增长模在热带地区发展的分析研究

利用T63L9全球谱模式对制作集合预报的增长模繁殖法(BGM)在热带地区的适用性进行研究,分析了在热带地区扰动增长的机理。设计与物理过程、积云对流参数化方案及湿物理过程有关的3个敏感性试验及1个控制试验。为了讨论不同物理过程对BGM生成扰动的影响,定义扰动动能变化率对试验结果进行分析。结果表明:在热带地区积云对流强盛区内风场扰动能够快速增长。扰动增长机制在热带地区与中高纬地区有本质区别,热带地区扰动的发展主要受物理过程的作用,其中模式积云对流及湿物理过程对扰动中快速增长的部分起着至关重要的作用。中高纬地区扰动发展与背景场的斜压不稳定有关。     

两种模式随机扰动方案比较及扰动传播分析

基于我国T213全球集合预报系统,设计了两种模式随机扰动方案,第一种方案对物理过程和动力过程积分总倾向项进行随机扰动(简称STPS),第二种方案仅对参数化的物理过程的积分倾向项进行随机扰动(简称SPPS).将两种方案分别引入模式进行数值试验,评估集合预报效果,分析随机扰动特征及扰动传播机制.结果表明:两种随机扰动方案对T213模式预报变量都产生了明显的影响,垂直方向和水平方向上,扰动值都随着积分时间增加而增长,中高纬地区尤为显著.两种方案的差异是STPS方案预报变量扰动值偏大;SPPS方案预报变量扰动值更为合理,SPPS的扰动大值中心随预报时效增加从低纬向中高纬传播,且总能量偏差具有从小尺度向大尺度传播的特征.与STPS方案相比,SPPS方案的集合预报离散度、集合平均的均方根误差在积分后期明显更有优势,高度场和风场的预报准确性提高,降水量预报技巧也得到明显的改进.表明SPPS方案能更加合理地体现模式物理过程的不确定性,在一定程度上提高集合预报系统的预报能力.     

创刊词

低纬热带地区大气的物理性质和运动方式,具有与中高纬明显不同的特点。由于接受太阳直射时间长且热容量大的海洋所占面积远大于陆地,故此热带又是全球大气环流能量、热量和水汽的重要源地。中高纬地区的台风、暴雨、干旱等灾害性天气,与来自低纬热带的天气系统关系十分密切。世界性的气候异常,与热带地区右名的厄-厄诺观象和南方涛动有显著遥相关,也已为不少科学工作者所证实。      

IAP T42L9全球谱模式加热场的诊断

就一次出梅时副高北进过程, 对IAP T42L9全球谱模式加热场与利用ECMWF同化系统资料根据热力学方程反算的加热场进行了比较。结果表明:模式参数化加热场的水平分布基本合理,但低纬和南半球中高纬地区加热偏弱; 参数化加热的垂直分布在北半球比较合理,但在南半球与反算法的结果有较大差别。这些结果对模式能很好地预报北半球中高纬环流形势演变,较好地预报西太平洋副高变化及预报的副高系统性偏弱给出了较好的解释。     

天气可预报性的时空分布

为了能从非线件误差增长动力学的角度研究大气的可预报性问题,文章引入了可预报性研究的新方法--非线性局部Lyapunov指数.非线性局部Lyapunov指数及其相关统计量能够被用来定量地确定混沌系统可预报性的大小,真正地实现对可预报性的定量化研究.为了把非线性局部Lyapunov指数方法应用到实际的大气可预报性研究中,给出了一种利用大气的实际观测资料估计非线性局部Lyapunov指数的计算方法.存非线性局部Lyapunov指数方法的基础上,文中利用NCEP/NCAR再分析资料,对大气位势高度场、温度场、纬向风场、经向风场等要素场可预报性的时空分布进行了研究,结果表明:(1)在500 hPa高度层上,对于不同的要素场,其可预报期限的大小以及时空分布规律都不一样;全球大部分地区位势高度场可预报期限最大,温度场和纬向风场次之,而经向风场的可预报期限最小.(2)在500 hPa高度层七,位势高度场和温度场的纬向平均可预报期限基本上表现为一定的南北纬向带状分布,热带地区和南极地区的可预报期限最大,北极地区次之,南北半球中高纬度地区可预报期限相对较小.纬向风场可预报期限在热带地区最高,但是南北极地区可预报期限与邻近的中高纬度地区差别不大.经向风场可预报期限在南北两极地区最高,南北半球的中纬度和赤道附近地区可预报期限最小.(3)在垂直方向上,纬向平均高度场、温度场以及纬向风场可预报期限基本上都是随高度升高而增加,高层的可预报期限明显大于低层;经向风场可预报期限随高度的变化比较复杂,不同的纬度有所不同.(4)可预报性有明显的季节变化,不同要素场可预报期限高低值区的位置和强度随季节鄙有明显变化,对于全球大部分地区来说,冬季可预报性都大于夏季的.     

热带气候预报撮新进展

文章评述了低纬长期预报的当前状况。在过去５年中，某些热带地区的季节预报有了很发展发展，其方法有三大类：（１）大气环流诊断与统计方法相结合的经验方法；（２）数值模拟；（３）纯统计方法。对许多地区已用第（１）类方法发布实时预报。     

CMA-GFS模式对东北半球环流形势预报能力的检验评估

基于CMA全球模式（CMA-GFS）2019年10月至2020年12月逐日20:00（北京时）起报的数据,对东北半球高空气象要素预报进行检验评估,检验的要素包括500 hPa位势高度场和风场、 850 hPa温度场和700 hPa相对湿度场。结果表明：（1）从模式预报效果的时间变化来看,预报效果有明显的季节变化,500 hPa位势高度和850 hPa温度的预报场和分析场的相似度在夏季最低,700 hPa相对湿度场的相似度在冬季最低;随着预报时效的增加,各要素的误差幅度在夏季最小。（2）从模式预报效果的空间变化来看,500 hPa位势高度场在东北半球大部分地区预报场与分析场具有较高相似度,且中高纬地区相对低纬地区更相似,预报误差的幅度则在低纬地区相对较小高纬地区相对较大,且预报偏差以大范围负偏差为主。相比而言,模式对东亚地区的位势高度及其梯度具有更高预报技巧。850 hPa温度场预报相似度和误差幅度与500 hPa位势高度场分布相似,预报偏差则主要表现为中高纬地区温度预报整体偏低,中低纬地区偏高。在预报前期（24～48 h）, 20°N以北的中高纬地区温度预报场与分析场相似度较高,均方根...     

Hadley环流数模所用的假设之一——简化的经向运动方程精度的估计

利用具有二阶精度的中央差分格式和美国环境预报中心提供的2.5°×2.5°（经纬距）网格资料,对Hadley环流数值模拟中采用的局地和全球纬向平均的简化经向运动方程的精度进行检验。结果表明在热带地区（30°N～30°S）,局地气压梯度力、柯氏力和离心力三者代数和的绝对值（余差）在风速中心和气压梯度力中心重合区比较小,在气压场向风场调整过程中比较大。在所选的冬夏两个时刻余差没多大差别,高低层余差也没有显著差异。全球纬向平均的简化经向运动方程精度检验结果证明中高纬地区以地转风平衡为主,低纬以该简化关系为主。     

98大洪水期间数值预报产品预报能力分析

对1998年汛期连续暴雨前后的欧洲和日本数值预报500hPa预报场进行预报能力分析。主要结果：中高纬预报基本正确的占63％,有误差的占33％,报错的占4％;中高纬的形势预报强于低纬副高预报。     

NCEP CFSv2对中国2015年夏季月尺度降水和环流预报分析

利用美国环境预报中心的第二代气候预报系统(NCEP CFSv2)提供的1982~2010年历史回报资料和2015年6~8月预报产品、NCEP CFSR再分析资料及中国地面观测降水资料,评估了NCEP CFSv2对2015年(厄尔尼诺发展年)中国夏季月降水和环流形势的预报能力,并分析了影响模式预报技巧高低的可能因子。结果表明:1)模式对降水的预报技巧较低且表现出明显的月变化(7月最高,8月次之,6月最低),但总体水平都不高。预报技巧明显依赖于提前时间的长短。2)CFSv2对影响我国夏季降水的500h Pa关键区环流异常空间模态表现出较高的预报技巧。对全东亚区域,模式基本都可提前5~9天(7月9天,6月6天,8月5天)较为准确的预报出未来一个月高度异常空间模态。3)通过对比分析发现,CFSv2环流预报中选取12个集合成员(滑动3天)可以得到较稳定的预报结果。4)在2015年夏季月尺度环流异常模态预报中,东亚全区的环流预报水平很大程度上取决于中高纬地区的预报。CFSv2对中高纬环流月预报技巧(6~8月都能从提前4天开始就基本稳定维持在较高水平)比热带地区更高更稳定。      

热带大气环流平均状况的研究

应用NMCl7年热带u、v风及OLR资料研究了热带地区大气环流的平均结构和特征。指出热带大尺度环流基本上是由东西向的walker环流和南北向的Hadley环流所组成的。这些环流是由热力作用直接驱动的,它具有高低层风向相反的特征。扰动风场与平均风场有密切关系。西风基本气流对应着扰动动能的极大值而东风则对应着扰动动能的极小值。热带地区存在着明显的辐散辐合作用,它也是由热力作用引起的并与热带对流活动有密切联系。      

On the impact of divergent part of the wind computed from INSAT OLR data on global analysis and forecast fields

Summary In this paper, a procedure for the computation of the divergent part of wind from Outgoing Longwave Radiation (OLR) data is described. This divergent part is included in the global analysis scheme and its impact is studied by computing the vertical velocity, velocity potential etc., using the analysed fields with and without modifying the divergent part and also making 24 hr and 48 hr rainfall forecasts.Results show that magnitudes of vertical velocity were increased when the divergent part was modified in the wind analysis. There were also changes observed in the analysed wind field over convective regions and the changes over the oceanic regions were higher, suggesting that the impact of divergent part is more pronounced over data sparse regions. Marginal increase was observed in 24 hr and 48 hr rainfall forecast over the Indian region. The area averaged rainfall forecast at each time step in the first 6 hours of model integration was also higher in the case when the wind field contained the divergent part.To sum up, it can be stated that the inclusion of the divergent part from OLR data in the initial wind field has brought out positive impact on the wind analyses and rainfall forecast.With 12 Figures     

Estimating the Predictability of the Quasi-Biweekly Oscillation Using the Nonlinear Local Lyapunov Exponent Approach

The quasi-biweekly oscillation (QBWO) is a major intraseasonal variability (ISV) in the tropics. Based on bandpass-filtered outgoing longwave radiation (OLR) and wind field data, the predictability limits of the QBWO in boreal summer and boreal winter are investigated using the nonlinear local Lyapunov exponent (NLLE) approach The analysis shows that the evolution of the mean error growth of the QBWO in boreal summer and the evolution of the mean error growth in boreal winter are comparable Both curves exhibit rapid growth in the initial stage followed by a slowly fluctuating, ascending trend before saturation is reached. As a result, the potential predictability limits for the boreal summer QBWO are very close to those for the boreal winter QBWO, with a lead time of approximately three weeks. Given the current limitations in the simulation and prediction of ISV, including the QBWO, the results of this study provide a useful reference for assessing the predictability of the QBWO using model simulations.     

ESTABLISHMENT OF SUMMER MONSOON IN SOUTH CHINA SEA AND INTENSITY VARIATION

The 850 hPa wind field data from NCEP and OLR data are used to study the variation behavior of the southwesterly wind and OLR in the South China Sea and their mutual relationship. A monsoon index is putforward that reflects the variation of the southwest monsoon in the region. In the preliminary study or intensity variation and establishment time of the monsoon, it is found that it is of dual peaks on the seasonal scale and the interannual variation of the monsoon intensity and the establishment time are related with sea surface temperature. The summer monsoon is established earlier and with higher intensity in the EI Niño year and vice versa.     

向外长波辐射(OLR)与广东降水

利用OLR资料以及广东降水资料,分析了广东各季降水与OLR场的关系,探讨了热带低频振荡对广东后汛期降水的影响。主要结论是:来自北方的天气系统影响是广东前汛期降水的基本条件,而后汛期降水则以来自东南方向的热带系统为主。另外,就整个后汛期平均而言,西太平洋低频振荡中心位置偏北(南)时,该年后汛期降水偏多(少);若就短期气候而言,则低频振荡处于不同位相,相应副热带高压、ITCZ等也发生周期性的变化,从而影响广东降水的低频振荡,因此西太平洋低频振荡所处的位相对广东降水影响很大。     

ADVANCES IN APPLIED RESEARCH OF THE OUTGOING LONGWAVE RADIATION IN CHINA

The outgoing longwave radiation(OLR)observed by NOAA satellite series has widely applied in various researchfields since the 1980s in China.In this paper,advances of the applied research of OLR are described in the following re-spects:(1)Studies of the global ITCZ;(2)Climatology of the subtropical high over northern Pacific;(3)Studies of the tropical cyclone over West Pacific;(4)Characteristics of the intraseasonal variation(ISV)of tropical convective activities;(5)Divergence wind and large scale circulation over the tropics;(6)Studies of the air-sea interaction;(7)Estimation of precipitation over the Tibetan Plateau and the Yangtze River(Changjiang River)basin during therainy season;(8)Analyses of regional climates of China;(9)Studies of prediction of the severe and disastrous weather and climate;(10)Atlas of OLR.The distinctive features of these advances are reviewed and the focal points of the OLR applied research in futureare also suggested.     

从单Doppler速度场反演风矢量场的VAP方法

从单Doppler速度场反演风矢量场的VAP(Velocity Azimuth Processing)方法是在假定相邻方位角的风矢量相等的前提下,从单部Doppler雷达所测得的各个距离圈上的径向速度随方位角分布的廓线推算风向和风速的方法。这个假定可以保证反演所得的风矢量场中仍保留次天气尺度的风场信息。 对VAP方法反演公式的误差分析表明,反演出的风向误差为20—30度,与常规测风的误差相近。风速误差一般为10~0m/s,但在某些特定的情况下可达到与风速相同的量级(10~1m/s)。 用VAP方法反演风矢量场前必须首先消除原始Doppler速度资料中的脉动。它可以通过简单的一维线性平滑实现。 文中给出了一个反演实例,从中可以分析出次天气尺度的切变线和辐合线。常规天气图和UHF雷达的风廓线观测表明,这些次天气尺度系统是存在的。它们与反射率因子分布的配置还表明这些次天气尺度系统是和降水相联系的。     

Python在FY 2G定量业务产品自动可视化中的应用

利用Python语言实现了每日对CMACast下发的最新风云二号G星(FY-2G)云导风(AMV)和射出长波辐射(OLR)两个定量业务产品的实时自动解码和可视化出图,并与国家卫星气象中心下发的卫星天气应用平台(SWAP)的显示进行了对比。结果表明:两者显示一致。在显示所有AMV文件风矢量数据的前提下,本文可视化产品较目前版本SWAP的显示更为疏密均匀,没有出现重叠现象;Python出图自带的高洛德(Gouraud)明暗处理渲染方式则在对OLR格点产品可视化显示中提供了一种更为平滑,细腻的方法。利用本研究方法对风云二号卫星定量产品进行可视化具备自动化和视觉美观的特点,值得在基层气象部门业务中推广。     

热带和中高纬地区季节内振荡的特征及其动力学诊断

使用5年低阶全球谱模式资料,对中高纬大气和热带大气季节内振荡的动力学性质和传播特征进行了诊断研究。分析发现模式再现了大气中季节内振荡在热带和中高纬地区的传播特性以及它们之间的差异。热带大气30—60天振荡在速度势场上表现为纬向—波结构和行波特性,而在散度风场上反映了赤道西太平洋—印度洋东西向偶极子型的振荡。中高纬大气30—60天振荡表现为定常波位相和振幅的变化,即波包络的传播特征。它与中高纬地区遥相关型的转换有关,通过遥相关位相和振幅的变化,不仅完成了热带和中高纬地区之间以及热带不同区域之间的能量输送,而且通过这种能量输送过程把南、北半球中高纬地区季节内振荡联系起来。