍流粘性力在高（低）海温中心增大（减小）的特征，表明动量垂直混合机制在中小尺度海气相互作用中起着主要作用。中尺度海洋涡旋能够影响大气瞬变扰动，大气瞬变扰动强度在暖（冷）涡下游上空出现极大（小）值，该影响不仅表现在海洋大气边界层，在自由大气中低层也有较为清晰的反映。此外，从能量转换的角度入手，发现斜压能量转换在中尺度海洋涡旋影响大气瞬变扰动强度中贡献明显。

摘要:本文比较了中国参加“国际耦合模式比较计划”（CMIP5）的四个大气环流模式（即FGOALS-g2、FGOALS-s2、BCC-CSM1-1、BNU-ESM大气模式）在观测海温驱动下，对东亚冬季风（EAWM）气候态和年际变率的模拟能力。结果表明，在气候态上，四个模式均合理再现了EAWM高低层环流系统（包括低层西伯利亚高压（SH）、阿留申低压、异常偏北风、和中高层东亚大槽、西风急流），其中对2 m气温和500 hPa高度场的模拟技巧最高，四个模式模拟的结果与再分析资料的空间相关系数都达到0.99。在年际变率上，分别对东亚北部地区（30°N～60°N，100°E～140°E）和东亚南部地区（0°～30°N，100°E～140°E）的2 m气温进行经验正交函数分解（EOF），提取变率主导模态。结果表明，在东亚北部地区，四个模式对2 m气温第一模态（简称“北部型”）的空间分布均有很高的模拟技巧，但只有BNU-ESM能够较好再现其对应的年际变率，其模拟的时间序列与观测的相关系数为0.69。四个模式均能模拟出观测中的3.1 a主导周期，但只有FGOALS-s2和BNU-ESM能模拟出观测中的2.5 a主导周期。在东亚南部地区，模式模拟的前两个主模态共同解释观测中第一模态（简称“南部型”）的特征，其中FGOALS-g2、FGOALS-s2和BNU-ESM的综合模拟技巧较高，但只有BNU-ESM成功再现了观测中2.5 a和3.1 a的主导周期。机理分析表明，FGOALS-g2、FGOALS-s2、BNU-ESM三个模式能合理再现菲律宾海反气旋，同时对南部型有较高的模拟能力，而BCC-CSM1-1则未能有效再现菲律宾海反气旋，使得 BCC-CSM1-1对南部型模拟技巧较低。观测和四个模式模拟的结果一致表现出北极涛动（AO）与北部型PC1呈显著相关，影响大于SH。

摘要:本文评估了美国国家大气海洋局（NOAA）新发布的20世纪再分析资料（20CR）对欧亚季节环流气候平均态和气候变率及中国东部气温降水的刻画能力。结果表明：20CR再分析资料对欧亚地区四季环流气候平均态刻画能力与NCEP2资料的相比，均呈现北部中高纬度系统性偏高，南部中低纬度系统性偏低的特点，导致描绘的东亚冬季风偏弱，夏季风偏强。这可能与20CR资料在极地海岸地区海冰资料处理时产生的差错有关。与中国东部的站点资料对比则显示20CR对我国东部气温的刻画偏低，而对降水的刻画偏高，站点相关性气温好于降水，东南沿海地区优于内陆地区。平均场和空间相关场结合来看，秋季气温和降水20CR与站点观测资料吻合最好。20CR资料较好地刻画近百年北半球冬夏季的气候指数（北极涛动、北大西洋涛动、北太平洋涛动、东亚冬季风、阿留申低压等）的年际变率及年代际变化特征，很好地刻画了阿留申低压1970年代末的年代际增强，西伯利亚高压1970年代末的下降和1990年后的上升趋势及北太平洋涛动、北大西洋涛动和北极涛动指数1970年代末期由负位相到正位相的年代际转变。

摘要:本文利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式耦合Noah陆面过程模式，对比研究了使用不同精度陆面资料：WRF默认陆面资料、中国1 km分辨率数字高程模型数据集、2006年MODIS（MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer）土地利用和植被覆盖度资料，WRF模式对兰州地区冬季气象场模拟结果的差异。结果表明，近地面气温对陆面资料的精度非常敏感，而风场对陆面资料的精度不敏感，WRF模式对气温的模拟效果好于对风场模拟。采用高精度且时效性好的陆面资料后，WRF模拟的近地面气温准确率提高了15.8%，模拟的夜间气温改进幅度较白天大。陆面资料可影响整个边界层温度场分布，准确的陆面资料对提高WRF模式模拟近地面乃至整个边界层气象场至关重要。尽管风速模拟误差较大，但总体上WRF模式能较准确地模拟出研究区的风场演变特征。使用新的陆面资料后WRF模拟的风速误差略有减小，风向误差略有增加。干旱半干旱区冬季数值模拟需要注意土壤湿度初值和模式初始积分时刻对模拟结果的影响。

摘要:本文利用普林斯顿大学全球大气强迫场资料，驱动公用陆面过程模式（Community Land Model version 4.0，CLM4.0）模拟了中国区域1961～2010年土壤湿度的时空变化。将模拟结果与观测结果、美国国家环境预报中心再分析数据（National Centers for Environmental Prediction Reanalysis，NCEP）和高级微波扫描辐射计（Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS，AMSR-E）反演的土壤湿度进行了对比分析，结果表明CLM4.0模拟结果可以反映出中国区域观测土壤湿度的空间分布和时空变化特征，但东北、江淮和河套三个地区模拟值相对于观测值在各层次均系统性偏大。模拟与NCEP再分析土壤湿度的空间分布基本一致，与AMSR-E的反演值在35°N以北的分布也基本一致；从1961～2010年土壤湿度模拟结果分析得出，各层土壤湿度空间分布从西北向东南增加。低值区主要分布在新疆、青海、甘肃和内蒙古西部地区。东北平原、江淮地区和长江流域为高值区。土壤湿度数值总体上从浅层向深层增加。不同深度土壤湿度变化趋势基本相同。除新疆西部和东北部分地区外，土壤湿度在35°N以北以减少趋势为主，30°N以南的长江流域、华南及西南地区以增加为主。在全球气候变暖的背景下，CLM4.0模拟的夏季土壤湿度在不同程度上响应了降水的变化。中国典型干旱区和半干旱区土壤湿度减小，湿润区增加。其中湿润区土壤湿度对降水的响应最为显著，其次是半干旱区和干旱区。

摘要:本文使用中尺度数值模式WRFV3.4中的8种不同云微物理过程参数化方案，模拟2010年5月6～7日华南一次暴雨事件，探讨不同云微物理方案对华南暴雨模拟的影响。结果表明：不同云微物理方案对不同量级降水模拟效果总体较好。WSM3方案对小到大雨和大暴雨的模拟效果最好，对暴雨的模拟最差；WDM5方案对暴雨模拟效果最好。结合TS评分和误差分析结果，整体效果最好的是WSM5方案，最差的是Lin方案。对于同一云微物理参数化方案，不同分辨率的降水模拟结果差异不大，但同一分辨率的不同云微物理参数化方案的降水结果差异较大，这说明云微物理过程比模式分辨率对暴雨模拟的影响更大。

摘要:基于我国160个台站观测的月平均地面气温资料，通过考察冬季各月气温之间的联系将11月和12月划分为前冬，次年的1月至3月划分为后冬，并利用160站资料和NCEP/NCAR再分析资料，通过经验正交函数 （EOF，empirical orthogonal function）分解和依赖于季节的EOF（SEOF，season-reliant EOF）分解对近62年来我国前冬和后冬气温各自的年际变化特征、它们之间的联系以及对应的大气环流进行了分析。结果表明，我国前冬和后冬气温年际变化的前两个EOF模态在空间上均表现为全国一致的变化和南北相反的变化；其时间系数的分布表明，当前冬出现全国性偏暖（冷）或北冷（暖）南暖（冷）的气温异常时，后冬出现类似气温异常和相反气温异常的概率均在50%左右。进一步，通过SEOF分解得到了年际变化时间尺度上我国冬季气温演变的两个主要模态。第一模态（SEOF1）为前冬到后冬同相演变型，即前冬全国一致偏暖（冷）时后冬亦全国一致偏暖（冷），该模态在20世纪80年代中期有明显的年代际增暖；第二模态（SEOF2）表现为前冬到后冬反相演变型，即前冬全国一致偏冷（暖）而后冬全国一致偏暖（冷），该模态以年际变化为主。对环流场的分析表明，中纬度大气过程特别是大气遥相关型的变化是同向和反向两种演变模态产生的主要原因。SEOF1的环流表现为对流层中层斯堪的纳维亚遥相关型在整个冬季的持续性同号异常，与此相伴的海陆气压差强度和东亚高空急流强度的变化使得前、后冬中的东亚冬季风环流呈一致加强或减弱，从而引起同相演变模态。SEOF2的环流在前冬表现为欧亚遥相关型的特征，整个对流层的变化都很显著，而后冬的环流信号主要在对流层中低层显著，此时表现为类似斯堪的纳维亚遥相关型的特征且符号发生了反转，从而引起反相演变模态。

摘要:2012年7月21日北京地区遭受了61年以来最大的暴雨，造成了大量的人员伤亡与巨大的财产损失。资料综合分析表明台风韦森特在暴雨发生过程中的水汽输送起到“枢纽”的作用，夏季季风通过台风韦森特在副高的影响下将水汽“转运”至暴雨区。为了验证北京异常暴雨过程中台风韦森特的“转运”效应，利用中尺度数值模式WRF对暴雨过程进行数值模拟，结果表明模式能够较好的模拟出此次降水过程的强度、落区，且暴雨发生过程中的水汽输送亦能够较好的再现。通过设计剔除台风的敏感性试验发现，剔除台风韦森特之后降水强度仅为控制试验的50%。进一步分析表明低纬季风水汽气流通过处于东南沿海的台风韦森特向暴雨区域输送水汽，在此过程中西南气流直接向北京区域的水汽输送减少，而西南气流向台风的水汽输送增加，台风与东侧副热带高压之间的偏南气流向暴雨区的水汽输送明显增强，从而印证了上述西南季风气流—台风涡旋—暴雨环流三个系统之间水汽的“转运”效应。以上结果表明远距离暴雨的发生是一个复杂的过程，不仅反映了中低纬度系统的相互作用，而且揭示出夏季季风水汽流对台风涡旋的水汽输送持续供应也可能是台风远距离异常暴雨发生的关键因素之一。

摘要:本文利用1979～2010年的NCEP再分析资料，通过北半球环状模NAM指数挑选出的强、弱极涡个例，分析了北半球平流层异常变化过程中行星波的演变以及与之相联系的我国天气的变化特征。结果表明，在强极涡事件前，行星波1波会被反射回对流层，极地波导减弱，低纬波导增强，中高纬地区的E-P通量矢量有着从平流层传播到对流层的趋势；强极涡事件后，极地波导增强，低纬波导减弱。在弱极涡事件前，中、高纬度行星波1波沿着极地波导的传播明显增强；弱极涡事件后，极地波导明显减弱。与此对应的我国天气也有明显变化，在强极涡事件前，我国大部分地区温度偏低，南方地区偏湿而新疆西北部和云南西部地区偏干；在强极涡事件后，东亚冬季风进一步增强，冷空气加强南下，南方地区可降水量减少，新疆西北部仍然偏干，而云南大部分地区可将水量增加。在弱极涡事件前，东亚冬季风显著增强，使我国气温偏冷，降水减少，而弱极涡事件后，我国气温明显回升，中、东部地区和新疆西北部地区降水明显增加。

摘要:利用日本气象厅区域谱模式（RSM）20 km再分析资料及改进的调和—余弦算法，对2006年4号台风Bilis登陆后暴雨增幅前后风场的结构变化特征进行了比较分析。Bilis台风登陆西行过程中，于14日18：00（协调世界 时，下同）开始，至15日12：00出现明显的暴雨增幅现象。在暴雨增幅前后时段，暴雨区的全风场及无辐散风分布变化强度小于无旋风。具体表现为：暴雨增幅前，Bilis低层西南部的无旋风速加强，辐合中心与Bilis中心逐步靠近，垂直上升运动加强；在暴雨增幅期间，Bilis西南部的低层和高层的无旋风速都一致持续加强。这种无旋风场上的变化与暴雨强度变化有很好的相关性，即：无旋风在Bilis西南部的增强及辐合增强与该区域暴雨的增强相对应，暴雨增幅的时段与高低层无旋风的风速加大和辐合增强是一致的。对暴雨增幅起主导作用的是无旋风的变化及其引起的散度变化。无旋风速及辐合增强时，暴雨增强并维持；无旋风及辐合减弱后，暴雨强度逐渐减弱。无辐散风强度变化与暴雨强度变化相反，而全风速在暴雨增幅前主要由无旋风决定，暴雨减弱阶段主要由无辐散风决定，对无旋风及无辐散风的分析能更加明显的揭示出暴雨增幅时期风场的具体变化。相对于全风场分析，无辐散风和无旋风能提供更多的风场结构变化与暴雨增幅的关系，这对于预报和分析登陆台风的风雨分布有一定的促进作用。

摘要:太阳能光伏发电已成为仅次于水电和风能的第三大可再生能源，光伏发电受云量时空变化的影响较大，因此准确模拟云天太阳辐射的时空变化对电网安全运行至关重要。围绕如何减小中尺度气象模式的云初始场误差，进而改进云天的太阳辐射模拟这一关键科学问题，本文通过研究基于卫星资料同化的LAPS（Local Analysis Prediction System）多时间层三维云分析同化方法，改进三维云结构，并将LAPS模式输出结果作为WRF（Weather Research and Forecasting）模式的初始场，模拟了2008年1月及夏季（6～8月）北京地区的总云量和总辐射的时空分布，重点分析了多云和有降水天气过程总辐射的模拟改进效果及其原因。结果表明，同化前后的总云量模拟值与观测值的时间变化趋势基本一致，但大部分时次总云量的模拟值低于观测值；大部分多云及降水时段同化后总云量模拟值较接近于实测值。1月晴天、多云天以及夏季晴天同化前后总辐射模拟值与实测值的时间变化趋势较一致，但同化前后两者的相关性差异不明显；晴天条件下同化前后总辐射模拟值均低于实测值，1月多云条件下多数时段同化后总辐射模拟误差减小不明显，与总云量的改进效果不显著有关。夏季多云、有降水及6月典型降水三种天气条件下同化前后总辐射模拟值与观测值的相关性稍差，同化后两者的相关性较同化前有所改进，尤其是6月典型降水过程改进效果较明显；同化前总辐射模拟误差较大，而同化后误差显著减小，尤其是6月典型降水过程同化后均方根误差和平均相对误差较同化前分别减小了102.6 W m^-2和355.9%，最大相对误差减小更显著；同化后总辐射模拟误差小于同化前的比例高达75%，即大部分时刻同化后模拟误差小于同化前。多云和有降水天气过程总辐射模拟效果的显著改进与总云量的改进密切相关，即同化后总云量模拟值增加，云的反射和散射作用增强，导致模拟总辐射减小，即更接近于实测总辐射值。研究结果对于多云和降水天气条件下太阳辐射的模拟效果改进、太阳能资源客观评估以及光伏电站的发电量预测具有一定的科学和实际应用价值。

摘要:利用我国西南地区26个台站降水资料，通过经验正交函数（EOF）分解的方法，分析了1980～2009年该地区干季（10～4月）和湿季（5～9月）降水的主模态。我国西南地区干季降水的时空变化存在两种主模态，它们分别可以解释总方差的22.4%和15.6%。第1主模态为全区一致型，具有准两年周期振荡的年际变化特征；第2主模态为东南—西北反向型，从20世纪90年代中期至21世纪初呈现2～3年的变化周期。我国西南地区湿季降水的时空变化存在三种主模态，它们分别可以解释总方差的17.1%，13.8%和11.1%。第1主模态为全区一致型，20世纪90年代初期具有较强的2～4年周期；第2主模态为经向偶极子型分布，并具有显著的4年周期；第3主模态为纬向偶极子型分布，具有2～4年的年际变化信号。进一步利用NCEP/NCAR再分析资料以及美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的海表面温度（SST）资料，通过合成分析和回归分析的方法探讨了与干湿季降水各主模态对应的大尺度大气环流和海温状况。我国西南地区干季降水第1主模态与北极涛动（AO）有明显的正相关关系，对应的大气环流和海温状况表现为高纬北冰洋与中纬度地区上空高度场的反向异常分布，北大西洋和北太平洋海温低纬与中高纬的偶极子型异常分布；第2主模态与中高纬欧亚大陆上空高度场经向偶极子型异常分布有关，中纬度北太平洋的海温异常与该模态具有紧密的联系。我国西南地区湿季降水第1主模态与北大西洋涛动（NAO）显著负相关，对应的大气环流和海温状况表现为北大西洋上，高纬度与中纬度地区上空高度场的偶极子型异常分布，海温从低纬到中高纬的三极子型异常分布；第2主模态受欧亚大陆上空高度场经向三极子型异常分布影响，并与北太平洋海温异常的一致型分布有关；第3主模态可能与El Niño Modoki有关，同时受到南亚高压的影响，赤道太平洋海温的纬向三极子型异常分布对该模态具有一定的潜在预报意义。

摘要:本文将NASA（National Aeronautics and Space Administration）/Goddard长波辐射方案引入到GRAPES_ Meso（Global/Regional Assimilation and PrEdiction System_Meso）模式中，对2006年4月中国地区进行了一个月的模拟试验，并与相应的NCEP（National Centers for Environmental Prediction）再分析资料进行了对比分析。试验结果表明：在模拟区域内，使用GRAPES_Meso模式进行24 h、48 h预报得到的晴空大气顶向外长波辐射通量（the clear sky outgoing longwave radiation flux，OLRC）、地面接收到向下长波辐射通量（the clear sky downward longwave radiation flux at ground，GLWC）分布形势与NCEP再分析资料具有较好的对应关系；模式预报24 h、48 h OLRC和NCEP再分析资料月平均误差百分比控制在－10%～＋10%以内，GLWC月平均误差百分比比OLRC略大，但总体上两者误差都在合理和可接受范围之内。OLRC和GLWC 24 h、48 h的预报和NCEP再分析资料的逐日距平相关系数及标准误差的对比显示，模式24 h预报OLRC、GLWC的距平相关系数月平均值分别为0.96、0.98，标准误差月平均值分别为24.54 W m^-2、27.23 W m^-2；模式48 h预报OLRC、GLWC的距平相关系数月平均值分别为0.9521、0.9804，标准误差月平均值分别为22.43 W m^-2、27.64 W m^-2。总体上，模式24 h、48 h预报OLRC和GLWC的距平相关系数都在0.93以上，标准误差都在31 W m^-2以内，且GLWC预报和NCEP再分析资料的相关性比OLRC略好，OLRC预报与NCEP再分析资料的的标准误差比GLWC略小。通过和RRTM长波辐射方案对比可知，两者的预报水平基本一致。本文研究结果表明，引入NASA/Goddard长波辐射方案后的GRAPES_Meso模式整体上能够较好地预报OLRC和GLWC，该辐射方案可以作为模式GRAPES_Meso的备选辐射方案之一。