用变分法同化卫星云图资料的方案设计

自数值预报问世以来 ,在客观分析方法的研究过程中 ,经历了多项式法、逐步订正法、最优插值法。目前最优插值法仍是业务上用的最广泛的客观分析法。但采用统计方法 ,容易造成分析场的平滑 ,使得一些中尺度系统不能如实得到反映 ,从而影响了中尺度模式的预报。变分法最早是由 Sasaki.Y (1 958)引入客观分析 ,并对此作了理论研究 ,建立了基本框架。Gram.M (1 985)和 L.Kaplan对 GOES的 VISSRAtmospheric Sounder(VAS)探测资料进行了变分同化试验 ,指出对 VAS资料的同化改善了对流不稳定区和强度的预报。我国 1 980年以前 ,分析用的…     

初始场对MM5模拟黄淮气旋天气过程影响的数值试验

分别以NCEP和T213客观分析场作为MM5初始场,对3次黄淮气旋降水天气过程进行数值模拟,分析不同初始场的气旋移动路径、降水分布模拟结果,检验两种初始场对模式预报能力的影响。结果表明:MM5用两个初始场对36小时内黄淮气旋的移动路径和降水分布均有较高的预报能力,随着预报时效的增加预报能力下降,对气旋生成地点和路径明显转折的预报误差较大。用T213客观分析资料作为MM5初始场对气旋移动路径预报优于以NCEP客观分析资料为初始场,两个初始场对降水分布和量级的模拟结果基本相当,无明显差别。     

不同初始场资料对台风“桑美”数值模拟的影响

以2006年超强台风"桑美"为个例,分别以GFS(全球预报系统)再分析资料和JMA(日本气象厅)区域客观再分析资料为初始场,利用中尺度模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)对台风"桑美"进行高分辨率数值模拟,分析不同初始场资料对台风内部结构和移动路径的影响。结果表明:对于500hPa高度场和850hPa水汽、风场等预报,GFS再分析资料和JMA区域客观再分析资料均能较好地把握台风整体的流场形势。从700hPa风场、近地面风速、降水、雷达反射率、最小海平面气压和最大风速等模拟效果来看,JMA区域客观再分析资料均优于GFS再分析资料。对于台风路径的预报,前15h内JMA区域客观再分析资料较GFS再分析资料要好,而15h之后,以这两种资料作为初始场的台风预报路径与实况均有较大偏差。     

几种水汽场客观分析方法的对比试验

本文对比了统计插值法、订正法和网格块法等客观分析技术应用于水汽场分析的试验情况,认为统计插值法较为优越。又考查了三种方法的不同特点,设计了一种吸收各种方法优点、称为混合分析法的新方法,提高了分析的质量。     

用车贝雪夫多项式展开系数对短期降水场进行客观、定量描述和预报

本文针对江苏省6—7月12小时降水场,得到降维和客观、定量描述的数学模型,求出i个12小时时段的预报向量Y_i. 通过降水天气诊断分析,归纳出制约成云致雨过程的、有限区域内的物理量因子场;立足于场量的观点,用车贝雪夫多项式展开的办法,把上述因子场上彼此有内在联系的巨量数据信息浓缩加工成因子集合X.在环流客观、定量分类基础上,选用逐步回归模型建立Y_i和X之间的统计方程.经统计检验和试报检验。效果均较满意,进而设计短期降水场的客观、定量、自动或半自动化预报方案.     

东海热带气旋路径的统计释用综合预报模式

以往热带气旋路径的多种客观定量统计预报模式由于受当时预报信息条件限制,在构造预报模式时,引入的预报因子均为预报初始时刻或之前的热带气旋参数、环境场参数及导出因子.由于热带气旋是在气旋本身内力、地球自转及外部环境场作用力综合作用下进行移动,而这些因素在气旋移动过程中又发生相当大的变化.这些变化往往是复杂的非线性变化过程.应用初始时刻预报因子的统计预报方法由于不能处理大气变化的主要非线性性质,严重影响了其预报精度与技巧水平的提高.尤其是预报时效超过48小时后,缺乏大气动力学与热力学基础的统计预报模式的预报误差的积累往往使预报结果失去意义.此外在应用这些预报模式时,许多预报因子的取得依赖于人工读数,费时费力,难以纳入自动化预报系统.     

热带气旋路径客观预报的若干问题

对多时刻环境因子与热带气旋路径相关的统计分析表明，初始时刻环境场因子对热带气旋路径的预报能力随预报时效的增长而下降；未来时刻环境因子的预报能力高于初始时刻环境场因子；对于一定预报时效的热带气旋路径，具有较高预报能力环境场因子出现时刻大多不与预报时效同时刻；对于４８￣１２０小时的预报时效，初始时刻后４８－７２小时的环境场因子具有较高的预报能力。对ＮＷＰ产品进行统计释用的热带气旋路径预报模式优于用初如     

全球最优插值客观分析

主要叙述国家气象中心实时运行的全球资料同化系统中的客观分析方案，该方案采用最优插值统计方法，使用所有可以使用的各种类型有不同误差的观测资料和模式的６ｈ预报值，给出数值形式的全球分析值。在两年的业务运行中，为Ｔ４２中期数值预报谱模式提供了较好的初始场。     

基于人工神经网络的暴雨预报方法探讨

探讨了基于人工神经网络模型的暴雨预报方法。该方法仿预报员的暴雨预报思路，在动力模式的降水预报产品、环流形势场和暴雨落区之间通过人工神经网络建立非线性的统计预报模型，该模型的输入是动力模式的降水预报和初始环流形势场的扩展正交分解主成份分量，输出是预报区域的暴雨落区预报。2000年的汛期试验表明该客观预报方法可明显改进数值预报模式的暴雨落区预报，因此可望在业务预报中有较好的应用前景。     

MOMS 中尺度模式的多元最优插值客观分析方法

数值预报模式的预报结果与初始值关系较为密切。因此改善初始场的客观分析效果，是提高预报准确率的一个重要方面。该文针对MOMS中尺度模式的特点，研究设计了多元最优插值客观分析方法。采用T42模式预报结果作为初估值，在测站的选择、记录的订正、测站资料补缺等诸方面都考虑了中尺度模式的特点。该客观分析方案为中尺度数值天气预报及诊断分析提供了较好的初值，对提高中尺度模式的预报效果起到了较好的作用。     

积云团对大气层结影响的模拟研究

文中设计了一个二维完全弹性的积云团数值模式 .模式中考虑了水平均一和时间定常的大尺度抬升速度的影响 .大度抬升速度只对热力学方程和水汽守恒方程有影响 .积云团的启动方式采用冷池和随机扰动相结合的方法 .文中对一个给定温湿层结和大尺度抬升速度情况下 ,就不同扰动结构、水平环境切变、模式区域大小和冷池强度等进行了 1 1个模拟试验 .结果表明 ,在不同扰动结构、是否有水平环境风切变、模式区域不同以及不同云型谱时 ,给定温湿层结和大尺度抬升速度下的积云团活动使得温湿层结向着同一温湿层结调整 .这说明大气由于积云团活动达到准平衡状态 ,这个准平衡状态主要依赖于初始温湿层结和大尺度抬升速度 .这与 Betts积云参数化方案的假设相一致 .     

南海热带气旋路径集合预报试验

利用3种不同模式的初始资料，通过它们生成得到16个不同的初始场，分别对2004年南海及其周边地区9个热带气旋个例进行集合预报试验，最后筛选得到了7个南海热带气旋初值集合成员，由此初步探讨了南海热带气旋初值集合成员的生成方法。结果表明，采用不同模式的初始资料生成得到初值集合成员的方法用于集合预报，对南海热带气旋路径预报有一些明显的改进。     

A COMPARATIVE STUDY OF THE HEATING EFFECTS OF THE TIBETAN PLATEAU AND THE WESTERN PACIFIC

A zonal domain primitive equation modeling system(ZDMS)is used to study the effects of theinitial heating anomalies over the Tibetan Plateau and the western Pacific on the East Asian and theChinese summer climate,the relative importance and the mechanisms are discussed.Results showthat in spite of the different locations of the heating anomalies the influences of the two anomalyareas are much similar to each other when the scaling of the two areas is the same.The two areasof heating anomalies have their own affecting domains in which one is more important than the oth-er.In the western Pacific the heating anomaly over the western Pacific is more evident and in theTibetan Plateau area the heating anomaly over the Tibetan Plateau is more obvious.For the eastpart of China the effects of the two heating anomalies both exist and almost have the equal impor-tance.The initial anomaly of the sea surface temperature(SST)over the western Pacific can bekept during the entire time integration while in the Tibetan Plateau it can not be maintained.     

A COMPARATIVE STUDY OF THE HEATING EFFECTS OF THE TIBETAN PLATEAU AND THE WESTERN PACIFIC*

A zonal domain primitive equation modeling system(ZDMS) is used to study the effects of the initial heating anomalies over the Tibetan Plateau and the western Pacific on the East Asian and the Chinese summer climate,the relative importance and the mechanisms are discussed.Results show that in spite of the different locations of the heating anomalies the influences of the two anomalyareas are much similar to each other when the scaling of the two areas is the same.The two areas of heating anomalies have their own affecting domains in which one is more important than the other.In the western Pacific the heating anomaly over the western Pacific is more evident and in the Tibetan Plateau area the heating anomaly over the Tibetan Plateau is more obvious.For the east part of China the effects of the two heating anomalies both exist and almost have the equal importance.The initial anomaly of the sea surface temperature(SST) over the western Pacific can be kept during the entire time integration while in the Tibetan Plateau it can not be maintained.     

初始扰动对冰雹云发展影响的数值研究

在水平均一的初始场中触发对流的发生可采用热力扰动和强迫抬升两种方法,但扰动的方式、强度和范围的不同对模拟的对流云的发展有着重要的影响。本文利用一次冰雹云发展前期的实测探空资料,对热力扰动的强度、范围进行了数值试验,结果表明：在同样的层结条件下,随着扰动强度、厚度的增加,所模拟的冰雹云的强度也增加,且以湿热泡扰动触发的冰雹云最强,其次是湿泡,而热泡扰动最弱。但无论以何种方式启动,只要模拟的冰雹云的云顶高度相当,云体的宏微观特征差异就不大。     

初值水汽场对华南春季一次强飑线触发和维持影响的数值试验

在对观测资料分析的基础上,采用WRF模式探讨初始场水汽分布对华南2014年3月30—31日产生雷暴大风、强降水的飑线过程触发和维持的影响。研究基于ERA-interim和NCEP-FNL再分析资料在华南地区水汽分布的差异性,设计了四组将两类资料水汽按比例融合作为初始场的数值试验,水汽场从NCEP-FNL越靠近ERA-interim水汽,模拟的飑线演变越趋近实况,试验结果表明更准确的水汽初始场有利于提高飑线等强对流系统的预报准确率。在对流初生阶段,区域内水汽含量增多,最大有效位能增大,对流越容易触发;对流发展中后期,充沛的水汽有利于飑线组织形态和强度的维持。      

BDA方案在台风路径预报中的应用

利用PSU／NCAR中尺度非静力有限区域MM5及其伴随模式，以T106分析资料为背景场，设计两种台风Bogus方案对台风的初始场进行优化，并进行了数值模拟试验。对9608号台风个例的数值模拟试验研究表明，经过优化的台风初始场较好地改进了由于海洋上资料缺乏所造成的台风中心位置不准、台风环流偏弱和台风内部结构不完整等问题，提高了台风路径预报的准确率。通过试验对比发现，BDA方案优化的初始场更合理，其台风路径预报效果优于GFDL方案。     

山地上冰雹云的数值试验研究

建立了一个适用于复杂地形的冰雹云模式。模式是二维、弹性、非静力、采用地形跟随价值、包含双变参数冰相微物理过程参数化。使用实测的初值条件和环境场进行试验。对理论对称型山地的不同初始位温扰动作模拟。结果表明,当初始位温扰动在迎风坡和山顶时冰雹云发展较弱,而当初始位温扰动在背风坡和平原时冰雹云发展较强。当初始位温扰动在背风坡时冰雹云的降雹量约为当初始位温扰动在迎风坡时冰雹云降雹量的６倍。山地上冰雹云的发     

最敏感扰动的演变与夏季乌拉尔地区的持续性异常环流

通过数值实验对初始扰动不稳定发展建立异常环流型的过程进行了分析。选择了东亚夏季风异常的１９９１年和１９８５年两个典型年份的平均环流作为基流,以共轭敏感性分析得到的最敏感扰动作为初始扰动,分析其在不同的环流背景下的发展情况。结果说明,１９９１年欧亚地区的基流不稳定性较强,且初始扰动结构有利扰动发展,因而通过能量频散在乌拉尔地区激发扰动并强烈发展,建立起阻塞形势。而１９８５年的扰动在乌拉尔地区形成正涡度距平,不利于阻高的建立。从而导致１９９１年和１９８５年夏季乌拉尔地区几乎相反的异常环流。一系列对比实验说明,异常环流型的建立,不仅依靠能量的频散,更依靠扰动通过正压不稳定过程从基流吸收能量而发展。它既有赖于基流自身的不稳定,又取决于初始扰动的结构以及相对于基流的位置。基流选择了具有特定结构的初始扰动型,只要在有利位置上给予扰动,就能够激发出扰动波列,建立强的持续异常环流型。不论初始波列的位相在一定范围内如何改变,扰动总是倾向于在基流的特定不稳定区域发展。     

局地积云降水过程对云结构的影响

本文考虑了降水过程中水滴对空气的拖带作用和降温作用,并考虑到含水量变化时,由于水滴对空气拖带力的变化,而对垂直运动产生的反馈影响,导出了局地积云的运动方程、热力方程和含水量方程,并由此研究在降水过程中云中空气垂直运动、云内外温差和含水量结构的变化。计算结果指出,局地积云在降水过程的影响下,云中空气的垂直运动、云内外温差和含水量都要明显变小,并且很快地由下向上逐渐出现下沉运动,云也由下向上逐渐消散。计算结果与实际观测现象是基本相似的。本文共做了五个不同条件的个例数值计算,并由此分析比较了不同降水强度、不同稳定度、不同云中初始条件和不同云外环境所起的不同作用。