斯里兰卡近岸风暴潮模拟中风暴潮-潮汐相互作用特征分析:一个个例研究

利用三维普林斯顿海洋模型（POM）以及逐时水位观测数据,研究印度洋北部斯里兰卡北部海岸风暴潮-潮汐相互作用特征.选择了2008年的"Nisha"台风作为台风风暴潮个例进行研究,并进行了3个数值敏感性试验.经验证,该风暴潮模型可以很好地再现该台风期间研究区域内的潮汐和总海水水位.试验结果表明,沿斯里兰卡西北海岸的风暴潮-潮汐相互作用显著,其强度与台风的强度和轨迹相关.当TC在42 h达到较大强度时,可以得到风暴潮-潮汐相互作用导致的最大增水值TSI （0.6 m）和从印度洋外海向斯里兰卡西北部浅滩流入的最大相互作用流场.在TC强度较弱的第30小时,得到最大负TSI （-0.6 m）和向南流出西北部浅水区域的较弱的相互作用流场.在整个台风期间,强TSI都发生在斯里兰卡西北部海滩到对岸的印度洋近岸区域.     

Roanu台风中突然天气变化的自动气象站资料评估

以斯里兰卡南部5.936 108°N、80.574 900°E处的自动气象站（AWS）的气象时间序列观测数据为依据,对2015年12月至2016年10月大气边界层的变化进行了定量分析.结果表明,印度洋北部的季风、气温、气压、相对湿度、降水和向下短波辐射的扰动随着季风的逆转而变化.2016年5月台风Roanu经过时,气压降低、相对湿度增大、降水增强和向下短波辐射减小,其特征是温度、相对湿度、降水和风速均迅速增加,之后气温和降水下降,而气压、向下短波辐射在急剧减小之后又急剧增大.自动气象站记录了台风到达前的气象条件,并自2016年5月13日起各个参数开始响应台风变化.从2016年5月28日开始,自动气象站记录台风通过后的气象条件,此时降水和向下辐射均减少.这些信号说明应用自动气象站可以持续观测台风条件.这项研究表明,斯里兰卡南部地区的气象数据可以用来进行天气评估,并可以对南部沿海地区的海气关系现象进行分析.此外,自动气象站的现场数据可以用作模型验证和参数化.     

全球热带简单海气耦合模式中的ENSO预报试验

利用一个全球热带简单海气耦合模式(GTSM模式),并选取热带三大洋较强的冷暖事件作为预报对象进行了若干预报试验,分析结果发现:在GTSM模式中由于热带三大洋海气耦合通过大气模式而相互作用和影响,使得该模式对于东大西洋和中东印度洋较强冷暖事件的预报能力,较单独大西洋或单独印度洋耦合模式均有明显提高,预报和观测的ATL3、IND3指数的相关系数达到0.5以上的月份,分别达到9个月和6个月左右;而在东太平洋则和ZC(LDEO1)模式差不多,预报和观测的Nio3指数的相关系数达到0.6以上的月份可以达到15个月左右.     

东印度洋水体输运的季节变化及相关盐度变化

利用20年（1992-2012年）的ECCO2模式模拟数据,主要研究了东印度洋（EIO）水体输运的季节变化.在EIO选取3个断面,分别为赤道、80°E和6°N.研究结果表明,跨赤道和80°E的季节输运主体部分大致相补偿.跨赤道的大部分水体输运局限在上层100 m,80°E的水体输运具有复杂结构,与显著的季风流、Wyrtki Jets（WJs）、赤道潜流（EUC）等有关.6°N上层水体净输运较小,但存在较强的边界流和相对较弱的内区流.纬向流的显著变化发生在80°E.在季风盛行季节,由于WJs减弱,赤道附近的水体输运以西向的梯度流为主,上层100 m的其余区域则主要受季风流控制.同样,由于EUC减弱,西向的梯度流与次表层东向的EUC之间也存在转换.在季风转换季节,季风流减弱,WJs与EUC分别在上层100 m和次表层占主导地位.此外,本研究还讨论了与季风流、WJs和EUC相关的盐水和暖水交换,有助于了解研究区域内温度和盐度的水平和垂直结构.     

中尺度数值预报模式输出产品温度和相对湿度的检验

对华云神箭MM 5中尺度数值模式2004年6—11月输出的地面要素日最高气温、日最低气温、日平均气温和日最大相对湿度、日最小相对湿度、日平均相对湿度进行了检验,检验统计量为平均误差、平均绝对误差、均方根误差和相关系数。通过检验,气温和相对湿度MM 5都存在系统性误差,短时效(24 h)预报值比实况偏小,随着预报时效延长,气温预报仍然偏小,且绝对值较大。相对湿度预报数值偏大,但在可允许的误差范围内。从空间区域图分析,气温和相对湿度都存在准定常的误差分布区。     

基于T639数值预报产品的气温本地化应用及检验

基于T639数值预报产品下发的多个物理量资料,利用多元回归方法,开展本地化的分县气温客观预报方法研究,结合常规气象观测资料、美国NCEP/NCAR 1°×1°网格点逐6 h再分析资料,开展业务应用并进行了效果检验,得出以下结论:最低气温预报准确率要好于最高气温,同时夏季的气温预报也明显好于其他季节;在最高气温中对扬中的预报准确率高于其他站点,在最低气温中对丹阳的预报效果相对比较好;客观预报方法存在明显的系统性负偏差,通过使用每个预报时效预报误差的7 d滑动平均进行订正,结果表明通过订正,预报效果有所提高,特别是最高气温订正效果较明显;通过主客观预报准确率的对比分析,发现虽然客观预报对最高气温的预报效果比较差,但是在气温趋势预报上具有一定的参考价值;最低气温客观预报准确率明显高于江苏省的平均水平,和主观预报相比,虽然仍然低于主观预报水平,但是差距不大,基本上可以替代主观预报;分县气温客观预报方法对高温、寒潮等灾害性天气具有一定的预报能力,但是和实况相比,预报强度偏弱.     

南海海洋气象数值预报系统(Grapes-MAMS)及其业务应用

介绍了中国气象局广州热带海洋气象研究所建立的南海海洋气象数值预报系统(Grapes-MAMS)框架、系统中各模式特点以及针对模式所做的改进工作;并基于广东省沿海浮标资料,分析和研究了该系统中各个专业模式预报性能。得到如下结论:(1)从给出的统计检验和技巧评分来看,区域海浪模式逐年改进,具有一定预报能力;区域海浪模式和欧洲中期天气预报中心全球海浪模式相比,前者预报技巧TS评分大于后者;(2)实测海表温度的同化明显改进了区域海洋环流模式对海表温度的预报,检验结果显示海表温度预报与浮标观测海表温度相关系数在0.7左右,通过了α=0.01显著性检验;(3)将基于广东茂名科学试验基地得到的拖曳系数计算方案引入风暴潮模式,可以有效地改进风暴潮模式对强台风"威马逊"风暴增水预报,2013—2015年6个风暴潮模式预报检验显示,模式可以提前20 h以上给出最大风暴增水预报,而且最大风暴增水预报与实际相差不大。     

青藏高原纳木错气象要素变化特征

依据中国科学院纳木错综合观测研究站设立的自动气象站和气象塔观测（30°46．44′N，90°59．31′E，4730ma．s．l．）资料，初步分析了2005年7月14日至2006年7月13日一年的气温、气压、相对湿度、降水和风等气象要素的季节和日变化特征。结果表明：纳木错站年平均气温为0℃，最冷月为12月，最热月为7月；全年降水量为281．8mm，多集中在5—10月；年平均相对湿度为52．6％，雨季和干季分明，全年夜雨率为78．6％；年平均气压值为571、2hPa，9月最大，1月最小；年平均风速为4m·S^-1，1月风速最大为6．1m·S^-1，上午风弱、午后风强；全年大风日数为53天，1月大风日数占全年的36％；全年盛行风处在东南至西风（135°--270°）之间，夏季有明显的湖陆风。     

Temperature, Relative Humidity, and Cloud Fraction Predicted by the NCEP Global Forecast System at the ARM SGP Site during 2001-2008:Comparison with ARM Observations

利用美国大气辐射测量项目(ARM)制作的“气候模拟最佳估计”(CMBE)观测数据集,检验美国环境预报中心(NCEP)全球预报系统(GFS)2001～2008年在ARM Southern Great Plains(SGP)站点预报的大气温度、相对湿度和云量的垂直分布,主要结论如下:(1)NCEP GFS较好地预报出了温度和相对湿度的季节变化.就各个季节平均而言,NCEP GFS高估了1.5～12km的大气温度,同时低估了春冬季13～16km和秋冬季1.5km以下的大气温度,各高度上温度偏差绝对值小于1℃;NCEP GFS预报结果再现了观测到的相对湿度垂直分布的双峰结构,但是高估了4～12 km的相对湿度.模式分辨率提高(T170L42更新为T254L64)显著改进了14～18 km相对湿度的预报.(2)预报的云量在10 km以下小于观测值,在10～13 km则高于观测值,而且,NCEPGFS没有预报出非降水性低云的云量,其预报的降水云的云量在8km以下也低于观测值,反映出NCEP GFS模式中浅对流和深对流活动不够活跃.(3)NCEP GFS模式用预报的相对湿度和云水/云冰混合比(qc)诊断云量,采用同样的诊断公式由观测的相对湿度和NCEP GFS预报输出的qc计算云量,得到的云量在11 km以下所有高度上都更加显著地小于观测值,即比NCEP GFS对云量的低估更加严重,说明NCEP GFS可能低估了此高度区间的qc.(4)2001～2008年间NCEP GFS预报的温度、湿度和云量改进不显著,其预报云量和qc的误差很可能与模式中深对流和浅对流方案、层云微物理方案的不确定性有关.     

China–Sri Lanka Joint Center for Education and Research for the 21st Century Maritime Silk Road

中国-斯里兰卡联合科教中心成立于2015年8月,为中斯两国间科教合作搭建平台,并在南亚季风爆发核心区域建立海洋大气相关实地观测系统。中心承担每年一度的印度洋科学考察航次,在赤道和北印度洋等海域布设潜标和临时观测站,研究印度洋环流动力构成和相关海洋动力特征。并在斯里兰卡布设了多种探测季风和近岸海洋观测仪器,为斯里兰卡提供了多次度和多分辨率的"斯里兰卡周边区域海气数值预报系统"。中-斯中心在2015年和2016年连续举办两届中-斯联合季风气候和海洋环境研讨会,会议促进了两国间的海洋大气科学研究的交流。在联合硕士计划备忘录的签订后,2015年15名硕士研究生新生被中国科学院大学录取。     

对RIEMS模式中陆面过程的一个改进

中尺度区域气候模式RIEMS中陆面过程使用BATS模式,其缺点是土壤内部过程较为简单,本文把10层土壤模式引入BATS,代替原来的二层土壤模式,并采用了TOPMODEL水文模式中的一些处理方法,使土壤温度、水文的计算更为合理,模拟二个个例,每个例均为夏季一个月的模拟,表明在降水、气压场、流场上均较原RIEMS模式为优,因而是对原RIEMS模式一个改进。     

系统辨识(3)：辨识精度与辨识基本问题

系统辨识是研究建立系统数学模型的理论与方法.讨论系统辨识涉及的一些基本问题,包括辨识精度、辨识方法的提出,辨识输入信号的设计,参数可辨识性与系统可辨识性,开环可辨识性与闭环可辨识性,可辨识性与能控性和能观测性的关系,可辨识性与输入信号的关系,以及与辨识方法收敛性相关的激励信号与激励条件,辨识算法收敛分析的基本工具,典型辨识算法的收敛结论等.     

GRAPES全球模式的模式误差估计

现代数值天气模式考虑的物理过程和边界条件越来越复杂, 但是它描述的大气状态和真实的大气流体运动轨迹还有一定的差距, 存在模式误差。在以往的研究中, 模式误差往往被忽略, 在集合卡尔曼滤波同化系统中, 如果忽略模式误差会导致滤波发散现象。本文用不同分辨率的模式预报差异估计了GRAPES全球模式的模式误差, 研究发现模式误差随着分辨率降低而线性增加, 而且模式误差随着预报时效的增加呈现线性增长的趋势。     

2007年6—8月T213与ECMWF及日本模式中期预报性能检验

对2007年6—8月T213模式进行天气学检验,并与欧洲中心ECMWF模式及日本模式进行了比较。结果表明:3种模式对亚洲中高纬环流形势的调整演变具有较好的预报性能。综合来看,ECMWF模式对各系统及要素的预报误差最小,最接近实况,日本模式和T213模式稍差,稳定性不如ECMWF模式,特别是T213模式对0709号台风圣帕路径及强度的预报与实况相差较大,而ECMWF模式及日本模式预报较为准确。     

2007年3—5月T213与ECMWF及日本模式中期预报性能检验

我国3—5月冷空气活动频繁,温度变化剧烈,且沙尘天气频发。为检验数值模式的预报效果,积累预报经验,对T213模式96小时预报产品进行检验分析,并与ECMWF及日本模式的预报结果进行对比分析。结果表明:T213、ECMWF及日本模式的中期预报性能均较好。相对地,ECMWF在对中高纬度大型环流的调整及副热带高压主体的预报方面,日本模式在对850hPa温度的预报方面能力稍强。另外,选取2007年5月8—10日发生在我国的一次沙尘天气个例,分析发现T213与ECMWF模式对于引发此次沙尘天气的地面强风的中期预报指示意义较好,日本模式稍差。     

STOCHASTIC SIMULATION OF TROPICAL CYCLONE TRACKS IN THE NORTHWEST PACIFIC REGION WITH CLASSIFICATION MODEL

Accurate simulation of tropical cyclone tracks is a prerequisite for tropical cyclone risk assessment. Against the spatial characteristics of tropical cyclone tracks in the Northwest Pacific region, stochastic simulation method based on classification model is used to simulate tropical cyclone tracks in this region. Such simulation includes the classification method, the genesis model, the traveling model, and the lysis model. Tropical cyclone tracks in the Northwest Pacific region are classified into five categories on the basis of its movement characteristics and steering positions. In the genesis model, Gaussian kernel probability density functions with the biased cross validation method are used to simulate the annual occurrence number and genesis positions. The traveling model is established on the basis of the mean and mean square error of the historical 6 h latitude and longitude displacements. The termination probability is used as the discrimination standard in the lysis model. Then, this stochastic simulation method of tropical cyclone tracks is applied and qualitatively evaluated with different diagnostics. Results show that the tropical cyclone tracks in Northwest Pacific can be satisfactorily simulated with this classification model.     

4种蒸发波导模型的对比与分析

蒸发波导模型常用来计算海上蒸发波导高度。为了认识当前不同蒸发波导模型之间的差异和方法,本文选取了目前使用广泛的4种蒸发波导模型(即P-J模型、Babin模型、NPS模型和伪折射率模型)进行对比和分析。本文首先探讨了在理想情况下它们对气象要素的敏感性,随后并利用我国南海近海大气层观测试验数据对比了这4种模型的蒸发波导高度计算结果。分析表明:相对湿度、风速和气—海温差的变化对4种模型的计算都有着较大的影响,特别是在不稳定层结状况下,4种模型计算得到的蒸发波导高度都随着相对湿度的增大而降低、随着风速的增大而增高。Babin模型和NPS模型计算的波导高度较为一致,伪折射率模型与前两种模型的计算结果存在差异,而P-J模型与其他3种模型存在较明显的偏差。基于南海气象数据的计算结果表明,不同蒸发波导模型在该海域蒸发波导的模拟结果略有不同,但4种模型计算得到的波导高度日变化变化趋势较为一致,波导高度极低值常出现在早晨,而极高值常出现在傍晚。     

Coupling of a Regional Climate Model with a Crop Development Model and Evaluation of the Coupled Model across China

In this study, the CERES(Crop Estimation through Resource and Environment Synthesis) crop model was coupled with CLM3.5, the land module of the regional climate model RegCM4. The new coupled model was named RegCM4_CERES; and in this model, crop type was further divided into winter wheat, spring wheat, spring maize, summer maize, early rice, late rice,single rice, and other crop types based on each distribution fraction. The development of each crop sub-type was simulated by the corresponding crop model separately, with each planting and harvesting date. A simulation test using RegCM4_CERES was conducted across China from 1999 to 2008; a control test was also performed using the original RegCM4. Data on crop LAI(leaf area index), soil moisture at 10 cm depth, precipitation, and 2 m air temperature were collected to evaluate the performance of RegCM4_CERES. The evaluation provided comparison of single-station time series, regional distributions,seasonal variations, and statistical indices for RegCM4_CERES. The results revealed that the coupled model had an excellent ability to simulate the phonological changes and spatial variations in crops. The consideration of dynamic crop development in RegCM4_CERES corrected the wet bias of the original RegCM4 over North China and the cold bias over South China.However, the degree of improvement was minimal and the statistical indices for RegCM4_CERES were roughly the same as the original RegCM4.     

一个改进的陆面过程模式及其模拟试验研究第二部分:陆面过程模式与区域气候模式的耦合模拟试验

在第一部分提出的陆面过程模式与区域气候模式ＲｅｇＣＭ实现耦合的基础上,利用这一耦合模式（简称ＣＲｅｇＣＭ）对中国中东部地区１９９１年５～７月江淮大暴雨时期的强降水气候特征进行了模拟,并与ＮＣＡＲ的区域气候模式ＲｅｇＣＭ２（此处称ＮＲｅｇＣＭ）在同样初、边值条件和同样物理过程选项下的模拟结果进行了对比分析。分析结果表明,模式ＣＲｅｇＣＭ具有较强的模拟性能和模拟能力,基本上成功地模拟了这次极端的降水气候事件。在某些方面,如地面气温和与陆面过程有关要素的模拟上,ＣＲｅｇＣＭ的模拟结果要比ＮＲｅｇＣＭ的结果更合理。     

系统辨识(4)：辅助模型辨识思想与方法

辅助模型辨识思想、多新息辨识理论、递阶辨识原理、耦合辨识概念是该文作者提出的研究辨识问题的原创性新方法,已经被用在很多辨识问题的研究中,形成了不同的辨识方法族,可以用于解决许多线性或非线性模型的自适应信号处理、自适应参数估计、自适应滤波和预测、自适应控制等问题.由于客观事物具有双重属性:一些特征变量是可观测的;一些是不可测的.如果表征系统特征的观测变量都是可测的,就容易建立描述其运动规律的数学模型.客观事物的不可测属性给建立系统数学模型带来特别的困难.在这种情况下,如何利用系统的可测信息,实现对系统未知变量的估算,来建立系统的数学模型,是辨识领域极具挑战性的研究课题.辅助模型辨识思想就是在这样的背景下发展起来的.该文介绍辅助模型辨识思想和一些基于辅助模型的辨识方法.