牛顿松弛方法的初值化与试验比较

本文采用一个有限区域数值预报模式，在平衡风和实测风初值的基础上引进和试验了牛顿松弛方法，并同单纯的平衡风初值及实测风初值作了比较，结果发现方法对初始场及总体预报结果均有明显改进。     

有限区域非线性正规波初值化方法实验与比较

本文以一个有限区域六层斜压原始方程模式为基础，实现了非线性正规波初值化方案，并做了２４小时积分预报实验，将非线性正规波初值化方案和平衡初值及实测风初值方案积分结果进行了比较。结果表明；非线性正规波初值化方案和对初始场个性较小，初值化后风压场配置合理；积分初期能迅速抑制重力波高频振荡，使模式计算稳定；２４小时形势预报较实测初值预报结果好得多，高层形势预报比平衡初值有改进，降水落区远比另外两种方案好。     

一种初始方程中应用实测风进行风场初值化的方法

本文提出一种利用实测风场、高度场、温度场和地面三小时气压变化资料,考虑风场和质量场之间基本满足准地转平衡关系,大气具有准无辐散性,但又保留一部分与地面气压变化相应散度的地转偏差,将以实测的等压面风场插到σ坐标的风场进行订正的初值化方法,并用一个单时资料进行初步试验.文中还对风场初值化问题进行了讨论.     

雷达-雨量计联合估测降水初值场形成方法探讨

在雷达-雨量计联合估测区域降水量中,参加校准的雷达初值场代表性好坏在很大程度上影响了最终的估测精度和雨量分布.作者从参加校准的雷达初值场的基本要求出发,分析了先前几种预处理方法的优缺点,提出一种新的资料预处理方法--时间权重平均法,并用1996～1997年的雷达和地面雨量站实测资料进行了分析.结果表明:该方法充分考虑了雷达和雨量计观测的时间一致性,能够在一定程度上改善雷达估测降水的初值场,提高了估测区域降水量的精度.     

数字滤波初值化方案的数值实验

本文以一个有限区域16层斜压原始方程模式为基础,对数字滤波初值化方案进行了数值试验,并与平衡初值及实测风初值等方案的积分结果进行了比较、结果表明：数字滤波初值化能有效地滤掉初始场中的高频重力波和小尺度扰动,使客观分析质量得到明显改进;该方法易于引入非绝热过程,能有效抑制积分初期的Spinup现象;形势预报和降水预报均较其它方案有所改进。     

初值形成方法对降水数值预报的影响

北欧有限区域模式ＨＩＲＬＡＭ被应用于中国的暴雨个例以探讨初值形成方法对有限区域模式定量降水数值预报的影响,对两种初值形成方案进行了对比,一种是由ＨＩＲＬＡＭ自己的数值同化系统提供初值,另一种是直接内插ＥＣＭＷＦ全球模式的相应分析场,与这两种方案对应的数值试验分别是控制试验（ＣＯＮＬ）和对比试验（ＣＯＭＰ）,将ＣＯＮＬ和ＣＯＭＰ的降水预报与观测值比较,结果表明：（１）当为ＣＯＭＰ提供初值的ＥＣＭＷＦ     

GRAPES业务全球集合控制预报初值的动力升尺度方法

以生成GRAPES全球集合预报业务系统的控制预报初值为目的,基于GRAPES全球模式,开展了控制预报初值生成方法研究,发展了高分辨率初值动力升尺度方法,并检验了不同方法的可行性。通过对比不同方法产生的初始场形态,证实了仅仅对高分辨率初始场进行二维水平插值存在不足,基于静力学方程对Exner气压变量进行三维插值至关重要。结果表明,动力升尺度方法利用静力平衡关系,对全场的温压场进行调整,使之协调平衡,可以改善二维水平插值方法导致的初始位势高度场和温度场的噪音问题,产生适用于GRAPES全球集合预报业务系统的控制预报初值。     

正压原始方程变分初值试验

本文利用地转风关系及运动方程作为动力约束条件,对初始风场及高度场进行了调整。在调整场与实测场均方差最小,总平均动能损失也最小的条件下选择了权重因子。还成功地进行了局部风场“嵌入”即所谓“窗户”区试验。对于变分约束对扰动的影响作了初步的探讨。最后还做了24小时预报并与地转初值预报进行了比较。     

一种数值模式初始场垂直插值方案的误差分析

本文对数值模式计算中的初始场进行了误差分析。采用了反复多次利用Lagrange插值和反插值的逐步订正方案,使得等压面上的原始资料插值到等σ面上后形成的初始场具有最小误差。结果表明,所采用的初值化方案收敛较快,形成的初始场精度较高。     

华南暖区暴雨预报的模式初始场质量敏感性分析北大核心

本文利用高分辨率中尺度数值预报模式WRF和两组再分析资料,在研究不同模式初值对华南暖区暴雨预报质量差异明显的基础上,利用合成初值方法进行了模式初值对暖区暴雨预报的敏感性数值试验研究,讨论了模式初始场关键物理量对暖区暴雨预报质量的影响,重点开展了模式初值湿度场质量对华南暖区暴雨降水预报的敏感性分析。结果表明:模式初始场质量的较小差异,可显著影响本次华南暖区暴雨预报的降水强度、降水落区以及降水发生时间等的质量。初始水汽场对暖区暴雨预报影响最大,也最为敏感,是准确预报对流单体的发生发展以及地面强降水的基础。风场和温度场对暖区暴雨预报的影响相对较小。对流层低层较强的风速辐合是本次暖区暴雨强对流单体触发、生成和加强发展以至产生暖区强降水的物理基础。     

On temperature initialization in primitive equation forecast models

Four procedures of specifying model initial temperature were described and tested in the present study. It was found that the use of observed temperatures along with a proper vertical interpolation scheme was not only acceptable, but produced less error than the use of temperatures derived from geopotential height through the hydrostatic equation did. Use of the difference form of the hydrostatic equation would produce unacceptable errors in the initial temperatures, unrealistic horizontal and vertical distribution of temperature, and these errors would influence the calculation of the pressure gradient force, resulting in substantial, artificial disturbances within the model domain.In addition, an approach to check the initial data was described. Taking advantage of the fact that the geostrophic wind in sigma coordinates should be nondivergent, geopotential height and temperature were used to calculate the pressure gradient force terms and an initial divergence of the geostrophic wind. This approach can he used for comparing different initialization schemes for identical input data.     

基于CFD的单个建筑物风场模拟参数选择

运用流体力学软件FloEFD对沽源单个建筑物周围的风场进行数值模拟。通过不断改变模型中计算参数的设置进行一系列模拟试验,对比模拟试验结果,并与观测资料进行比较,分析不同计算参数对模拟结果的影响,并获得适用于该模型的最佳参数。主要研究的计算参数包括计算域高度,初始网格等级,局部初始网格等级和不同平均风速剖面形式。结果表明:计算域高度从3倍建筑物高度开始,空腔区的长度、漩涡中心位置以及再发展区的边界位置基本保持稳定。随着初始网格等级的增加,空腔区的长度、再发展区的边界位置及计算时间逐渐增大。局部初始网格等级对模拟结果影响不显著。以两种不同平均风速剖面形式进行模拟,迎风漩涡长度不同,背风面影响不大。与观测资料比较显示,最优参数组合为:计算域高度为3倍建筑物高度,初始网格等级为4、局部初始网格等级为4、平均风速剖面形式为指数律。     

洪泽湖区风能资源的数值模拟与应用

利用WRF模式对洪泽湖地区风能资源状况进行数值模拟, 模拟结果风速季节变化的规律是春季最大, 夏季最小;沿湖风速大于陆地, 湖岸带附近风速梯度变化十分明显。风速垂直变化的规律是洪泽湖地区风速随着高度增加而有所增大, 当增加到一定高度时, 风速增幅减弱。并将模拟结果与实测数据进行对比分析, 证明模拟结果是可信的。模拟值在一定程度上可以表现出洪泽湖风能资源的特性, 模拟风速的日变化趋势与实测风速日变化趋势一致, 较好地体现了该时段内风速变化规律, 为洪泽湖地区风能资源开发利用提供科学依据。     

变化涡动沾性系数的Ekman动量近似模式风场结构

在边界层动力学中，涡动粘性系数是影响边界层风场结构的一个重要参数。本文利用边界层动力学中的Ekman动量近似理论，给出了涡动粘性系数随高度缓变条件下的Ekman动量近似边界层模式解，着重讨论了边界层的风场结构、水平散度、垂直涡度以及边界层顶部的垂直速度。结果分析表明：与常值涡动粘性系数情况相比，在边界层低层随高度增加的涡动粘性系数可以导致低层边界层风速随高度迅速增加，即风速垂直切变增加，同时风速矢与地转风之间的夹角减小。惯性项作用可以导致上述作用在气旋性区域减小、而在反气旋性区域增大。随高度增加的涡动粘性系数导致水平散度绝对值、垂直涡度绝对值以及边界层顶部的垂直速度绝对值在气旋性区域减小，而在反气性旋区域增大。涡动粘性系数与惯性之间的非线性相互作用是边界层动力学中重要过程。     

地形动力作用对华北暴雨和云系影响的数值研究

为了进一步研究地形对华北暴雨的影响,本文从云微物理学的角度出发,选取了2005年7月22～24日的一次华北暴雨过程为研究对象,利用中尺度数值模式ARPS,通过地形高度敏感性试验,详细讨论了地形高度变化对流场、云及降水微物理过程的影响.结果表明:地形高度变化对水平和垂直流场的大小和分布都有较大影响;地形高度增加有利于迎风坡附近水平风场辐合和垂直上升运动发展,这对云的垂直和水平发展影响都很大,尤其是对中高层云的发展影响最明显,并且能明显扩大地面降水的分布范围,地面最大降水量也有所增多.这主要是由于地形高度增加后能促进中高层云水的产生,尤其是零度层之上的过冷云水含量的增多,这大大促进了冰相粒子(雪和霰)的增多,从而使得以冷云过程为主的此次降水过程中,冰相粒子融化形成的雨水含量增多.虽然地形高度的增加会抑制云系发展前期的暖云过程,但对冷云过程有持续加强作用,而且不会明显改变云内降水的形成机制,冷云过程依然是降水的最大贡献项,总体上促进了云和降水的发展.     

华南一次强飑线过程的三维变分风场反演效果分析

利用三维变分方法对2014年3月30—31日华南一次强飑线过程进行风场反演,经与风廓线雷达探测结果、双多普勒天气雷达反演结果、原始径向速度数据等对比分析,得到如下结论：三维变分方法反演的中低层水平风场与风廓线雷达探测到的结果较为一致,且能很好地表现飑线过境时的风向切变;通过与双多普勒雷达风场反演结果对比发现,两种方法得到的风场空间分布十分相似,均能很好地表现2 km高度上系统内部强带状回波前缘的辐合线以及5 km高度上较弱的辐散;三维变分方法反演的水平风场与径向速度场有较好的一致性,2 km高度强回波带前缘阵风锋处的辐合线位置以及5 km和8 km高度上辐散区的位置均与径向速度场十分吻合;三维变分方法反演的垂直速度能较好地反映该飑线过程中气流的上升和下沉运动,平行于飑线方向的气流变化较小,而系统气流变化主要沿垂直于飑线的方向。三维变分方法反演的飑线系统的三维风场结构合理,反演结果可靠。     

台风麦莎的正压特征波动结构及其稳定性

利用中尺度WRF模式对2005年8月西北太平洋台风麦莎（Matsa）进行了精细的数值模拟。使用模式输出资料,对正压浅水方程组进行了数值差分计算,分析它在最大强度时刻的正压特征波动结构和稳定性。结果表明,台风麦莎内部包含有沿逆时针方向传播的重力惯性外波和涡旋Ross-by波,两种波动的结构和稳定性存在显著性差异。前者主要存在于台风外围,增长率随波长的减小而增加,台风外围的波动相速度为48．9～68．5m／s;后者主要位于距离台风中心200km内,表现为3波最不稳定,半径100km处相速度约为5m／s。此外,重力惯性外波的扰动风场与高度场基本相垂直,扰动散涡比值大于3倍,甚至达到10＾3倍,运动以辐合、辐散为主;涡旋Rossby波的扰动风场基本平行于高度场,扰动散涡比值为10＾-1～10＾-2,涡旋运动是其主要运动,与内螺旋雨带沿着切向圆周方向的传播具有密切关系。     

梅雨期间次天气尺度扰动的动能平衡

计算了梅雨期间产生暴雨的次天气尺度扰动的动能分布及其乎衡。结果表明:1)在动能计算中不能略去风的散度部分;2)暴雨期间,扰动向周围大气输送动能;3)旋转风的动能产生率为负值,散度风在对流层下层和上层产生动能,两者之和仍是消耗动能。这样,次网格尺度对流在动能平衡中起着重要的作用。即在条件性不稳定的大气中,发展起来的温对流是湿斜压大气中重要的一种过程。上述结果有助于了解扰动的机制和改进数值模式的设计。     

AREM初值敏感性试验及误差分析

本文基于区域暴雨数值预报模式AREM,对2008年7月四川地区的整月天气过程进行数值模拟试验,分别采用台站常规报文资料、T213预报场资料和以T213资料为背景场,融合常规报文资料3种初值,发现得到的模拟结果差异很大,其中以台站常规资料为初值模拟的降水最接近实况。和台站资料相比,T213预报场资料在四川盆地中西部中低层大气的湿度偏大,温度偏高,风场偏强,而位势高度偏低,直接导致了模拟的降水偏强。这些初值的差异随着积分时间逐渐变小,通过对比逐时降水发生发展过程,发现降水的差异与湿度的调整最为吻合,初值中各个量场对模拟结果都有一定的影响,其中水汽场的影响最为显著,位势高度场的影响最弱。通过比较不同时次初值的模拟结果还发现,0000UTC时刻大气系统相对稳定,故以此为初值模拟的降水比从1200UTC时刻开始模拟的降水更合理。模式模拟的前24h降水比后24h降水的效果更好,一方面说明临近预报的准确度更可靠,另一方面也反映积分前期模式对初值的响应相当敏感。      

Near-Surface Vertical Flux Divergence in the Stable Boundary Layer

Flow in the stable boundary layer is examined at four contrasting sites with greater upwind surface roughness. The surface heterogeneity is disorganized and in some cases weak as commonly occurs. With low wind speeds, the vertical divergence (or convergence) of the momentum and heat fluxes can be large near the surface in what is normally assumed to be the surface layer where such divergence is neglected. For the two most heterogeneous sites, a shallow “new” boundary layer is captured by the tower observations, analogous to an internal boundary layer but more complex. Above the new boundary layer, the magnitudes of the downward fluxes of heat and momentum increase with height in a transition layer, reach a maximum, and then decrease with height in an overlying regional boundary layer. Similar structure is observed at the site with rolling terrain where the shallow new boundary layer at the surface is identified as cold-air drainage generated by the local slope above which the flow undergoes transition to an overlying regional flow. Significant flux divergence near the surface is generated even over an ice floe for low wind speeds and in a shallow Ekman layer that forms during the polar night. For higher wind speeds, the magnitude of the downward fluxes decreases gradually with height at all levels as in a traditional boundary layer.