甘肃气温与降水序列相关结构分析

一、引言气温与降永是最基本的气候要素。分析两要素时间序列在不同周期上的相互关系,是认识甘肃旱涝气候规律不可缺少的重要方面,有助于长期天气预报的制作和改进。气温与降水关系密切。降水的周期分析,过去已有了一系列的工作,气温周期也有过计算与分析。对于气温与降水序列间     

1644—1911年广东省旱涝多时间尺度变化特征及影响因子分析

建立清代1644—1911年广东的旱涝指数序列,采用滑动t检验、完备总体经验模态函数分析了清代广东旱涝的突变特征和多时间尺度周期性特征。结果表明,清代广东旱涝指数整体较平稳,呈现先明显增加后减少、后略微增加的趋势。旱涝指数序列具有多个跃变点,且有年际尺度4.2 a和7.8 a,年代际尺度11.6 a、15.2 a、36.5 a和70.1 a,世纪尺度130.3 a左右的周期。发现广东旱涝有多个周期与太阳黑子相对数序列及东亚季风指数序列周期接近,故用交叉小波分析发现广东旱涝指数序列与太阳黑子相对数序列在0~6 a、7~8 a和11~16 a等多个时间尺度具有强凝聚性共振周期,与东亚夏季风指数序列在4~8 a和25~45 a等多个时间尺度具有强凝聚性共振周期。      

基于均生函数的EOF迭代温度长期预报

本文用单站温度时间序列的均生函数周期延拓序列拓展预报因子,然后进行EOF迭代温度预报试验,并与主分量、逐步回归筛选方案建模法的预报结果进行比较,初步表明:这种预报方法充分地利用了要素序列与其优势周期的主要相关信息,它具有一定的预报能力。     

带有周期分量的多元逐步回归

从气候资料中提取隐含周期是时间序列分析的目的之一。目前常用的方法有:谐波分析、周期图、谱分析和最大熵谱分析。谐波分析和谱分析在处理短序列时,分辨率很低。最大熵谱的优点是分辨率高,它对于揭露气候资料的周期是一个好方法,但很难用于预报。根据方差分析原理有人提出了另一个提取周期的方法。假设气候资料 x(t)是由若干周期函数和一个白噪声迭加而成的序列:     

莱芜月降水量和平均气温的谱分析

对一个时间序列,从时间域上研究序列中的周期振动的方法是谐波分析。但是长度为N的序列的谐波分析只能得到谐波长度为N/k(k=1,2,……,N)的各个谐波分量。而实际序列存在的主要波动周期并不一定包括在上述的周期之内。也就是说,容易漏掉主要周期,而只是采用了一些次要的周期。这也是谐波分析的局限性。而谱分析则从整个序列的频率域上考察其周期振动,分析各频率的贡献如何,借以确定哪些是主要振动频率。从而分析整个序列的周期振动。     

墨西哥帽小波变换的影响域和计算方案新探讨

该文分析了Torrence等人研究的墨西哥帽 (Mexican Hat) 小波变换的影响域和高频失真问题并探讨了解决方案。平移点b处、小波尺度为a的墨西哥帽小波函数的有效定义域为[ b-2.12a, b+2.12a], 以墨西哥帽为母函数的小波变换的真正影响域是2.12a, 小波尺度a的最大值应为N/4.24(N为时间序列长度)。提出了充分利用小波函数速降性质和立方样条插值小波系数的新计算方案, 消除了该计算方案产生虚假的显著高频周期振荡问题。利用正弦函数型时间序列小波变换的解析式检验了文中提出的新计算方案的合理性。利用新计算方案对冬季Ni?o3.4指数进行分析, 冬季Ni?o3.4指数的平均整体小波功率谱表明, 存在约12年的年代际变化和准4年的年际变化, 不存在显著的准两年周期振荡。     

逐步回归周期分析

一、问题的提出 时间序列分析的内容之一是从序列中提取隐含周期。最早提出分析时间序列周期的方法是舒斯特(Schuster)周期图,这个方法是建立在谐波分析基础上的。1957年H.A.帕诺夫斯基(Panofsky)提出了用谱分析方法来揭露气象序列的周期性。实际上谱分析相当于一种经典的谐波分析,所不同的就是事先可以不必考虑序列的长度而任意选定分析的分辨率。但是功率谱方法在处     

太阳活动变化的小波分析

结合太阳活动变化分析,介绍了Morlet小波变换方法在气象时间序列周期分析和突变分析中的应用,对太阳黑子活动得出了一些有意义的结果。分析发现,太阳活动存在14.5 a和106 a的变化周期,其中14.5 a周期最为显著。太阳活动强弱变化存在一定的阶段性,在近258 a发生过6次突变。     

冀州市1955-2009年降水变化特征分析

利用1955--2009年月降水和年降水资料,采用墨西哥帽小波函数,对冀州55年来降水的季节变化和年际变化时间序列进行了小波分析,揭示了冀州降水变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点,并通过分析小波方差确定一个时间序列中存在的主要周期成分。结果表明：四季、年的降水距平呈现出不同的周期变化;夏季降水距平的信号震荡特征与年降水距平的信号震荡特征比较相似;各季节和年降水均存在8～12a左右时间尺度的周期特征;其次,4～6a左右时间尺度的周期特征也较明显。     

用动态时间序列周期分析预测模型作郑州汛期降水预报

动态时间序列周期分析预测模型是将多层递阶方法与逐步回归周期分析的基本原理相结合,可以有效地选取时间序列的各个隐含周期.利用所选取的隐含周期,可作更长时间的预测.本文以郑州汛期降水为样本,对该预测模型进行了应用及讨论.     

On the forward-in-time upstream advection scheme for non-uniform and time-dependent flow

Summary The classical forward-in-time upstream advection scheme for uniform flow field has been extended to include non-uniform and time-dependent advective flow. This generalised scheme is described in one dimension for an advective flow which varies both in time and in space. The classical upstream advection scheme is only first-order accurate both in time and in space if the advective flow is not uniform. Higherorder accuracy in both time and space, however, can be easily obtained in the generalised scheme.This generalised scheme with third-order accuracy is applied to the one-dimensional inviscid Burgers equation (socalled self-advection problem), two-dimensional steady flow, and to a time-split shallow water equation model. The results are compared with those obtained from the Takacs' (1985) scheme and from a standard third-order semi-Lagrangian scheme, and also with those obtained from the fourth-order Lax-Wendroff scheme of Crowley (1968) in the time-split shallow water equation model. It is shown that the generalised scheme performs as well as, but is more efficient than, the standard semi-Lagrangian scheme with same order. It is much more accurate than the Takacs' scheme which has large dissipation errors, especially for the flow with strong deformation. In contrast, the generalised scheme has very weak dissipation and has much better dispersion and shapeconserving properties. Although the fourth-order Lax-Wendroff scheme has higher accuracy and can give more accurate numerical solutions for uniform advective flow or solid rotational flow (Crowley, 1968), it is inferior to the generalised third-order scheme for non-uniform flow with strong deformation or large spatial gradients. This generalised scheme, therefore, has considerable application potential in different numerical models, especially for the models using time-split algorithms.With 8 Figures     

一种提高数值模式时间差分计算精度的新格式———回溯时间积分格式

为了使用以制作数值预报的微分方程中包含更多的信息量、以期提高预报准确度, 该文提出了一种基于记忆动力学的时间积分格式。以天气预报为实例, 计算表明, 平流方程的回溯时间积分格式所得的预报准确度大大高于传统的蛙跃差分格式。此方法在海洋、水文、环境、航空等应用平流方程计算的多种科学中亦是有效的。     

辐射参数化方案对一个海气耦合模式云和辐射模拟的影响

比较Morcrette辐射方案和Fu_Liou辐射方案对NCC/IAP T63海气耦合模式云和辐射模拟的影响, 结果表明:两种方案模拟的大气顶入射辐射存在明显的差异; 晴空大气Fu_Liou方案的短波吸收能力在全球普遍较Morcrette方案低; 在60°S~60°N之间, Fu_Liou方案模拟的行星反照率更接近于ERBE卫星观测; 在对大气顶净辐射的模拟上, 除了冬季的太平洋和大西洋东岸云量明显减少的部分地区外, Fu_Liou方案对大气顶净辐射的模拟总体上较Morcrette方案有了较为明显的改善; Fu_Liou方案模拟的海洋低层云显著减少, 而热带地区高云的模拟明显增加; 由于采用了“二元云量”算法, 尽管云量有所减少, Fu_Liou方案模拟的云短波吸收作用仍有所增强, 一定程度上改进了Morcrette方案云的短波吸收作用偏弱的现象。     

放电后电荷重置对雷暴云电荷结构及闪电行为的影响

为探究放电后电荷重置对雷暴云电过程的影响,在已有的三维雷暴云起、放电模式中分别加入两种不同的电荷重置方案:一种是植入法即放电后闪电通道上的感应电荷与原空间电荷叠加(简称ZR方案);另一种是中和法即放电后直接按一定比例降低闪电通道处的空间电荷浓度(简称ZH方案)。利用长春一次探空个例进行敏感性试验,发现放电后重置方式的不同会导致闪电特征存在明显差异:1)ZR方案下的云闪发生率比ZH方案下的云闪发生率少。闪电放电后ZR方案在云中植入异极性电荷,对雷暴云中电荷的中和量比ZH方案多,摧毁云中电场的能力更强;2)ZR方案下的正、负地闪发生率均比ZH方案多。相对于ZH方案,ZR方案中主正电荷区的分布范围大于主负电荷区,导致其出现了更多的正地闪;ZR方案中的云顶屏蔽层与主正电荷区的混合程度高,混合时间长,导致ZR方案在主正电荷区与主负电荷区之间触发了更多的负地闪;3)ZR方案下的闪电通道长度比ZH方案下的闪电通道长度短。ZR方案在云中植入异极性电荷,导致云中难以形成大范围同极性电荷堆,闪电通道传播局限在一对较小的异极性电荷堆内,而ZH方案不改变云中电荷分布,存在大范围同极性电荷堆,闪电通道传播范围较大。     

A Statistically-Based Low-Level Cloud Scheme and Its Tentative Application in a General Circulation Model

1. Introduction Clouds are active factors in the climate system, and have significant influences on the global hydrolog- ical and thermal budgets. More and more the climate model developers and researchers have realized the im- portance to appropriately describe the interactions be- tween cloud and radiation in the atmospheric general circulation model (AGCM). It is well known that cloud is one of the contributing factors to the uncertainties in the simulation of climate by AGCM. Especiall…     

Improvement of the semi-Lagrangian advection scheme in the GRAPES model: Theoretical analysis and idealized tests

ABSTRACT The Global/Regional Assimilation and PrEdiction System （GRAPES） is the newgeneration numerical weather predic- tion （NWP） system developed by the China Meteorological Administration. It is a fully compressible non-hydrostatical global/regional unified model that uses a traditional semi-Lagrangian advection scheme with cubic Lagrangian interpola tion （referred to as the SL_CL scheme）. The SL_CL scheme has been used in many operational NWP models, but there are still some deficiencies, such as the damping effects due to the interpolation and the relatively low accuracy. Based on Reich＇s semi-Lagrangian advection scheme （referred to as the R2007 scheme）, the Re_R2007 scheme that uses the low- and high-order B-spline function for interpolation at the departure point, is developed in this paper. One- and two-dimensional idealized tests in the rectangular coordinate system with uniform grid cells were conducted to compare the Re..R2007 scheme and the SL_CL scheme. The numerical results showed that： （1） the damping effects were remarkably reduced with the Re_R2007 scheme; and （2） the normalized errors of the Re_R2007 scheme were about 7.5 and 3 times smaller than those of the SL_CL scheme in one- and two-dimensional tests, respectively, indicating the higher accuracy of the Re..R2007 scheme. Furthermore, two solid-body rotation tests were conducted in the latitude-longitude spherical coordinate system with non uniform grid cells, which also verified the Re_R2007 scheme＇s advantages. Finally, in comparison with other global advection schemes, the Re_R2007 scheme was competitive in terms of accuracy and flow independence. An encouraging possibility for the application of the Re_R2007 scheme to the GRAPES model is provided.     

Comparison of seasonal and intraseasonal variation of tropical climate in NCAR CCM2 GCM with two different cumulus schemes

Summary The seasonal and intraseasonal variation of tropical climate in National Center for Atmospheric Research (NCAR) Community Climate Model Version 2 (CCM2) General Circulation Model (GCM) has been examined using two different cumulus parameterization schemes, the moist convective adjustment scheme of Manabe et al. (1965) and the mass-flux scheme of Hack (1994). Ten-year simulations have been undertaken with each of these schemes with SST prescribed according to the monthly mean climatology. The seasonal mean rainfall in the tropics simulated by the moist convective adjustment scheme (MCA) scheme was found to be more realistic than the mass-flux (Hack) scheme. The more realistic simulation by the MCA scheme was found to be on account of the fact that the mean moist static energy of the lower troposphere in the MCA scheme was closer to the observations than in the Hack scheme. In both the schemes, the precipitation in the tropics increases montonically with precipitable water vapour when the precipitable water vapour is above 40 mm. This is consistent with relationship between precipitation and precipitable water in the observations. The Hack scheme tends to simulate lower precipitation (for a given amount of precipitable water) when compared to observations. The MCA scheme simulates the eastward migration of convective systems along the equator quite well, although the speed of propagation is somewhat low. The poleward migration of convective systems in the Indian region is more realistically simulated by the MCA scheme than the Hack scheme. This is because the latitudinal gradient of the mean moist static energy in the MCA scheme is more realistic than in the Hack scheme. Over most of the tropics, simulation by the MCA scheme is more realistic on both seasonal and intraseasonal timescales. Received November 1, 2000 Revised June 20, 2001     

一个统计低云方案及其在大气环流模式中应用初探

文中利用湍流耗散特征时间尺度和湍流垂直扩散系数对湍流二阶距进行参数化 ,将一个统计云方案与一阶湍流闭合方案进行耦合。基于数值试验 ,在不同的相对湿度、温度垂直梯度、以及湍流耗散特征时间尺度条件下 ,对该方案云量模拟能力的分析 ,发现该统计云方案对其采用的参数及湍流耗散特征时间尺度敏感。基于该数值模拟分析 ,修改了该统计云方案 ,并结合其他边界层积云参数化方案 ,给出了一个基于统计的低云参数化方案。将其初步应用于NCARCCM 3后发现 :该方案可以显著增强CCM 3对副热带低云的模拟能力 ,可以合理地模拟出大洋东部大陆西岸冷海域低云量大值中心 ,显示出该方案对于改进大气环流模式低云参数化具有潜在的应用前景。     

完全非内插半拉格朗日格式在一维 Burgers方程及二维浅水波方程上的应用

在作者过去提出的完全非内插半拉格朗日格式的基础上,针对半拉格朗日格式由于内插带来预报场人为的光滑性问题,进一步发展了这种计算格式,证明了此格式的计算稳定性。为检验这种新的计算格式的性能,在一维和二维问题上进行了应用。在一维问题中采用了一维无粘Burgers方程（方程中有突变点）;二维问题采用了浅水波方程,同时将这些计算结果与Ritchie方案及欧拉方案或一般半拉格朗日内插方案的计算结果进行了比较,发现新格式消除了内插和预报场的人为光滑,并且计算精度有一定程度的提高,这为以后将此格式推广到全球谱模式打下了基础。     

雷达VAD风廓线资料质量控制研究

多普勒天气雷达VAD（Velocity Azimuth Display）风廓线资料可以提供高时间分辨率的高空风场信息。本文针对中国雷达VAD风廓线资料，设计发展了面向资料同化应用的NMIC（国家气象信息中心）质量控制方案，该方案改进了NCEP（国家环境预报中心）方案中存在的问题。利用2020年2—8月的L波段秒级探空风场资料，分别对比质量控制前、经过NCEP质量控制方案、以及经过NMIC质量控制方案的VAD风廓线资料，统计分析结果表明经过NMIC质量控制方案的VAD风廓线资料最接近观测，准确度最高，并且在各个高度上其偏差和均方根误差最小，充分说明了NMIC质量控制方案的有效性。相对背景场偏差分析表明，经过NMIC质量控制方案的VAD资料偏差和均方根误差最小，与背景场的偏差更接近高斯分布，更能满足资料同化的要求。本文的研究有助于推进VAD风廓线资料在数值预报科研和业务中的应用。