FY-2E晴空风矢同化对台风分析和预报的影响研究

为了研究“二阶差分法”反演的晴空区风矢同化在台风分析和预报中的作用,以1509号台风“灿鸿”和1211号台风“海葵”为例,首先利用WRF-3DVAR系统对晴空风矢进行同化,探讨了晴空风矢的引入对模式初始场的影响。然后利用WRF模式对两个个例分别进行48 h的预报试验。通过对比控制试验和同化试验,结果表明,同化晴空风矢资料能够对初始风场和位势高度场进行合理的调整,在台风周围引导气流的作用下,台风路径与实况更靠近,从而提高了台风路径的预报效果。除此之外,同化晴空风矢对台风强度以及风场预报也有一定的改善作用,还可更准确地预报出降水的落区及雨强,提高降水预报质量。因此,晴空风矢的引入,有利于改善模式的初始场,从而提高WRF模式对台风的预报能力。      

2002年12月25～28日河南低温天气过程分析

对2002年12月下旬河南低温冻害天气分析结果表明 前期强冷空气影响及大范围降雪,造成了前期气温偏低,为低温天气产生提供了有利条件; 地面积雪时间长、高空强冷平流补充南下与晴空辐射降温是形成此次低温冷害的主要原因;500、700 hPa脊前偏北气流引导近地面冷高压东南移并持续控制河南是造成晴空辐射冷却的主要天气系统;空气湿度小,有利于夜间降温.数值预报对最低气温的预报有一定指示意义当日本782和欧洲中心850 hPa的温度预报＜-8 ℃,同时24 h地面变压预报值≤3 hPa时,第二天凌晨可能会出现-10℃以下的低温.     

WAFS网格点数据对拉萨航路颠簸的预报检验

结合2014年2月10日和11日拉萨航路的13例飞机颠簸航空器空中报告,检验了世界区域预报系统(WAFS)风场对高空急流的预报能力,并对新增下发的晴空颠簸网格点数据的预报效果和业务化应用进行分析。结果表明:WAFS风场资料具有较高的预报能力,最大晴空颠簸预报比平均晴空颠簸预报具有更高的辨识能力,可选择4为阈值的最大晴空颠簸网格点数据绘制拉萨航路颠簸预报区域图,在业务应用中验证修订使用。      

2002年12月25～28日河南低温天气过程分析

对 2 0 0 2年 12月下旬河南低温冻害天气分析结果表明 :前期强冷空气影响及大范围降雪 ,造成了前期气温偏低 ,为低温天气产生提供了有利条件 ;地面积雪时间长、高空强冷平流补充南下与晴空辐射降温是形成此次低温冷害的主要原因 ;5 0 0、70 0hPa脊前偏北气流引导近地面冷高压东南移并持续控制河南是造成晴空辐射冷却的主要天气系统 ;空气湿度小 ,有利于夜间降温。数值预报对最低气温的预报有一定指示意义 :当日本 782和欧洲中心 85 0hPa的温度预报 <- 8℃ ,同时 2 4h地面变压预报值≤ 3hPa时 ,第二天凌晨可能会出现 - 10℃以下的低温     

近10年晴空湍流的研究进展

晴空湍流是威胁航空安全的一种极端危险性天气,因其不伴有明显的天气现象,机载雷达难以探测,故对飞行安全威胁巨大,因此对于晴空湍流的形成机制与预警预报的研究十分重要。从晴空湍流的形成机制、晴空湍流的观测手段和晴空湍流的预报方法3个方面,对近十年国内外有关研究进行归纳和综述。重点引述了惯性重力波在晴空湍流形成中的重要作用、多种新型观测手段为晴空湍流研究提供宝贵的实况资料、基于湍流指数集成算法的晴空湍流数值预报等重要进展。本文对晴空湍流未来的研究趋势进行展望。     

陕西冰雹天气气候特征及其预报

陕西冰雹北多南少，山地多于平川，多发生于５－８月，６月最少；一天中以１２－２０时出现最多。冰雹出现时，５００ｈＰａ为酉北气流型、西路冷低槽型、冷涡型三种形势。雷达回波有移动型和新生型两种。卫星云图上晴空区中的对流单体和对流云带特征明显。根据地面流场图结合雷达回波特征归纳了三类冰雹天气的短时预报模式，至少可以提前２－３小时预报出冰雹的强度、发生的时间和地点．     

中国紫外线强度预报方法研究

从大气辐射传输的物理机理出发,估算正午晴空地面紫外辐照度,进而利用云量和气溶胶等要素对晴天紫外辐射进行修订,最终获得非晴空地面日最高紫外辐照度,并基于此方法建立紫外线强度预报模型。结果表明:新建立的紫外线强预报方法与原来中国紫外线强度预报方法相比,有效地提高了紫外线强度的预报准确率,可以满足紫外线预报业务的需求。此外,新方法对晴空紫外线强度的预报效果最好,对阴天紫外线强度的预报能力相对较差。     

2014年冬梅县首次低温霜冻过程分析

从日常预报的角度出发,结合常规观测资料和数值预报产品对2014年12月18日梅县出现了14年入冬以来的首次低温霜冻天气进行分析得出:低温天气的出现和冷空气的入侵有关外,还与夜间晴空辐射降温、周边地理环境等因素有关。在冷空气前梅县有短暂回暖现象;冷空气过后,导致基础气温较低,在高空西北气流和地面冷高脊控制下,极易发生辐射类低温;数值预报对冷空气的形势预报准确,有较高的参考意义,但其温度预报往往只考虑平流降温作用,对于辐射类降温的预报能力较差。     

飞机颠簸及预报方法研究

文章对引起飞机颠箕的晴空湍流及预报方法进行了研究。以尺度分析和数值模式预报的产品为基础，研制开发出可供业务使用的飞机颠簸预报方法。试验表明，颠簸强度预报的效果较好，历史拟合率达７２％以上。     

建立在数值预报系统上的航空气象要素预报试验

文章介绍了建立在数值预报基础上的航空气象要素（颠簸、积冰和云等）预报技术，给出了预报颠簸强度的晴空湍流指数和预报积冰的积冰强度和积冰严重性指数，并利用预报模式进行了模式成云预报和云区诊断分析，给出了一些具体的模拟及预报试验结果。     

Heat Flux in the Coastal Zone

Various difficulties with application of Monin–Obukhov similarity theory are surveyed including the influence of growing waves, advection and internal boundary-layer development. These complications are normally important with offshore flow. The transfer coefficient for heat is computed from eddy correlation data taken at a mast two kilometres off the Danish coast in RASEX. For these coastal zone data, the thermal roughness length shows no well-defined relation to the momentum roughness length or roughness Reynolds number, in contrast to previous theories. The variation of the momentum roughness length is dominated by wave state. In contrast, the thermal roughness length shows significant dependence on wave state only for small values of wave age where the mixing is apparently enhanced by wave breaking. The development of thin internal boundary layers with offshore flow substantially reduces the heat transfer and thermal roughness length but has no obvious influence on momentum roughness length. A new formulation of the thermal roughness length based on the internal boundary-layer depth is calibrated to the RASEX data. For the very stable case, the turbulence is mainly detached from the surface and existing formulations do not apply.As an alternative to adjusting the thermal roughness length, the transfer coefficient is related directly to the stability and the internal boundary-layer depth. This avoids specification of roughness lengths resulting from the usual integration of the non-dimensional temperature function. The resulting stability function is simpler than previous ones and satisfies free convection similarity theory without introduction of the gustiness factor. The internal boundary layer also influences the moisture transfer coefficient.     

长波的垂直結构和它的移动与发展的关系

本文利用线性两层模式討論了对流层上部和下部扰动的发展和移动,以及它們之間相互关系。有以下主要結果: 1.一般常用的“溫度波落后于气压波,扰动发展”这一規則,对于超长波(波长大于10000公里)只适用于对流层上部,对于波长为7000公里左右的长波自对流层中部以上皆可应用,对于較短的长波整个对流层皆可应用。 2。当槽线或脊线随高度向西傾斜时,扰动的上层发展,下层阻尼;向东傾斜时,上层阻尼,下层发展;当时,上下层同时发展. 3.溫度波和高度波的移速可以不同,甚至方向可以相反;无論在上层或下层,当脊移进輻散区或槽移进輻合区时,扰动发展;当脊移进輻合区或槽移进輻散区时,扰动阻尼. 4.扰动的振幅和移速随时間而变,它不仅决定于基本流場的参数和扰动的波长,同时决定于扰动本身的上下結构. 5.周期性变化的稳定波在发展时期,其振幅的发展一天可达两倍半以上.因此日常所观測到的环流的巨大变化是否都属于一般所謂的西风带不稳定的現象值得深入研究.     

斜压切变基流中横波型扰动的特征波动──Ⅰ:谱点分析

文中对谱点的分布作了定性分析和数值计算。结果发现：当基流存在切变时,无论是重力惯性波还是涡旋波都存在连续谱。在通常的环境下,对天气尺度的扰动,3支波动的连续谱不重叠,3支波动明显可分;当扰动尺度小于临界波长l0时,可出现涡旋波和一支重力惯性波的两波连续谱区的重叠,当扰动尺度小于l0／2时,可出现涡旋波和一对重力惯性波的三波连续谱区的重叠,此时两种波动不可分。当出现重叠谱时,若出现不稳定扰动,其频率的实部落在重叠谱区。     

Spatial structure of internal tidal waves generated on weak topographies

The generation of internal gravity waves by barotropic tidal flow passing over a two-dimensional topography is investigated. Rather than calculating the conversion of tidal energy, this study focuses on delineating the geometric characteristics of the spatial structure of the resulting internal wave fields (i.e., the configurations of the internal beams and their horizontal projections) which have usually been ignored. It is found that the various possible wave types can be demarcated by three characteristic frequencies: the tidal frequency, ω₀; the buoyancy frequency, N; and the vertical component of the Coriolis vector or earth's rotation, f. When different possibilities arising from the sequence of these frequencies are considered, there occur 12 kinds of wave structures in the full 3D space in contrast to the 5 kinds identified by the 2D theory. The constant wave phase lines may form as ellipses or hyperbolic lines on the horizontal plane, provided the buoyancy frequency is greater or less than the tidal frequency. The effect that stems from the consideration of the basic flow is also found, which not only serves as the reason for the occurrence of higher harmonics but also increases the wave strength in the direction of basic flow.     

大气中惯性重力波的传播

本文根据Whitham和Lighthill等人的射线理论,研究了具有非均匀层结和流场切变的大气中惯性重力内波的传播和折射问题。定义了一个由背景场参数N2(静力稳定度)、ξ_a(惯性稳定度)和U_x(与斜压稳定性有关)的梯度组合而成的所谓“环境稳定度”矢量 ,它对重力波的折射有决定性的作用。结果表明:局地波导方向垂直于矢量 ;稳定度中心之间的过渡地带沿稳定度等值线方向为波能传播的有利通道。      

中尺度大气波动的波谱和谱函数——数学模型和计算方法

作者得到了准二维Boussinesq方程组，并用其研究了中尺度大气波动的波谱和谱函数。在一定条件下对该方程组线性化并取标准模后，可将其初边值问题转化为矩阵的广义特征值问题来进行数值求解，这样就可知原问题波谱和谱函数的性质。当无基本流且取地转参数、层结参数为常数时，可求得其波谱和谱函数的解析解。此时该模式中仅包含有一对重力惯性内波模态，且各模态均是简谐波；模态越高，垂直波数越大则波动传播得越慢，所有的模态均为离散谱，并存在聚点。对此作者用数值解作了验算，结果表明，该数值求解方案合理可行，对不太高的模态其精度也令人满意。在无基本流然而考虑层结的垂直变化后，则一般无法求取解析解，为此进行了数值求解。这时该模式仍仅包含有一对重力惯性内波的离散谱模态，不过由于层结参数的变化，各模态结构与简谐波出现了偏差。     

基本气流对赤道Rossby波和重力波的影响

应用考虑基本气流作用的赤道β平面线性模式，分析了基本气流对赤道Rossby波和重力波的影响。分析表明，基本西风气流中西传的赤道Rossby波和西传重力波仍有混合现象，基本西风气流将使Rossby波出现不稳定增长，而基本东风气流中的Rossby波和重力波是完全可分的。     

大气波动的波谱和谱函数──垂直切变基流中的波谱分析

作者研究了具有垂直切变基流时大气波动连续谱的重叠问题和临界层出现的情况。发现随着基流切变的增大和扰动波长的减小, 一支涡旋波和两支重力惯性内波的连续谱区会互相靠拢, 最后发生重叠, 这时已不能区分为快波、慢波, 而能否重叠的关键在于临界波长与扰动波长的相对大小, 基流切变越大, 扰动波长越短, 重叠现象就越严重。这可用作划分运动尺度的客观标准。当运动尺度大于临界波长时, 是大尺度的, 这时三支波动连续谱区互相不重叠, 涡旋波是准地转的; 当运动尺度小于临界波长时, 可认为是中尺度的, 此时出现连续谱重叠现象。采用该方法划分的尺度标准与通常的标准在量级上则相一致。     

Structures of dynamically unstable shear flows and their implications for shallow internal gravity waves

Summary In this study, the response of a dynamically unstable shear flow with a critical level to periodic forcing is presented. An energy argument is proposed to explain the upshear tilt of updrafts associated with disturbances in two-dimensional stably stratified flows. In a dynamically unstable flow, the energy equation requires an upshear tilt of the perturbation streamfunction and vertical velocity whereU _z is positive. A stability model is constructed using an iteration method. An upshear tilt of the vertical velocity and the streamfunction fields is evident in a dynamically unstable flow, which is required by energy conversion from the basic shear to the growing perturbation wave energy according to the energy argument. The momentum flux profile indicates that the basic flow is decreased (increased) above (below) the critical level. Thus, the shear instability tends to smooth the shear layer. Following the energy argument, a downshear tilt of the updraft is produced in an unstably stratified flow since the perturbation wave energy is negative. The wave energy budget indicates that the disturbance is caused by a thermal instability modified by a shear flow since the potential energy grows faster than the kinetic energy.With 4 Figures     

经向基流和地形对惯性重力波的影响

采用分层浅水波方程组和ＷＫＢ方法，分别讨论了经向基流的垂直切变和南北走向的地形对二维惯性重力波的移速，稳定性以及发展的影响。