摘要:本研究在对华南季风降水试验（SCMREX）观测资料分析的基础上，采用数值模拟试验探讨南海北部区域湿度场初值误差和海上对流对2014年5月8日华南沿海地区的一次强降雨过程的中尺度对流系统（MCS）的发展和移动的影响。加密探空和风廓线观测分析表明在珠江口地区有西南风和偏东风急流形成的辐合区，为对流在该地区增强发展提供了条件。增加和减少近海湿度以及关闭积云和微物理过程潜热释放，所造成的温度场以及风场的变化对广东沿海地区的对流的强度和移动路径都有明显的影响。特别是增加海上关键区的湿度，由于海上对流的发展改变了整个区域的环流，抑制了陆地上对流的发展。关闭海上关键区对流过程潜热的释放，导致低空急流到达更加偏北的位置，对流系统在模拟的后期向东北移动。通过这些试验表明，海上的湿度等要素场和对流活动对沿海地区的降雨预报有着十分重要的影响，需要进一步加强海上观测及其资料同化方法。

摘要:选取我国东南沿海热带气旋登陆数目多、经济发达的浙江和福建两省，利用国家级地面气象站逐小时降水观测资料，结合热带气旋降水客观分离方法，对1956～2012年（共57年）浙、闽两省沿海登陆热带气旋降水开展客观分离，统计分析热带气旋登陆期间降水精细化时空分布特征。结果表明：热带气旋平均路径在登陆前6小时至登陆后24小时呈西北行，累积降水具有明显非对称分布特征，与主要水汽辐合区相吻合，登陆后24小时至48小时的降水分布与鄱阳湖水体以及局地地形有密切联系；伴随登陆进程，降水分布呈现显著变化，登陆前，浙、闽两省降水较强；登陆后，降水范围向内陆扩展到浙、闽两省以外地区；登陆点聚类分析指出，所有类别的较强降水时段均位于登陆前12小时至登陆后6小时，但不同类别的降水分布和演变特征具有显著差异，这种差异与局地地形和热带气旋环流所处位置关系密切；小时强降水统计分析显示，伴随着登陆进程强降水频次分布逐渐变化和向内陆地区推进，高频次强降水主要出现在登陆前、后6小时的浙、闽两省沿海地区，且以两省交界附近地区最为集中，与该地区明显的高大地形分布有着密切的关系。两省各台站由登陆热带气旋带来的小时降水极值差异较大，从10到143 mm均有分布，大部分极值在30至60 mm之间。其中，极值大于50 mm的站点主要分布在沿海地区，在浙、闽交界处较为集中，与小时强降水的频次分布一致。

摘要:全球测雨卫星（GPM）携带首部Ka和Ku波段测雨雷达于2014年2月发射升空，继热带测雨卫星（TRMM）的单频测雨雷达探测后，实现双频测雨雷达（DPR）探测。本文基于DPR不同波段及不同方式探测反演给出的四种降水产品［Ka波段高精度探测（KaHS）、Ku波段探测（KuPR）、Ka匹配方式探测（KaMS）和Ka及Ku双频联合探测反演产品（DPR_MS）］，对2014年的四个降水个例的降水结构特征进行了分析，并就DPR探测波段、扫描方式及反演算法所引起的降水产品中降水结构特征差异进行了比较与讨论。结果表明，所选四个个例分别位于中国东部、西北太平洋区域、风暴轴区域以及美国本土，四者发生背景及降水特征差异显著，但表现出了较为一致的产品差异特征。KaHS的回波顶高度最高，比KuPR高约0.1 km，其对弱降水（小于0.5 mm h⁻¹）的观测性能好，但对10 mm h⁻¹以上的强降水存在严重低估。KuPR继承了TRMM测雨雷达（PR）对强降水的观测性能，但受频率限制对0.5 mm h⁻¹以下的弱降水观测能力有限。KaMS的整体降水强度分布与KaHS类似，但受高回波阈值限制，KaMS漏掉了大量弱降水样本，对强弱降水的观测性能均有限，且其平均回波顶高度比KuPR可低约1 km，常将融化层误判为回波顶高度，故不适宜单独使用。DPR_MS的降水反演算法具有独立性，对强降水和弱降水的反演能力都较强，而其回波顶高度主要继承于KuPR的回波顶高度。此外，DPR_MS双频反演的粒子谱最为合理，揭示了西北太平洋区域台风个例两侧眼壁粒子谱的不均匀性。

摘要:随着数值预报模式分辨率的提高，当模式网格距与含能湍涡的长度尺度相当时，模式动力过程可解析一部分湍流运动，而剩余的湍流运动仍需参数化，此时便产生了湍流参数化的“灰色区域”问题。对传统的PBL（Planetary Boundary Layer）方案在“灰色区域”下的适用性评估，是改进PBL方案以使其能够适应分辨率变化的前提和基础。本研究基于干对流边界层的大涡模拟试验，比较了WRF（Weather Research and Forecast Model）模式中四种常用的边界层参数化方案[YSU （Yonsei University）、MYJ （Mellor-Yamada-Janjic）、MYNN2.5（Mellor-Yamada-Nakanishi-Niino Level 2.5）、MYNN3）]在“灰色区域”尺度下的表现。研究表明，混合层内总热通量对所使用的参数化方案和水平分辨率均不敏感。不同参数化方案中次网格与网格通量的比例表现出对水平网格距不同的依赖性。局地PBL方案（MYJ、MYNN2.5）在混合层内的平均位温随网格距减小而增大，次网格通量随网格距减小而减小，较参考湍流场对次网格通量有所低估。YSU方案的非局地项几乎不随水平格距改变而变化，对次网格通量的表征并未表现出较强的分辨率依赖性，且过强的非局地次网格输送使混合层内温度层结呈弱稳定，抑制了可分辨湍流输送，不易于激发次级环流。MYNN3方案的非局地次网格通量（负梯度输送项）随网格距减小而减小，使其对次网格通量的表征具有较好的分辨率依赖性。PBL方案在“灰色区域”尺度下的适用性与具体分辨率有关。以分辨率500 m为例，四种PBL方案中不存在一种最佳方案，能对边界层的热力结构和湍流统计特征均有准确的描述。

摘要:基于1979～2015年中国月平均站点温度资料，计算了初夏东北冷涡指数，分析了初夏东北冷涡活动的年代际变化特征。在此基础上，进一步探讨了东北初夏冷涡活动与春季西亚地表热力异常之间的可能联系，并初步讨论了前期西亚地表热力异常影响东北初夏冷涡活动的可能过程。结果表明：（1）1979～2015年间，初夏东北冷涡强度表现出明显的年代际变化特征，2000年前，冷涡活动总体偏强，之后总体减弱。（2）春季西亚地表热力状况在2000年前后也发生了明显的年代际转变：2000年前总体偏冷，之后明显偏暖。（3）春季西亚地区的地表热力异常与东北冷涡活动的在年代际尺度上联系密切。西亚地表异常偏冷，东北冷涡活动偏强；而西亚地表异常偏暖对应了偏弱的冷涡活动。初步分析发现，西亚地表热力因子可能通过影响大气环流分布并通过遥相关型影响我国初夏东北地区冷涡，当然相关的机理还有待深入分析。

摘要:利用1951～2015年NCEP/NCAR再分析逐日资料和中国160站月降水观测资料，及中国东部季风区夏季四类雨型（北方型、中间型、长江型和华南型）的划分结果，分析了东亚水汽输送与中国东部季风区夏季降水的关系，比较了四类雨型的水汽输送、收支特征及其差异，结果表明：（1）夏季影响中国东部季风区的水汽通道主要有以下6条：印度洋通道，表征印度季风区偏南的西风水汽输送；高原南侧通道，表征印度季风区偏北的西风水汽输送；太平洋通道，表征由西太平洋副热带高压（副高）带来的西太平洋的水汽；西风带通道，表征西风带的水汽输送；孟加拉湾通道，表征来自孟加拉湾向北的水汽输送；南海通道，表征来自印度洋和孟加拉湾在中南半岛转向及来自南海的水汽；与中国东部不同地区降水异常相联系的水汽通道存在明显的差异，且同一条水汽通道在夏季不同阶段与降水的关系也不尽相同。（2）四类雨型的水汽输送和收支特征有明显的差异，华北盛夏降水主要受亚洲季风水汽输送的影响，其次是西风带水汽输送，北方型年二者往往偏强，尤其是季风水汽输送增加一倍以上，贡献也明显增加，20世纪70年代中期之后，季风水汽输送显著减弱，西风带水汽输送的重要性相对增大；淮河流域夏季降水异常主要受太平洋通道水汽输送异常的主导，其次是高原南侧通道水汽输送，二者偏强并在淮河流域辐合时，淮河流域降水偏多形成中间型年；长江中下游地区夏季降水主要受太平洋通道水汽输送异常的主导，长江型年，副高西北侧的西南水汽输送异常加强，并与北方冷空气异常在长江中下游地区辐合，区域为正的水汽净收支；华南地区夏季降水则受印度洋通道、太平洋通道及南海通道的共同影响，当三条通道异常偏强，水汽与北方冷空气在华南地区辐合，形成华南型年。本研究所得结论加深了我们对四类雨型形成机理的认识，并为汛期主雨带的预测提供了参考。

摘要:利用逐小时风速观测资料以及台风年鉴资料，分析了2008～2014年登陆我国大陆地区的51次热带气旋（TC）的地面风场分布特征，包括TC登陆期间大陆地面风场演变和大风分布特征、海岛站和内陆站的风速差异以及海拔对风力造成的影响等。结果表明：6级及以上大风主要发生在距离TC中心300 km内、TC强度达到台风（TY）以上时，并主要位于TC移动方向的右侧，尤其是右前象限；华南区TC风场分布主要由在此区域登陆的TC（I类）造成，较大风速区包括广东西南部沿海、雷州半岛附近和海南西部沿岸；华东区TC风场分布主要由在此区域登陆的TC（Ⅱ类）造成，杭州湾出海口以及浙闽沿海是较大风速区；6级及以上大风广泛分布在华南和华东沿海，6～7级地面大风高频站主要位于杭州湾附近，8级及以上地面大风高频站点在杭州湾和福建沿海分布比广东西南部更为密集；TC登陆前后均可能造成大风，大风出现时间与站点至TC中心的距离密切相关；同等强度TC在海岛站造成的风速比陆地站更大，对高海拔站点造成的风力大于低海拔站点。本文研究结论对于TC大陆地面风场的预报具有一定参考价值。

摘要:本文利用1979～2015年GPCP（Global Precipitation Climatology Project）逐月降水资料，采用经验正交函数（EOF）分解和Morlet小波分析方法，对东北亚地区初夏、盛夏和传统夏季降水的时空分布特征以及环流型开展了系统性的研究，揭示了东北亚地区传统夏季降水表现为盛夏降水贡献占主导，其年际和年代际特征以及环流特征同盛夏降水特征相一致，而初夏降水和盛夏降水特征及形成机制则具有显著差异。空间分布上，初夏的降水EOF第一模态表现为“+－+”的三极型分布，而盛夏和传统夏季则表现为南北相反的偶极型特征；时间演变方面，初夏降水表现为5～6 a振荡周期，盛夏为2～3 a为主的振荡周期，传统夏季则兼具上述两类振荡周期；在年代际调整方面，在1990年代末，盛夏降水和传统夏季降水在华北和东北地区发生了显著的年代际转折。此外，分析降水与环流的联系发现：初夏，由于西太平洋上空异常反气旋将西太平洋等地的水汽向北方地区输送，且受欧亚Ⅱ型（EUⅡ）遥相关的作用，东北亚地区初夏降水异常具有明显纬向特征。盛夏，东北亚地区降水主要受到西太平洋副热带高压西伸北进、孟加拉湾和南海等地水汽加强的影响。欧亚I型（EUI）遥相关和亚洲太平洋型（EAP）遥相关与我国东北以西和沿海地区的降水具有显著相关性。EU型遥相关的作用使东北亚夏季降水的异常中心存在西北—东南向的波列特征，EAP型遥相关的作用则使夏季降水存在经向三极型或偶极型特征。

摘要:为了进一步理解人工引雷上行正先导的传播过程及相关的爆发式电磁辐射脉冲，本文分析了2014年8月23日山东沾化人工触发闪电实验（SHATLE）中获得的三次上行正先导通道含有明显向下传播过程的个例。结果表明，在初始连续电流阶段观测到的爆发式磁场脉冲极性反转现象与正先导头部发展方向相对于观测位置投影方向的变化密切相关。因此可以推断，爆发式磁场脉冲是由正先导头部较小空间尺度放电过程辐射出的，就本文分析的个例而言，爆发式磁场脉冲辐射源的放电尺度约为2 m，放电强度的最大值达到2.49 kA。爆发式磁场脉冲的辐射机制不同于人工引雷先导始发阶段初始脉冲电流产生的磁场脉冲的辐射机制，可能与正先导通道头部的梯级形式发展过程相关。

摘要:本文利用毫米波云雷达联合称重式雨量计、气球探空和S波段天气雷达在北京对2015年11月三次降雪进行了观测，以2015年11月22～23日降雪过程为例，主要从降雪系统的宏观结构特征、微物理变化以及毫米波雷达在降雪探测中电磁波衰减情况、雪粒子含水量和地面降雪量估测几方面进行初步分析。结果表明：（1）毫米波云雷达具有高时空分辨率，能对降雪系统进行精细化探测，在降雪系统发展最旺盛的阶段能够通过反射率（Z）、退极化比（LDR）和径向速度（V）初步判断出云中是否含有过冷液滴；（2）降雪回波强度最大值能反映整层云系中含水量最大的区域，当最大值Z大于20 dBZ时，最大值的大小、最大值持续时间、最大值出现的高度与地面降水量成正相关，速度最大值表示云中粒子上升最大速度（速度为正时）或者粒子下落的最小速度（速度为负时），主要分布在－0.5～2 m s⁻¹，速度最小值表示粒子下落的最大速度，主要在－3～－1 m s⁻¹；（3）随着高度增加反射率的垂直廓线会出现多个峰值，这是由于不同高度层风速分布不均造成的，降雪回波这种特点比降雨回波更明显；（4）对比Ka与S波段雷达反射率可知，两雷达反射率平均差值小于2.5 dBZ，Ka波段反射率略大S波段雷达反射率；（5）降雪量反演与地面降雪量仪数据对比，逐小时降雪量反演精度为20.38%，累计降雪量反演误差为6.58%，24小时累计降雪量绝对误差为1.9 mm，说明云雷达估算累计降雪量具有较高的可行性，能够很准确的反映地面实际降雪情况，当降雪系统发展旺盛时，雪粒子含水量分布在0.05～0.15 g m⁻³，在降雪初期或者降雪系统消散期，雪粒子含水量一般小于0.04 g m⁻³，能够很好地反映出整层降雪回波的雪粒子含水量。这些云雷达在降雪观测中的应用和初步分析结果可以更好的地了解降雪系统宏微观结构，为云模式的发展和人工影响天气中增雪潜力评估提供一些参考。

摘要:热带气旋是气候模拟关注的重要对象，但是，由于当前的气候系统模式分辨率较低，难以合理再现热带气旋分布特征，因此，动力降尺度就成为一种有效的手段。本文使用区域气候模式RegCM3，对中国科学院大气物理研究所气候系统模式FGOALS-g2的模拟结果进行动力降尺度，基于热带气旋路径追踪法，从热带气旋的路径、强度和降水三个方面，检验了动力降尺度在热带气旋模拟能力上的增值。结果表明，动力降尺度结果大幅提升了热带气旋路径频率的模拟，较之全球模式，其与观测的路径频率分布的空间相关系数从0.57提升至0.74；区域模式模拟的热带气旋强度与观测更为一致，全球模式难以模拟40 m s⁻¹以上风速的热带气旋，区域模式能够模拟风速为60 m s⁻¹的热带气旋；在热带气旋降水方面，降尺度后的热带气旋降水贡献率和平均热带气旋降水强度均有所改善，在西北太平洋区域较之全球模式，区域模式将热带气旋降水贡献率和降水强度提高了10%和4.7 mm d⁻¹。动力降尺度后TC（tropical cyclone）的模拟技巧得到提升的区域为西北太平洋区域，但在中国南海区域，技巧提升的不显著甚至有所下降。关于动力降尺度结果在西北太平洋区域的技巧提升，分析表明能够更好体现CISK（Conditional Instability of the Second Kind）机制是主要原因，区域模式模拟的水汽增多、正涡度增强、上升运动增强而垂直风切变减弱都有显著贡献。

摘要:卫星资料凭着卫星遥感的全球性、连续性和高频次观测等优势，成为一种重要的非常规资料源，但卫星观测仍然存在各种各样的观测误差，其中包含由于观测偶然性所造成的统计学上的随机误差及仪器本身和辐射传输模式等造成的系统性偏差，这些误差在很大程度上影响了卫星资料的质量。文中提出了一种能有效订正卫星观测资料系统性偏差的梯度信息同化算法，该方法用一个梯度算子进行模式变量与观测变量的梯度变换，从而达到订正系统性偏差的目的。本文利用WRF（Weather Research Forecast）模式及其同化模式WRFDA（WRF Data Assimilation system），以及AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）资料，对台风“圆规”进行了实际的数值模拟和同化试验，数值结果表明，梯度信息同化方法能明显改善台风路径的模拟，在处理可信度较低的资料时仍然适用。另外，通过同化诊断分析，发现卫星资料的系统性偏差对于台风数值模拟有较大影响，而文中提出的梯度信息同化方法能较好的解决此类问题。

摘要:2014年5月31日北京发生一次雷暴大风过程。以雷达资料同化结果为初始场，对此次过程进行高分辨率数值模拟。采用非静力平衡和非地转平衡的经向动量方程和质量权重动能方程，利用模拟资料，对雷暴大风过程中经向动量和质量权重动能进行收支分析，以此来研究雷暴过程中对流层中低层动量通量和动能通量输送特征，讨论地面大风的可能成因。分析结果表明，在对流层中低层，经向动量通量散度是影响经向动量局地变化的主要强迫项。雷暴系统后部的入流把中低层的经向动量倾斜向下输送，系统前部对流云区中低层的下沉气流也向下输送经向动量。这两支下传动量通量先后与近地面经向动量的水平通量汇合，向系统前沿输送经向动量。在北京西北部地形阻挡作用下，经向动量通量在系统前端近地面辐合，促进那里的经向动量局地增长，有利于增强那里的南风。质量动能收支的特征与经向动量收支类似，在近地面层质量动能的局地变化主要是由质量动能通量散度引起的。系统后部入流把中层质量动能向下传输到近地面层，然后与近地面质量动能的水平通量汇合，向系统前沿输送质量动能。相对来说，近地面层经向动量和质量动能的水平通量比下传通量更重要，这主要与低层较强的东南急流有关。

摘要:利用2006年第4号强热带风暴“碧利斯”登陆过程的高分辨率数值模拟资料，结合三维地面降水诊断方程和降水效率公式，研究了“碧利斯”登陆后引发的局地暴雨过程，重点分析了此次局地暴雨过程的降水强度和降水效率及其与宏微观物理因子的联系。结果表明，降水强度越强，降水效率越高，但两者并非一一对应的线性关系，随着降水强度增大，降水效率增高的趋势逐渐变缓；伴随暴雨系统快速发展，降水强度和降水效率均显著增强，而主要降水源/汇项的时间变化要复杂得多；暴雨发生前时段与发生时段降水物理过程存在显著差异，发生前，较明显的水汽辐合显著加湿局地大气，并通过微物理转化支持降水云系发展，液相水凝物辐合对降水云系快速发展贡献明显，固相水凝物辐合贡献不显著，较强的“云滴与雨滴碰并（P_racw）”微物理过程同液相水凝物明显辐合可能有直接关系，“霰融化造成雨滴增长（P_gmlt）”仅为P_racw的27%，发生时段，进一步明显加强的水汽辐合依旧是主要降水来源，而汇项发生了明显变化，同时，微物理转化过程与发生前比更活跃，尤其是P_racw和P_gmlt，其中，P_gmlt增强更明显，其值接近P_racw的50%。

摘要:滤除声波的大气运动方程中不包含声波，基于滤除声波方程建立的数值模式可以用较大的时间步长进行数值积分。Durran在1989年提出了一种新的滤除声波的方法，命名为“假不可压”方程，该方程考虑了温度扰动引起的密度变化，忽略了气压扰动引起的密度变化。本文根据Durran提出的假不可压理论，推导出了一组地形追随坐标下的通量形式的假不可压方程。该方程在形式上与WRF（Weather Research and Forecasting）模式中ARW（Advanced Research WRF）动力框架的控制方程非常接近。我们进一步将推导出的假不可压控制方程改写到了WRF模式中，建立了基于WRF模式框架的假不可压模式。用构建的假不可压模式和WRF模式做了两组对比试验：湿热泡对流试验和重力流试验。比较两种模式的模拟结果，可以看出假不可压模式的模拟结果与WRF模式的模拟结果非常接近，说明在WRF模式框架下建立的假不可压模式是合理可信的。

摘要:本文采用中国气象局的最佳台风路径数据和美国国家环境预报中心1°×1°每6 h再分析资料作为研究工作的基本场，运用了分部位涡反演方法探讨影响2015年第15号超强台风“天鹅”路径突变的物理机制，得到以下结论：（1）就天气系统而言，“天鹅”整个移动过程中都受到周围环境场及引导气流的影响，主要的影响系统包括西北太平洋副热带高压、季风涡旋、邻近台风“艾莎尼”及台风外围反气旋；（2）定量分析了与各影响系统扰动位涡相关的引导气流矢量，发现整个过程中超强台风“天鹅”的移动始终受西北太平洋副热带高压的影响，其次是来自季风涡旋及台风外围反气旋的贡献，而当“天鹅”有向北转向趋势时，与外围反气旋相关的东北向引导气流导致了台风的路径北折；（3）进一步定量分析了总扰动位涡在不同高度层上相关引导气流的贡献，结果表明在垂直方向上对流层中层系统的引导气流矢量与“天鹅”的移动最为吻合，而形成于低层系统的偏南风气流与“天鹅”向北突然转向有着密切的联系，并在转向后逐渐向中高层发展增强。

摘要: