距平模式季预报初始场滤波及时间过滤方案的试验研究

本文用地气耦合非定常距平模式对1980～1982年及1986～1988年共6年的个例进行了距平场的季（3～6月）预报试验。通过两种方法,一是在时间积分过程中改变时间过滤公式中的过滤系数β（分别取为0.05和0.1）;二是对初始场进行滤波和不滤波的比较试验来考察高频扰动及非行星波对距平场月、季预报的影响。试验表明,行星波和大气长波对距平场的月和季演变有不同的作用。长波对月以内的过程作用较大,滤掉长波使预报效果变差。而长波对季以上过程的作用较小,甚至有某种干扰性的“噪声”作用,滤掉长波使季预报的效果得到改进。     

数字滤波初始化(DFI)在高水平分辨率模式中的应用

数字滤波初始化应用的前提假设之一是不平衡重力惯性波在频率谱上与有天气意义的波动不重叠。随着水平分辨率的不断提高,数值模式能够解析的重力波具有波长更短、频率更高的性质,模式中有天气意义的波动与高频噪声的界线更加模糊,因此,数字滤波初始化在高分辨率模式中的应用性能尚未明确。以一次深对流过程为例,在3 km水平分辨率条件下采用不同滤波参数配置进行数字滤波初始化试验,试图对高水平分辨率预报初始场中高频噪声特征、如何区分具有天气意义的高频信号和虚假噪声、数字滤波初始化在数值预报模式(WRF)高水平分辨率条件下的应用性能等一系列相关问题给出初步的认识。试验结果表明,在针对高分辨率模式进行数字滤波初始化时,原有应用于低分辨率模式的初始化配置参数已不适用,必须根据高分辨率噪声的特点重新设计相应的滤波方案。即使在"无噪声"状态下,有天气意义的信息在模式中也具有与虚假高频噪声一致的表现形式,即大的地面气压变化倾向。数字滤波初始化的确能对特定切断频率的高频振荡进行滤波,但无法区分其性质究竟是具有天气意义的高频信号,还仅仅只是虚假的高频噪声。如果要达到滤除初始场中高频噪声的理想效果、并且消除积分过程中的高频振荡,必须延长滤波时间窗,但这是以增加额外的积分时间、以及有可能损害气象上有意义的波动为代价的。滤波效果越显著,滤波结果对初始场的改变越大,这两个方面实质上是有冲突的,因此,在应用数字滤波初始化时必须在滤波效果可接受和保证预报性能两方面之间进行妥协。最后就数字滤波初始化在高分辨率有限区域数值模式中的可能应用提出了具体的建议。     

数值预报产品在中期天气预报中的应用

本文以ECMWF数值预报为重点,就中期预报在应用数值预报产品方面作以简介.1 再处理提取新信息1.1 利用预报产品计算纬圈谐谱.用波谱分析研究超长波、长波活动与中     

“96·2”广西寒潮中期分析和预报

1寒潮酝酿到爆发阶段的波谱特征“96·2”寒潮爆发前7～9天中纬度（40°N）以超长波1波为优势波，前4～6天为3波占优势，前1～3天转为长波5波占优势，同时，5波振幅持续增幅，长波增幅引起环流形势调整，这是寒潮爆发前出现的脉冲波（或称爆发波）。17～19日寒潮爆发时，能量迅速释放，长波优势又转为超长波优势（3波发展），完成了一次优势波的转换过程。对应到逐日降温情况来看，17～19日广西区各地降温幅度最大，这是长波能量释放的结果。2数值预报产品泽用2．1数值预报产品提供的中期预报信息综合分析ECMWF2月13日96小时资料，得到一…     

双三次数值模式与理想Lamb波、龙卷扰动对比模拟分析

通过"双三次曲面拟合—时间步长积分—双三次曲面拟合……",实现成为一种双三次曲面拟合新算法数值模式。它对模式大气作非线性(空间二阶可导)描述,是用数值分析(三次样条/双三次曲面)与计算方法近似求解大气运动非线性偏微分方程组。用Z坐标系高分辨率双三次数值模式,采用原始大气运动方程组和采用欧拉时间积分方案,设置理想扰动,对大气声波Lamb波做数值模拟;采用大气不可压假定,除去声波,对大气重力波龙卷扰动做数值模拟。对比模拟发现:理想Lamb波以声速在水平方向传播,扰动能量频散快,仅能在原地持续数秒钟;理想龙卷扰动则在原地可持续约1 min,且波动内圈(外圈)自下至上始终处于风场辐合(辐散)状态,具冷心结构和气压驻波特征,可因水汽进入扰动与借助凝结潜热释放而得到发展。     

热力、地形强迫作用的空间尺度效应与超长波的动力特性

本文通过对包含强迫作用的动力方程组的尺度分析,指出热力和地形的强迫作用具有一种空间尺度效应。在超长波尺度时强迫作用起着不可忽略的控制作用,以至于超长波的动力特性与长波有很大差异。本文还讨论了在不同强度的强迫作用下适用的超长波动力学方程。对超长波的动力特性与强迫作用的关系进行了一些定性的探讨,其中包括强迫作用与超长波的垂直结构,准常定特性、维持的能源以及其演变及突变的关系。     

优势波分型下的多因子LOGIT回归模型

本文用1972—1981年3月27日至6月10日500mb高度纬圈波波谱资料,在对春季超长波、长波、相角、振幅以及西风指数等特征进行定性分析的基础上,以55°N纬圈上各简谐波(波数K:1,2……6)的振幅方差百分比I_k进行优势波分型,选取34个待选因子,分型算出它们与对应y(降水:有雨为1,无雨为0)的相关系数,挑选相关性较好的因子两两作点聚图,求出点聚图上九点滑动平均的降水概率,建立优势波分型下的分对数(LOGIT)模型,用PPM法作逐日晴雨预报。 用本回归模型对1983年进行试报,1984年4月应用于日常中期预报,效果良好。     

论小尺度过程动力学的一些基本问题

本文对层结大气中小尺度过程动力学的一些基本问题作了研究。 首先用频率法对线性化后的小尺度运动方程作了分析。分析指出,线性化后的运动方程中包含了两种不同类型的波动,即快速传播的声波和相对声波而言的慢波——重力内波。 对于有气象意义的运动而言,声波是一种“噪音”,必须从运动方程中把它滤掉。文中指出,由于静力偏差(非静力平衡)对小尺度运动的发展具有重要的意义,一般用静力平衡来消除声波的方法对小尺度运动并不适用。文中提出了三种不同的消除声波的方法,即1)不可压缩条件的应用;2)将解按参数ε’(=V~2/gL)的冪次展开; 3)平衡方程的应用。同时分析了这三种不同滤波方法所带来的误差程度。 作为初值问题,研究了当在某一时刻在大气有限区域内的扰动破坏了静力平衡后所激发出的声波的频散性质,指出,从静力平衡的破坏到其种平衡状态的建立,场的这一适应过程完成得极其迅速。 最后,利用所提出的滤波方法,建立了滤掉声波后的二维非线性运动方程组。     

第八讲 长波和超长波动力学

在对流层中上层,流场型式多呈波状,系统的尺度比较大,一般围绕整个地球有3—6个波,且自西向东缓慢移动,这就是大气长波(或称Rossby波)。在对流层上层和平流层低层,有更大尺度的波动,其水平波长比一般长波长,通称为超长波。长波和超长波的活动同天气演变有密切关系,往往是造成大范围天气变化的重要条件。本讲将讨论长波和超长波的一般动力学特性及其活动的基本规律。     

地形强迫超长波在大气中传播的时间特性

本文用中纬度β平面准地转模式模拟地形强迫的超长波在大气中传播的时间特性。结果表明,超长波的垂直传播能力随着波长的增大而增强。在冬季的基本气流条件下,纬向波数1至3的超长波都能上传到平流层,而波数4以上的波只在对流层中才显著。结果还表明,地形强迫的超长波在形成一定时间后,将围绕某固定经度作东西向摆动,这种水平移动的准静止性是地形的动力控制作用的结果。这些结果与观测及其它理论研究的结果都较为一致。     

大气超长波研究情况的初步了解

一、引言长波和超长波是大气中两类性质根本不同的波动. 长波亦称为罗斯贝波,它和地面的气旋、反气旋相对应,波长为3000-6000公里,纬向波数为5-8,一般被认为是一种斜压波.人们很早就对长波加以注意,已经用准地转理论成功地解释了它的许多特性,在短期天气分析和预报中得到了广泛的运用. 超长波的纬向波数为1-3(或4),是一种水平尺度比长波更长的大气波动,它的水平尺度为10~4公里,因为水平尺度可以和地球半径相比拟,所以又称之为行星波.这一类波动的生命史10天左右,这自然就成为中、长期天气预报所关心的波动,它的发展和演     

热带大气运动的长波和超长波(一)

对热带干大气运动的长波、纬向超长波(纬向扰动尺度L_1～10~4公里,经向扰动尺度L_2～10~3公里)和经向超长波(L_1～10~3公里,L_2～10~4公里)进行了尺度分析,得到了适合这些运动的近似方程。对于纬向超长波,与长波的情况一样为正压无辐散运动;但在经向超长波时,则涡度方程中存在辐散项,这一结果与Matsuno得到的在热带存在Rossby波和惯性-重力波混合的情况是一致的。同时,在存在基本气流切变的情况下,对线性化扰动方程进行了频率分析,结果指出,当n≥1时,Rossby波和惯性-重力波是可分的;当n=0,而纬向尺度L_1～1000公里时,存在混合Rossby-重力波,这就证实了上述尺度分析的结果是正确的。于是,把尺度分析的结果与热带波动运动中Rossby波和惯性-重力波是可分的或混合的特性统一了起来。     

夏玉米生长过程曲线重建研究——以鹤壁市为例

增强型植被指数(EVI)时间序列数据(即植被生长曲线)是整个生育期内植被各种生物学特征的综合反映。由于太阳位置、大气、地表和传感器位置与性能等的影响,根据遥感数据计算的EVI值往往比实际值偏低(存在大量噪声),并不能反映植被生长的真实情况,应用前需进行去噪重建工作。针对目前生长曲线重建研究大多是针对MODIS等国外遥感数据的情况,在综合分析重建方法的基础上,利用风云3号卫星的MERSI中分辨率遥感卫星数据构建鹤壁市夏玉米的EVI生长过程曲线。首先,用最大值合成法(MVC)对原始EVI时间序列数据进行初步的去云处理。接着,利用基于时间域的Savitzky-Golay滤波(简称SG滤波)对该EVI序列进行进一步的平滑去噪处理,结果发现,在噪声点EVI数值提高了,但同时在其他不是噪声点的地方EVI的值降低了。针对这种不合理的情况,利用基于SG迭代滤波取上包络线的改进方法进行处理,很好地克服了上述缺陷,在非噪声点EVI数值适当提高,且曲线平滑,达到了生长曲线重建的目的。然后,采用基于频率域的小波变换方法进行实验对比,结果发现,小波变换存在着与经典SG滤波类似的缺陷,而且在曲线末端存在突变情况。经过比较分析发现,针对研究区的实际情况,改进SG迭代滤波是较优的去噪方法。     

1980年夏季500百帕拟能谱及其非线性转换

本文对1980年夏季50O百帕拟能谱及波与波之间拟能的非线性相互转换作了诊断分析。与斯坦贝格(Steinberg,H.L.)等对1963年2—4月的计算结果作了比较。发现夏季拟能平均谱分布特征与冬半年大致相似。波与波之间拟能的非线性相互转换特征与冬半年不同。斯坦贝格强调,拟能是从大尺度扰动传递给小尺度扰动。我们对夏季的计算结果表明,超长波同时向长波(4—8波)和≥9的短波提供拟能,而短波又向长波提供更大数量的拟能。因此,在波与波之间拟能的非线性相互转换中,超长波有大的拟能净损失.短波有较小的拟能净损失,而长波有较多的拟能净获得。长波和短波的拟能净得失符号正好与冬半年相反。     

热带大气运动的长波和超长波(二)

本文对热带湿大气运动的长波、纬向超长波(纬向扰动尺度L_1～10~4公里,经向扰动尺度L_2～10~6公里)和经向超长波(L_1～10~3公里,L_2～10~4公里)进行了尺度分析,得到了适合这些运动的近似方程。对于纬向超长波,与干大气一样为正压无辐散运动;但对于长波和经向超长波,它们的运动特征与干大气有着巨大的差别,在这类运动中,位势部分、辐散辐合和垂直气流相当重要,而且重力内波波速大大变慢,因而可以认定混合的Rossby-重力波是热带长波和经向超长波的一个重要特性。我们所得的结果与Charney对干大气的分析不一致,也与Murakami对湿大气的分析不一致。从而证实了谢义炳教授最近提出的空气温度对大气运动有重要影响的观点。同时,在假定基本气流U=0的情况下,对线性化扰动方程进行了频率分析,证实了上述尺度分析的结果是正确的。     

夏季东亚副热带西风急流不同尺度波的特征分析

利用1960—2015年NCEP全球再分析日平均资料和中国国家气象站20时的日降水量资料,分析在超长波、长波和天气尺度波的不同尺度纬向风场中,夏季东亚副热带西风急流的空间分布和活动特征,初步研究了不同尺度波的东亚副热带西风急流与典型梅雨异常年降水的关系,通过分析东亚副热带急流的周期性变化,进一步探讨本研究工作的实际应用价值。研究表明,超长波是东亚副热带西风急流扰动的主要成分,与急流位置的演变具有较高的一致性,对于梅雨期间的雨带位置和强度变化均有较好的指示意义;长波、天气尺度波是叠加在超长波上的次低频和中间尺度扰动,后者与梅雨强度的变化有一定对应关系。东亚副热带西风急流与其超长波的位置变化具有明显的单、双周振荡特征,在实际预报业务中可以充分利用超长波的周期性和较高预报技巧,为中期天气分析和预报提供更有价值的参考信息。      

再论夏季西太平洋副热带高压的西伸北跳

利用NCEP/NCAR再分析资料, 选择了1998年、2003年和2005年夏季我国东部雨带位置变化过程进行诊断分析。研究表明:夏季我国东部暴雨带位置的变动, 受西太平洋副热带高压西伸北跳 (南撤东退) 的调节。当副热带高压西伸北跳 (南撤东退) 时, 暴雨带向北 (向南) 移动。在副热带高压西伸北跳持续时期, 长江流域中下游地区出现高温酷暑天气。副热带高压西伸北跳是由于欧亚大陆上空存在静止Rossby波列, 波的能量沿着高空副热带急流向东传播到我国沿海海岸 (115°~130°E) 时, 在该地区激发出一个长波脊。这个长波脊的建立, 使得副热带高压和对流层上部的青藏高压都朝长波脊方向伸展, 表现为“相向”而行。而当在沿海海岸上空激发出一个长波槽时, 副热带高压南撤东退而青藏高压退回到高原上空。当夏季沿海海岸上空的长波脊持续维持时, 长江中下游会出现持久的高温酷暑天气。根据夏季天气预报的经验, 欧洲中期数值预报中心发布的预报对副热带高压的西伸北跳有较好的可预报性。     

用长波曲线演变图作晴雨及干湿档预报

AXXN图为日本每日20时(北京时)500毫巴0—5波的长波合成图。它比通常的天气图流场光滑、简明、清晰,又由于长波活动是短期预报的环流背景,它的调整具有中期预报意义,因此,我站从1982年年初开始增收了AXXN图。我们用AXXN图的资     

新疆冬春季‘水’旱长期过程与北半球中高纬度超长波演变的关系

木文分析新疆‘水’旱年度前冬11月至当年6月间北半球中高纬度500毫巴月平均环流波型及逐日超长波的演变特征。在新疆冬春干旱少雨(雪)月份,500毫巴中高纬度环流波型与北疆气候上降水量最少的元月份的平均波型相似,即半球内盛行大西洋东部,西西伯利亚和东北太平洋三个波脊。而多雨(雪)月份,往往相似于北疆气候上相对多雨的11月和5月份的平均波型,半球内盛行欧洲(偏西或偏东)和美洲西岸两个波脊。这种平均槽脊主要是各超长波的稳定及其演变的综合结果。造成新疆季节性‘水’旱异常的长期天气过程,分别表现在欧洲(对应多雨)和乌拉尔—西西伯利亚(对应少雨)两地区,有数次(通常为2～4次)准静止的超长波脊接连替换的过程,造成亚欧环流长时期的相对稳定。 在研究上述准静止超长波脊替换过程的演变时,我们又注意到500毫巴极地高压的活动情况,发现上述欧亚准静止超长波建立和替换的过程,大致可归纳为“北太平洋高压分裂单体西退并入型”、“大西洋高压分裂单体东移并入型”和“上游效应型”三种基本类型。并且提出,前两类基本过程,可能是欧亚准静止超长波脊建立或替换,亦即异常环流长期稳定的一种天气学判据。     

新疆冬春季‘水’旱长期过程与北半球中高纬度超长波演变的关系

木文分析新疆‘水’旱年度前冬11月至当年6月间北半球中高纬度500毫巴月平均环流波型及逐日超长波的演变特征。在新疆冬春干旱少雨(雪)月份,500毫巴中高纬度环流波型与北疆气候上降水量最少的元月份的平均波型相似,即半球内盛行大西洋东部,西西伯利亚和东北太平洋三个波脊。而多雨(雪)月份,往往相似于北疆气候上相对多雨的11月和5月份的平均波型,半球内盛行欧洲(偏西或偏东)和美洲西岸两个波脊。这种平均槽脊主要是各超长波的稳定及其演变的综合结果。造成新疆季节性‘水’旱异常的长期天气过程,分别表现在欧洲(对应多雨)和乌拉尔—西西伯利亚(对应少雨)两地区,有数次(通常为2～4次)准静止的超长波脊接连替换的过程,造成亚欧环流长时期的相对稳定。 在研究上述准静止超长波脊替换过程的演变时,我们又注意到500毫巴极地高压的活动情况,发现上述欧亚准静止超长波建立和替换的过程,大致可归纳为“北太平洋高压分裂单体西退并入型”、“大西洋高压分裂单体东移并入型”和“上游效应型”三种基本类型。并且提出,前两类基本过程,可能是欧亚准静止超长波脊建立或替换,亦即异常环流长期稳定的一种天气学判据。