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第84届美国气象学会年会简介
日期:2013-02-12 浏览量:16363

第84届美国气象学会年会于2004年1月11~15日在美国西雅图市举行。广东省气象局选派笔者参加了这一次大会并做了学术交流。现根据会议材料对大会主要内容进行概要性介绍。由于内容众多,详细内容可查阅大会网站(http://www.ametsoc.org/ meet/84annual/)。

遥感技术:地球同步卫星、极轨卫星和包括微波辐射仪在内的各种遥感探测技术的进步,促进了气象学的发展。大量的遥感观测资料如MODIS、ATOVS、GIFTS、TRMM、AVHRR、QuikSCAT等,拓展了人类的探测视野,带来了高分辨率的观测资料,大大地提高了短时临近、短期、中期预报到季节尺度甚至年际、年代际气候预测的水平。

利用极轨卫星AVHRR资料监测干旱、作物长势、火险、蚊虫引起的流行病、灌溉用水量以及ENSO对生态系统的影响。利用GIFTS资料,提供水汽、对流层云迹风、对流层风暴的连续观测,并可对气体污染物的输运过程进行监测。利用12通道微波辐射仪 MWRP,可每10分钟探测一次对流层温度、水汽和云水垂直廓线。

强降水受中尺度对流系统影响很大,而卫星推导的中-Beta尺度对流云核比雷达探测要保守些,故卫星降水估计比雷达要可靠些。美国西部高山融雪提供该地区超过80%水资源,利用EOS卫星资料可提供上述地区精确的水资源预报。

大气波导使闪电甚低频噪声传播一定距离。太平洋闪电监测网Pacnet利用这一原理对海上对流风暴进行监测,以保障船只和飞机的安全。闪电发生率与对流活动强度成正比,安装在Block IIF GPS卫星群上的全球闪电和强风暴监测系统V-GLASS,通过监测闪电活动可进行海上风暴的定位和邻近预报。由于闪电发生率和对流降水间有稳定的关系,可用闪电资料进行定量降水估计。

气候和长期变化:研究证据表明超过2周的天气是可预报的,热带非绝热加热和土壤湿度是上述尺度可预报性的重要过程。可预报性也与各种低频大气现象如高纬环形模(annular modes)、太平洋/北美遥相关型和Madden-Julian涛动有关。Madden-Julian涛动(MJO) 是热带大尺度季节内变化的主模,MJO的位相与北半球高纬度地面气温有必然联系,这种联系通过辐射和平流作用来维持。海气相互作用对MJO的传播和垂直结构有重要作用。

气候学应用领域:开展了空气质量的气候变化,西尼罗病毒的气候指数监测,温湿指数THI在畜牧业上的应用,气候变化与全球葡萄酒质量,美国冻雨事件与作物产量的关系,气候变化与大豆产量的研究。此外,对气候异常的多尺度演变和可预报性问题,降尺度(downscaling)季节预报及其在北美冬季极端降水预报上的应用,50年来全球海洋云量与相应的辐射通量变化,ENSO对冷季龙卷风爆发的影响等进行了深入研究。

空气质量:由于空气污染日益加剧,对污染气象学和大气化学的研究也日益活跃,研究包括外场试验、卫星监测、数值模拟和空气质量预报。

(1)外场试验:仅近两年美国及其邻国就开展了多个大规模外场试验。如Joint URBAN 2003试验显示城市峡谷存在显著的涡旋、空间变率、风脉动和间歇特征。这一试验有助于了解城市峡谷污染物的输送和扩散机制。以研究区域大气环境和空气质量为目的的PNW2001试验(美国)和PNW2001试验(加拿大),对地面大气污染物和气象要素进行观测。此外还有MCMA 2002 & 2003试验(墨西哥)和BRACE 2002试验(美国)等,这些试验除利用各种精密的地面观测仪器外,还利用了飞机、移动汽车监测站、LIDAR等探测设备。

(2)数值模拟:MM5模式和MODELS-3/CMAQ的耦合,对污染物扩散规律进行数值模拟。CMAQ化学过程可对对流层臭氧、微粒、有毒物质、酸沉降和能见度降级进行模拟。利用CMAQ 模式模拟了美国半干旱地区扬尘对气溶胶浓度的影响。韩国利用Models-3/CMAQ 和 MM5 的耦合模式,研究氮和硫的干沉降对供应两千万人用水的Paldang湖水质量的影响。

新的城市扩散模式包括了自适应网格优化算法,能处理高分辨率地形和复杂的结构 (如运动场、机场等),考虑各种天气条件,能与中尺度数值预报模式进行无缝结合。业务多尺度网格自适应环境预报模式,可模拟积云尺度到全球尺度的大气运动过程,可用于模拟烟流的多尺度长距离输运过程。

(3)卫星遥感监测:利用MODIS 资料可对示踪气体、森林大火烟雾和气溶胶进行监测和跟踪 。

(4)空气质量预报:2003年美国天气局利用12km格距的Eta模式来驱动CMAQ模式,制作48小时臭氧预报。美国海军部门开发了一个大规模杀伤性武器预报方法,可在30分钟内启动一个扩散模式,发布有毒烟雾的预报。

数值天气预报和同化技术:新的同化系统(包括复杂的全球陆面同化和化学参数同化)使用了卫星遥感、多普勒雷达、激光雷达、闪电探测、GPS PWV资料等许多非常规观测数据,同化技术主要用降阶卡尔曼滤波(Reduced Rank Kalman Filter)和集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter)。

NCAR开发了一个简单经济的变分同化系统VDRAS,可用于国土安全预报、城市边界层研究和城市对流临近预报。该系统使用雷达资料和其他气象资料,利用双CPU的微机只需数分钟可以做30分钟的临近预报。模式水平格距1 km, 分析区域100 km, 资料更新频率10分钟。

利用MM5模式的四维资料同化方案对QuikSCAT表面风场进行同化,有效地改善了美国初夏降水的模拟结果。同化QuikSCAT风导出的海平面气压场,比直接同化QuikSCAT风资料对飓风的初始化和预报改进更大。

威斯康星大学气象卫星联合研究所 (CIMSS)开发了 MODIS 推导风,MODIS 风资料明显提高ECMWF的预报技巧。CIMSS利用LaGrangian法设计了一个临近预报客观分析系统,能够保留卫星观测数据中很大的梯度值和极值,使得模式能够捕捉对流不稳定的细节。对龙卷风过程的模拟发现,在 RUC 模式中使用风廓线资料明显改善强对流天气的预报。利用 1小时一次的GPS PWV资料和三维变分同化技术,能改进中尺度对流预报。

热带气旋研究:大西洋热带气旋空中观测中使用了飞机和遥感系统,其中机载激光雷达系统 LASE提供高分辨率的水汽测量和气溶胶、云的观测。DC-8飞机还装有下投式探空仪提供风、水汽和温度测量。利用LASE和下投式探空仪资料对飓风进行资料同化,明显改进飓风模式的路径和强度预报,并对飓风内雨带的蒸发、降水、水汽辐合和通量等特征有较好的表现。

卫星探测资料对飓风路径预报有明显改进,但对强度预报没有太大的作用,因为卫星观测得不到飓风中心小尺度内核环流。利用高分辨率的多普勒雷达资料改进飓风内核环流的初始场后,MM5模式明显改进了飓风路径、强度和水平风场结构的预报。澳大利亚气象局利用高分辨率的雷达和卫星风场资料进行四维变分同化。结果48小时路径预报误差明显小于平均业务预报误差,强度、降水及热带风暴环流预报也有显著改进。

预报服务领域:美国平均每年因恶劣天气造成的交通死亡和伤残人数分别为七千人和八十万人。联邦高速公路管理局启动一个公路天气管理计划,该计划旨在设计一个路图系统,向有关人员提供天气信息,以减少天气相关的事故和堵塞,保证交通安全和提高车辆机动性。纽约市近期提出一个称为"Deep Thunder" 的方案,将提供每日两次更新的1km分辨率的24小时交通预报。

美国天气局和特拉华大学共同开发了一个暑热-健康咨询警报系统,即将通过全国预报台对外发布酷热指导预报。由于大气混合层的厚度和强度对火势和烟雾扩散有重要影响,利用中尺度模式MM5v3对混合层演变的预报制作更有效的火险预报指数。 NOAA、USGS和NASA共同研究和发布飓风洪水滑坡预报。

 

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