非稳定风场作用下太湖梅梁湾流场,散度场的研究

利用太湖区域三维大气边界层数值模式和二维水动力学模式，研究了非均匀、非定常风场作用下的太湖梅梁湾流场和散度场的分布特征，得到了一些有意义的结论。     

太湖区域三维湖陆风场数值模拟

本文考虑太湖周围实际地形，建立了一个适合太湖区域复杂地形，满足静力平衡条件的三维非定常大气边界层数值模式，计算表明:模式运行十分稳定，与实际观测资料吻合较好。     

重庆两场森林火灾蔓延特征的数值模拟

为了深入认识同时段内发生的两场森林火灾蔓延特征以及大气、地形等对不同林火行为的影响,进而为多起林火扑灭火工作提供科学支撑,选取 2022年8月17日发生在涪陵两场森林火灾,利用高分辨率地理信息、植被数据和气象数据对两场林火行为进行分析研究,同时运用林火-大气耦合WRF Fire（Weather Research and Forecasting Model with Fire Module）模式进行数值模拟。研究发现：①受深厚高压控制,两场林火是在持续高温、干燥背景下发生的,气象干旱等级达到重旱,火险气象等级高。②模式模拟风向风速变化与实况较为一致,基本体现出火场风向和风速突变,表明WRF Fire模式可以较准确地再现火场蔓延情况。③基于林火蔓延特征时间和空间变化可将大梁山林火发展分为6个阶段、北山坪林火分为4个阶段,造成直线距离相隔4.4 km两个火场蔓延发展程度不同的原因在于地形差异造成的局地风场差异。     

冬春500hPa高度场与中国夏季降雨场的场相关分析

利用场相关理论，分析了中国大陆6－8月降水场与前期1－5月各月北半球500hPa高度切之间的关系，得到一些有意义的结果，并提出一种研究场与杨之间相关关系的长期天气预报思路和方法。     

不同阶曲线拟合扰动场对下平流层重力波气候特征影响研究

重力波参数气候特征是确定大气模式中重力波参数化方案的重要条件之一,高垂直分辨率探空资料扰动场是获取重力波参数气候特征的基础数据;目前,获取扰动场的方法较多,但基于不同方法计算的扰动场对重力波参数气候特征影响的研究较少。基于2014—2017年山西太原气象台高垂直分辨率探空资料,利用2—4阶曲线拟合方法获取下平流层（17—24 km高度）温度扰动场、纬向风扰动场和经向风扰动场,经统计发现2阶与3阶曲线拟合方法的扰动场相似程度较高;在此选取相似度较高的2阶、3阶曲线拟合方法的扰动场分别计算大气重力波参数,并对大气重力波参数间的气候差异特征进行研究。结果表明:（1）不同阶曲线拟合方法扰动场的变化振幅及随高度变化趋势存在差异,且扰动场间的相关较弱;（2）2阶、3阶曲线拟合方法扰动场得到的重力波参数大小、年内变化趋势及在不同区间范围内占有率均存在差异,且相关较弱;（3）1—12月,相对3阶曲线拟合方法的扰动场,基于2阶曲线拟合方法的扰动场得到的重力波群速、水平波长、垂直波长、周期、固有相速均较大,而重力波能量上传百分比在某些月份较大。因此,不同阶曲线拟合方法扰动场间存在差异,会导致计算得到的大气重力波参数气候特征存在差异,最终对研制大气模式中的大气重力波参数化方案产生影响。      

低层物理量特征场与暴雨

本文用７００ｈＰａ以下大气物理量特征场来探讨暴雨的产生，得到物理量特征场能表征低压系统（含用常规方法分析不出的低压）存在和移动；物理量特征场与暴雨有密切关系。从特征场中选出因子建立预报方法，效果良好。     

不同途径获得的大气重力波参数扰动场特征对比分析

重力波参数气候特征是确定全球大气模式中重力波参数化方案的一个重要环节,利用高垂直分辨率探空资料扰动场是获取重力波参数气候特征的基础数据和重要手段。目前,通常采用2～4阶曲线拟合、带通滤波方法获取高垂直分辨率探空资料扰动场,但针对不同方法之间的扰动场差异特征研究较少,本文利用2～4阶曲线拟合、带通滤波方法(0.5～5.0km)获取2014—2017年太原地区(112.55°E,37.78°N)高垂直分辨率探空资料扰动场,采用相关系数、Lomb-Scargle、不同区间范围占有率方法进行研究,结果表明:①不同方法之间的纬向风扰动场、经向风扰动场、温度扰动场均存在较明显差异,且相关性均较弱;②Lomb-Scargle分析表明,不同方法得到的平均纬向风扰动场、平均经向风扰动场、平均温度扰动场显著含有(通过90%置信检验)的垂直波长均存在明显差异;③不同方法得到的纬向风扰动场、经向风扰动场、温度扰动场显著含有的垂直波长,在不同区间范围内的占有率均存在明显差异。     

人工订正位涡改进模式初始场技术研究

面对数值天气预报模式发展中的制约,如今气象界提出了预报员数据同化(data assimilation,DA)的理念,即将预报员的能力有机地融入到数值预报模式中以便发挥各自的优势。人工订正位涡改进模式初始场技术即充分体现了这一理念,其原理是利用了在中、高纬度气旋性环流场中,位涡(potential vortictiy,PV)场和卫星水汽图像(satellite water vapor imagery,WV)较好的对应关系检验数值预报,进而利用位涡的可反演性通过人工修改位涡场来订正数值预报,并已在部分国家实践中证明有着显著的改进模式预报性能的效果。本研究将通过分析对流层中高层的动力活跃区、位涡分布和卫星水汽图像暗区的关系检验模式偏差,进而通过人工订正位涡场和位涡反演,实现对模式初始场的修改,为预报员主观订正模式初始场、改进模式预报能力提供完整的技术流程。     

一维热扩散湖模式在太湖的应用研究

利用在太湖获得的2010年8月11-28日的观测资料研究了一维热扩散湖模式在太湖的适用性,通过对比模拟进一步研究了影响太湖湖表温度模拟的主要因子。该湖模式对太湖最初的模拟结果并不理想,模拟的湖表面温度与观测有较大的系统性偏差,温度的日变化幅度与观测相比也偏小。通过分析该模式对太湖的模拟效果不理想的可能原因,针对太湖的生态环境和污染情况,设计了18个测试参数的敏感性试验,从敏感性试验的结果分析得到,适用于太湖的、依赖于湖泊类型的3个参数应做如下修改:消光系数（η₀）应放大3倍,湖泊表层吸收的太阳辐射系数（β）应取0.8,粗糙长度（z₀）采用公式计算得到。用新得到的适用于太湖的3个参数,模拟得到的结果与最初的模拟结果和观测资料对比,发现采用新的参数后,模拟结果比最初的模拟结果有了很大的改进,模拟的湖表温度基本接近观测,模拟的湖水垂直剖面时间序列图也跟观测吻合得较好,随之的感热、潜热通量的模拟也都与观测接近。最后,对输入湖模式的主要大气参量（太阳辐射、2 m气温及风场）±10%的误差引起的模式模拟的湖表面温度误差进行分析,结果表明该湖模式对大气强迫场的误差敏感度不高;相比之下,模拟结果对风场敏感性最小,对辐射和气温的敏感度相当。     

华南冬季异常冷月预测概念模型I--500hPa高度场和海温场特征

确定了近45年华南冬季异常冷月出现的时间,分析了其同期至前期6个月500hPa位势高度场和海沮场的特征。各异常冷月当月500hPa高度场有相似的特征,亚洲-太平洋地区高度场的特征是北高南低,经向环流发展。给出了前期500hPa高度场差异显著月的距平特征。华南冬季各异常冷月至其前期6个月海温距平分布有持续性的特征,1月及其前期1～6个月赤道东太平洋ssT星El Nino特征,2月和12月呈La Nina特征。     

β项和非线性平流对台风结构的作用

用二维Ｆｏｕｒｉｅｒ展开的解析方法和准地转正压模式数值试验的途径，在线性框架内分析了β项对台风结构的影响。指出相速不同和台风能量向外频散两者共同的作用使台风最大风速随时间合理地变化，而不是无限制地增长。非线性平流使台风涡旋衰减速率加快，因能量频散在台风中心以东方向形成的高值系统又使台风涡旋易于维持。     

三维湖陆风的数值模式试验

利用地形坐标建立了一个三维湖陆风的预报模式，其中对边界层及模式层顶高度采用预报方程求解，对边界层参数作了较仔细的考虑。计算表明，模式运行十分稳定，对复杂地形条件下的湖陆风扰动系统有着很好的描述能力。     

CAMS三维对流云催化模式的改进及个例模拟

该文对CAMS原有的三维对流云模式(2000版)进行了改进,引入雪晶的比水量和数浓度作为预报变量,加进与雪晶有关的11种微物理过程,从而使模式的微物理过程更加完善,使其能更好的模拟对流云降水过程.通过对1996年北京雹云个例模拟,发现模式模拟云的多单体结构、回波顶高、强中心位置与雷达观测比较一致,并能很好的解释地面雹块结构的形成原因.对改进前后的模式计算结果进行对比分析发现改进前后动力场变化不大,主要是微物理过程产生的影响,同时该文还对改进后的模式进行了AgI催化模拟试验.     

DESIGN OF A THREE-DIMENSIONAL GLOBAL ADIABATIC SPECTRAL PRIMITIVE EQUATION MODEL

A three-dimensional(3D)global adiabatic spectral primitive equation model has beendesigned.The main features are as follows.(1)Adoption of spherical harmonics and Tschebyscheff polynomials as the basis functions inthe horizontal and vertical respectively,but the unknowns in the spectral equations are two-dimensional;(2)Inclusion of the tropopause,which may vary with time and space;(3)Suggestion of a spectral method for representing the vertical structure of the atmosphereapplicable to the unsmoothed profile case;(4)In consideration of nonlinear vertical aliasing a technique is proposed to avoid it andnonlinear computational instability.Based on real data forecasts up to 48 hours have been performed.The results show that thestatistical verifications with the model are superior on the average to those with the T42L9 usedoperationally before 1995 at NMC of China at the same mean resolution.     

ANALYSIS OF THE EFFECT OF 3DVAR AND ENSRF DIRECT ASSIMILATION OF RADAR DATA ON THE FORECAST OF A HEAVY RAINFALL EVENT

The present study designs experiments on the direct assimilation of radial velocity and reflectivity data collected by an S-band Doppler weather radar (CINRAD WSR-98D) at the Hefei Station and the reanalysis data produced by the United States National Centers for Environmental Prediction using the Weather Research and Forecasting (WRF) model, the WRF model with a three-dimensional variational (3DVAR) data assimilation system and the WRF model with an ensemble square root filter (EnSRF) data assimilation system. In addition, the present study analyzes a Meiyu front heavy rainfall process that occurred in the Yangtze -Huaihe River Basin from July 4 to July 5, 2003, through numerical simulation. The results show the following. (1) The assimilation of the radar radial velocity data can increase the perturbations in the low-altitude atmosphere over the heavy rainfall region, enhance the convective activities and reduce excessive simulated precipitation. (2) The 3DVAR assimilation method significantly adjusts the horizontal wind field. The assimilation of the reflectivity data improves the microphysical quantities and dynamic fields in the model. In addition, the assimilation of the radial velocity and reflectivity data can better adjust the wind fields and improve the intensity and location of the simulated radar echo bands. (3) The EnSRF assimilation method can assimilate more small-scale wind field information into the model. The assimilation of the reflectivity data alone can relatively accurately forecast the rainfall centers. In addition, the assimilation of the radial velocity and reflectivity data can improve the location of the simulated radar echo bands. (4) The use of the 3DVAR and EnSRF assimilation methods to assimilate the radar radial velocity and reflectivity data can improve the forecast of precipitation, rain-band areal coverage and the center location and intensity of precipitation.     

复杂地形上三维局地环流的模拟研究

利用复杂地形上的三维雾模式研究了重庆市冬季局地环流的形成、演变过程及其主要特征。结果表明，重庆市冬季夜间四周山区有下坡冷空气向市中区汇集，中午前后逐渐向谷风环流转变。这种局地环流结构对重庆雾的生消起着重要作用。并就成雾、山脉、初始大气稳定度等因子对局地环流的影响进行了数值试验。     

一次特大暴雨过程三维和二维系统闪电特征对比分析

利用三维(ADTD-2C)和二维(ADTD)闪电定位系统资料, 对比分析了湖北省一次特大暴雨过程中两套系统闪电活动特征, 得出以下结论: (1)本次过程中地闪多于云闪, 二者均以负极性为主。(2)三维系统正地闪在地闪中的占比低于正云闪在云闪中的占比, 高于二维系统正地闪在地闪中的占比。(3)三维系统雷电流幅值集中分布在0~30 kA, 较二维系统(10~50 kA)更集中, 三维系统的雷电流累积概率较湖北省多年统计结果明显偏小, 二维系统的雷电流累积概率略高于统计值。(4)两套系统总地闪和负地闪活跃时段基本一致。(5)两套闪电定位系统地闪密集区基本一致, 且和云闪密集区基本重合, 闪电分布集中程度高, 主要分布在槽前正涡度平流区。三维系统地闪密度大于二维系统, 最大值分别为5.78 fl/(km2·d)和2.39 fl/(km2·d)。三维系统中正、负闪电交错分布, 二维系统中正、负地闪局部存在空间分离现象。(6)云闪密度大小与二维地闪相当、水平分布特征与三维地闪一致。垂直方向上, 云闪主要发生在10 km以下, 其中2~4 km云闪分布密集, 占总云闪的47.24%。      

一次热带海洋对流云微物理过程的数值模拟

为了理解微物理过程以及次生对流云对热带对流云团发展演变过程的影响,利用二维云分辨模式对2006年1月20日靠近澳大利亚西北部的印度尼西亚暖池附近的一次对流云降水过程进行数值模拟,分析了对流云发展演变不同阶段各种微物理过程的特征,尤其对次生对流的形成以及并合过程进行了深入分析.结果表明:本个例所研究的热带对流云团具有发展...     

DESIGN OF A THREE-DIMENSIONAL GLOBAL ADIABATIC SPECTRAL PRIMITIVE EQUATION MODEL*

A three-dimensional(3D) global adiabatic spectral primitive equation model has been designed.The main features are as follows.(1) Adoption of spherical harmonics and Tschebyscheff polynomials as the basis functions in the horizontal and vertical respectively,but the unknowns in the spectral equations are two-dimensional;(2) Inclusion of the tropopause,which may vary with time and space;(3) Suggestion of a spectral method for representing the vertical structure of the atmosphere applicable to the unsmoothed profile case;(4) In consideration of nonlinear vertical aliasing a technique is proposed to avoid it and nonlinear computational instability.Based on real data forecasts up to 48 hours have been performed.The results show that the statistical verifications with the model are superior on the average to those with the T42L9 used operationally before 1995 at NMC of China at the same mean resolution.