检索结果-内蒙古大学图书馆

大气科学 2025年第1期49卷 185-196页

作者：马怡轩徐国强中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081

本文以美国国家环境预报中心(NCEP,National Centers for Environmental Prediction)的GFS(Global Forecast System)全球数值天气预报产品作为模式预报初始场,利用区域中尺度预报系统CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale Model)(原GRAPES_MESO)5.1版本对2021年9月3~5日发生在四川盆地的一次暴雨过程,采用3种不同分辨率(1 km、3 km、10 km)和2种云微物理参数化方案(WSM6、Thompson)设计5组试验进行数值模拟研究,结果表明:(1)试验模拟雨带与实况基本一致,但强降水时间、降水落区和降水强度与实况存在差异。随着降水阈值的提高,TS评分下降同时Bias变幅增大,空报率和漏报率也随之增加。(2)同分辨率是否采用积云参数化方案与同分辨率采用不同微物理方案对水汽通量模拟结果差异不大;5组试验在各自模拟的暴雨区均对应强烈的上升气流,且模拟强度均随分辨率提高而增大。(3)1 km分辨率下采用不同云微物理方案模拟液态粒子结果差异不大,但固态粒子明显不同。(4)3 km分辨率下加入积云参数化方案后,对于强降水中心的模拟结果存在较大偏差。整体而言,针对此次降水过程的各个试验模拟结果表明,在高分辨率条件下,Thompson方案饱和调整方案效果略好于WSM6方案,1 km_thompson方案对雨带刻画更精准,降水模拟最优。

关键词： CMA-MESO(China Meteorological Administration Mesoscale Model) 云微物理分辨率暴雨

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基于再分析数据和集合预报产品的对流潜势评估

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应用气象学报 2025年第2期36卷 218-232页

作者：王婧卓陈静马若赟梁晨中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国气象局地球系统数值预报重点开放实验室北京100081

该文对比2023年7月1日—9月30日欧洲中期天气预报中心第5代再分析数据(ECWMF reanalysis version5,ERA5)、中国气象局全球再分析数据(CMA global reanalysis,CRA)、中国气象局全球集合预报系统(CMA-Global Ensemble Prediction System,CMA-GEPS)控制预报产品与无线电探空仪观测数据计算的对流潜势指数,并利用国家雷电探测系统闪电定位数据识别雷暴潜势阈值。结果表明:ERA5数据的对流有效位能误差最小,与观测数据相关系数最高,CMA-GEPS控制预报产品次之,而CRA数据的对流有效位能存在正误差,且分布较为离散。复合参数表现与对流有效位能一致。ERA5数据、CRA数据、CMA-GEPS控制预报产品与观测数据的垂直风切变相关系数较高,但均存在较小的负平均误差。与0~6 km垂直风切变相比,ERA5数据、CRA数据、CMA-GEPS控制预报产品的0~1 km垂直风切变与观测数据的相关系数更低,平均误差更高,不宜用于开展对流潜势指数研究。对流有效位能和复合参数可在一定程度上区分雷暴事件和非雷暴事件,但潜势预报阈值会随着数据和区域的不同发生变化,是一种概率指标。

关键词：再分析数据模式预报产品对流潜势指数雷暴潜势阈值

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土壤冻融过程中的水热参数化方案研究进展

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高原气象 2025年第1期44卷 1-15页

作者：侯雅李伟平左金清中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象局气候预测研究重点开放实验室/国家气候中心北京100081

冻土是陆地冰冻圈的重要组成部分,其冻融循环变化能够影响土壤结构、土壤水热传输以及土壤生物化学等过程,并通过陆-气相互作用影响局地甚至全球天气气候。因此,研究土壤冻融过程对冻土区人类生产生活和了解区域外天气气候变化具有重要... 详细信息

冻土是陆地冰冻圈的重要组成部分,其冻融循环变化能够影响土壤结构、土壤水热传输以及土壤生物化学等过程,并通过陆-气相互作用影响局地甚至全球天气气候。因此,研究土壤冻融过程对冻土区人类生产生活和了解区域外天气气候变化具有重要的科学意义。本文回顾了土壤中的砾石、有机质对土壤冻融过程的影响及物理机制,总结了土壤冻融过程中水热参数化的相关研究成果,包括土壤导热率和水力学参数的计算、水热耦合方案以及冻融锋面计算方案等。相对于普通的矿物质土粒而言,砾石具有高导热率和低热容,有机质具有低导热率和高热容,他们对热量在土壤中的传输及土壤温度垂直分布有不同的影响。另外,砾石和有机质的存在改变了土壤孔隙度、土壤基质毛细作用与吸附作用,进而影响水分在土壤中的传输过程和垂直分布。已有研究表明:(1)当前大部分数值模式中土壤导热率采用Johansen方案及其派生方案进行计算,其中Balland-Arp方案考虑了砾石和有机质对土壤导热率的影响,该方案更好地刻画了土壤冻融过程中土壤导热率变化的连续性;综合考虑热-水-变形相互作用的导热率参数化方案可以较好地刻画土壤冻融过程中的水热耦合和土体冻胀的作用,对相变过程中土壤导热率变化特征的模拟更符合实际观测。(2)过冷水参数化方案刻画了土壤液态水在0℃以下存在的事实;相变温度方案描述了土壤相变温度低于0℃且不固定的事实;导水阻抗方案考虑了土壤冻结对土壤水分下渗的阻抗作用,改善了对冻土区水文过程的模拟效果。(3)土壤冻融过程伴随着水分的相变和能量的转化,水热耦合方案的发展能够较好地刻画土壤中热力-水文过程的协同变化特征,细化了对冻融过程中水分和能量相互作用的复杂物理机制的描述。(4)等温框架的数值模式通过模拟每层土壤中间深度的冻融过程代表该模式分层的整体特征,导致对冻融深度的严重高估或低估,尤其是对厚度较大的模式深层土壤,冻融锋面计算方案的提出和应用减小了这种模拟偏差。目前土壤冻融参数化方案的不足之处包括:绝大多数数值模式没有考虑土壤盐分导致土壤水的冰点降低这一事实;虽然大部分数值模式考虑了土壤有机质对土壤水、热传输的影响,但是模式中对土壤有机质含量及垂直分布的考虑与植被根系的生长状态脱节;模式模拟的土壤深度不足并且下边界通量为零的假定不符合实际情况。发展土壤溶质传输参数化方案以模拟盐分的分布、刻画植被根系生长过程和土壤有机质的分布特征、考虑深层土壤对浅层的热力学影响并完善数值模式中的下边界条件,这些是未来陆面模式改进土壤冻融过程模拟的可能方向。

关键词：土壤冻融过程参数化方案土壤导热率土壤水文参数冻融锋水热耦合

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CMA数值预报模式在线交互式试验管理系统

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应用气象学报 2025年第1期36卷 110-120页

作者：王彬胡江凯崔应杰周斌孙婧赵春燕娄盼星中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国气象局地球系统数值预报重点开放实验室北京100081 国家气象信息中心北京100081 陕西省气象科学研究所西安710016

数值预报研发试验是改进数值预报模式性能的主要技术手段。模式试验管理系统是支持研发试验不可或缺的工具平台。面向数值预报统筹研发工作机制需要,并借鉴国内外相关研究工作,设计数值预报模式在线交互式试验管理系统。该系统采用浏览... 详细信息

数值预报研发试验是改进数值预报模式性能的主要技术手段。模式试验管理系统是支持研发试验不可或缺的工具平台。面向数值预报统筹研发工作机制需要,并借鉴国内外相关研究工作,设计数值预报模式在线交互式试验管理系统。该系统采用浏览器/服务器软件部署架构,提供模板编辑-流程编排-实例构建功能,支持灵活快捷设计模式试验,所有模块完全打通、一站式访问使用,通过个例数据治理、程序代码制品缓存等手段提升用户体验。系统实现对模式试验全过程的支持,包括模式试验的设计定义、试验实例的创建运行、作业监控管理、结果可视化与检验分析。系统已于2023年上线业务运行,多场景支持数值预报国省统筹研发。

关键词：数值预报模式模式试验试验管理系统在线交互式

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排放物气候效应指标GWP和GTP的研究进展

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气候变化研究进展 2025年第1期21卷 69-77页

作者：陈琪张华柳丽婷王秋艳周喜讯谢冰中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 南京信息工程大学南京210044 近地面探测技术重点实验室无锡241035 中国气象局气候预测研究重点开放实验室国家气候中心北京100081

衡量排放物气候效应的指标有两种最为常见:全球增温潜能(GWP)和全球温变潜能(GTP)。这些指标是制定排放政策的基本科学依据,对制造业和相关经济部门的政策制定者有重要的参考价值,同时对理解排放和减排水平对过去和未来气候变化的定量... 详细信息

衡量排放物气候效应的指标有两种最为常见:全球增温潜能(GWP)和全球温变潜能(GTP)。这些指标是制定排放政策的基本科学依据,对制造业和相关经济部门的政策制定者有重要的参考价值,同时对理解排放和减排水平对过去和未来气候变化的定量影响有重要的科学意义。文中围绕IPCC第五和第六次评估报告针对GWP和GTP的讨论,对排放物气候效应指标的基本概念及其30余年的发展史进行了综述,详细介绍了常见排放物气候效应指标GWP和GTP的概念和算法,并系统分析了两者的区别和适用性。GTP与全球平均地表气温变化的关系更密切,因此在评估温室气体对地表气温的影响方面具有潜在优势。然而,GTP也存在一些不确定性,例如气候敏感性因素的影响、地球系统中的热交换以及目标时间点的选择。此外,还介绍了一些新的排放物气候效应指标,并探讨了排放物气候效应指标未来的发展方向。

关键词：排放物气候效应指标全球增温潜能(GWP) 全球温变潜能(GTP)

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华北平原一次大气涌及其对夜间对流的影响

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应用气象学报 2025年第2期36卷 178-189页

作者：姚安琪陈起英华维成都信息工程大学大气科学学院成都610225 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

大气涌(一种特殊的大振幅重力波)已被证明对夜间中尺度对流系统的触发和维持具有重要作用。为探究大气涌对华北平原夜间对流的潜在作用,深入了解大气涌的产生及影响机制,对2022年6月17—18日一次起源于太行山北部并向东传播至华北平原... 详细信息

大气涌(一种特殊的大振幅重力波)已被证明对夜间中尺度对流系统的触发和维持具有重要作用。为探究大气涌对华北平原夜间对流的潜在作用,深入了解大气涌的产生及影响机制,对2022年6月17—18日一次起源于太行山北部并向东传播至华北平原东部的对流过程进行观测分析,并使用CMA-MESO业务模式(水平分辨率为1km)进行数值模拟和诊断。结果表明:对流产生的密度流侵入夜间稳定边界层触发大气涌。根据线性波理论,由稳定度项和风速曲率项共同定义的斯科勒参数表征了大气对重力波的捕获能力。研究过程中,夜间低空急流产生的垂直切变使斯科勒参数在500~1100m高度范围内随高度递减,这一变化表明该高度层形成有利于大气涌能量集中和水平传播的波导结构,有利于大气涌的维持和传播,使其持续约3h。大气涌经过后,夜间大气稳定度降低,对流有效位能约增加270J·kg^(-1),对流抑制能量约降低100J·kg^(-1)。大气涌比对流系统的传播速度更快,通过垂直抬升减弱逆温覆盖,将底层水汽向上输送,触发了新的对流单体,新对流单体与原对流系统合并,使此次夜间对流增强并维持。

关键词：华北平原夜间对流大气涌 CMA-MESO

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一种CMA数值预报模式代码质量检测方法与实现

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应用气象学报 2025年第2期36卷 155-163页

作者：李佳静杨泽王彬刘易凡董泽信孟涛中国矿业大学(北京)人工智能学院北京100083 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国气象局地球系统数值预报重点开放实验室北京100081 煤炭科学技术研究院有限公司北京100013

中国气象局(CMA)数值预报的统筹研发对支撑平台的能力建设提出了更高要求,其中一个重要方面就是对数值预报模式代码的质量检测能力。目前缺乏有效针对数值预报模式代码的质量检测方法和工具,尤其对于性能缺陷和大规模代码的检测不能满... 详细信息

中国气象局(CMA)数值预报的统筹研发对支撑平台的能力建设提出了更高要求,其中一个重要方面就是对数值预报模式代码的质量检测能力。目前缺乏有效针对数值预报模式代码的质量检测方法和工具,尤其对于性能缺陷和大规模代码的检测不能满足需要。为解决上述问题,该文针对子程序定义、数组操作和I/O操作等常见编程规则设计检测方法。该方法采用程序代码解析、抽象语法树匹配和流敏感的静态程序检测等关键技术,其中对分支和循环语句的分析方法有效避免了路径爆炸问题。基于该方法的检测工具在数值预报科创平台V1.0代码协同开发栏目提供使用,并应用于CMA区域数值模式的国省统筹研发。

关键词：数值预报模式代码代码质量抽象语法树匹配流敏感程序分析有穷状态机

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LandEM模式的改进及在青藏高原地区初步应用

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气象学报 2025年第1期83卷 61-79页

作者：刘勇洪翁富忠何文英唐飞李锐徐永明韩阳杨俊王艺丹中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境观测重点实验室北京100029 南京气象科技创新研究院中国气象局交通气象重点开放实验室南京210041 中国科学技术大学地球和空间科学学院合肥244199 南京信息工程大学遥感与测绘工程学院南京210044

基于物理模型的微波发射率(MLSE)模拟一直面临着很大挑战,目前还缺乏利用物理模式模拟较高分辨率的全球或区域尺度MLSE的应用案例。针对先进辐射传输模拟系统(ARMS)中的陆面微波发射率(LandEM)模式,对土壤介电常数和粗糙地表反射率模型... 详细信息

基于物理模型的微波发射率(MLSE)模拟一直面临着很大挑战,目前还缺乏利用物理模式模拟较高分辨率的全球或区域尺度MLSE的应用案例。针对先进辐射传输模拟系统(ARMS)中的陆面微波发射率(LandEM)模式,对土壤介电常数和粗糙地表反射率模型进行了改进及相应MLSE模拟研究,并结合地面观测MLSE资料进行了模拟评估,同时开展了LandEM模式主要输入参数优化研究;在此基础上,以青藏高原地区为例,选择3种粗糙地表反射率半经验模型和1种发射率经验模型组合成9种MLSE模拟方案,利用3套卫星观测资料反演的MLSE产品,对9种不同模拟方案进行了评估,并选择出最优模拟方案对青藏高原地区MLSE进行了模拟分析。研究结果显示:LandEM模式中引入Mironov常温土壤介电常数模型后模拟的MLSE得到改善,引入Zhang冻土介电常数模型可弥补原有冻土介电常数估算的缺陷,引入Chen-Weng粗糙地表反射率模型后模拟的MLSE也得到有效改善;针对青藏高原地区MLSE模拟,Qp粗糙地表反射率模型更适合裸土粗糙地表,Chen-Weng模型更适合植被粗糙地表;改进后的LandEM模式及优化模拟方案能较好地模拟0.10°×0.10°空间分辨率青藏高原地区水平极化MLSE值及空间分布,也能较好地模拟垂直极化MLSE值,但还不能对垂直极化MLSE空间差异进行有效模拟。

关键词：微波地表发射率 LandEM模式土壤介电常数粗糙地表反射率青藏高原

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尺度适应积云对流参数化方案对台风“暹芭”的数值模拟

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海洋气象学报 2025年第1期45卷 34-44页

作者：马怡轩徐国强于翡陕西省气象局陕西西安710014 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

传统的积云对流参数化方案难以较好地适用于高水平分辨率,特别是10 km以下水平分辨率的降水数值模拟,尺度适应(scale-aware)积云对流参数化方案是对此进行改进的有效方法。在中国气象局中尺度模式(China Meteorological Administration ... 详细信息

传统的积云对流参数化方案难以较好地适用于高水平分辨率,特别是10 km以下水平分辨率的降水数值模拟,尺度适应(scale-aware)积云对流参数化方案是对此进行改进的有效方法。在中国气象局中尺度模式(China Meteorological Administration MESOscale model,CMA-MESO)中应用尺度适应KFeta(Kain-Fritsch eta)积云对流参数化方案对台风“暹芭”进行800 m、1 km、3 km、10 km和20 km这5种水平分辨率的数值模拟试验。结果表明:(1)随着水平分辨率的提高,尺度适应KFeta积云对流参数化方案模拟的降水强度和落区更接近实况,显著减少了由积云引起的虚假性降水,提高了网格降水量。(2)随着对流强度减弱,尺度适应KFeta积云对流参数化方案TS(threat score)评分优势逐渐凸显,空报率和漏报率明显改善。(3)在降水最大时刻的强对流区域,尺度适应KFeta积云对流参数化方案雷达组合反射率因子的模拟结果更优。整体来看,尺度适应KFeta积云对流参数化方案在对流强度较弱的条件下表现更出色,为改进现行数值模式强降水预报提供了参考。

关键词： CMA-MESO模式 KFeta方案积云对流参数化方案台风“暹芭”

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“中国天然氧吧”气候生态产品价值分析——以北京怀柔为例

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气象科技 2025年第1期53卷 112-123页

作者：叶彩华沙祎白韧刘勇洪北京市气象服务中心北京100097 北京市怀柔区气象局北京101400 中国气象局地球系统数值预报中心北京100081 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

目前基于站点的气候生态资源评估指标还难以反映“中国天然氧吧”局地气候资源优势,且对其潜在的生态服务价值考虑较少。本文以北京怀柔区为例,充分利用遥感资料,首次引入城市热岛强度、生态冷源、植被生态质量等遥感评估指标进一步优... 详细信息

目前基于站点的气候生态资源评估指标还难以反映“中国天然氧吧”局地气候资源优势,且对其潜在的生态服务价值考虑较少。本文以北京怀柔区为例,充分利用遥感资料,首次引入城市热岛强度、生态冷源、植被生态质量等遥感评估指标进一步优化和完善“中国天然氧吧”气候生态资源评估指标体系,并基于生态系统服务理论分别从固碳释氧、调节气候、净化空气、涵养水源、水土保持等方面构建天然氧吧生态服务价值评估指标体系,进而估算其生态产品服务价值。研究结果显示;引入的多个遥感评估指标可以精细化评估怀柔气候生态资源;怀柔具备创建“中国天然氧吧”所需的气候生态资源优势:全年气候舒适期长达6个月,空气优良天数占比达81%,夏季具有面积比例高达90%的冷凉气候资源,植被生态质量优良等级占全区面积的88%。怀柔“中国天然氧吧”生态产品服务价值为143.993亿元,占当年全区GDP(Gross Domestic Product)收入的32%,其中森林气候调节和净化空气价值占到所有生态服务价值的87.2%。结果表明,新建立的气候生态产品评估体系可以更好地评估“中国天然氧吧”气候生态产品价值。

关键词：中国天然氧吧气候生态产品价值气候生态资源评估生态服务价值

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