正压模式中系梳移动速度简题的研究

本文应用考虑大气整层辐散作用的正压涡度方程,在快速电子计算机上对一个移动性系统的流型进行数值预报。结果发现系统移动速度偏慢,这种偏慢现象和正压模式所取的平均高度以及考虑控制超长波后退的方法有关。最后提出了一种经验的改进方案。     

数值天气预报的现状和2000年展望

一、我国现有水平、与国外先进水平的差距和解决的途径1.我国现有水平近年来,我国用五层北半球原始方程差分模式和正压准地转模式进行过短期预报和月预报的大量试验研究。在五层北半球原始方程差分模式中,考虑了地形、辐射、大尺度凝结、地表摩擦和水汽、感热交换等。它于1981年1月投入业务。其1982年24小时预报检验情况如表1所示。从天气形势来看西风带大尺度流型演变预报有参考价值,但系统移速偏慢,在中纬度,48小时预报要慢5个经度。但低纬度预报则一般较差。     

正压原始方程半隐式样条格式

本文把样条函数应用于半隐式正压原始方程模式,分析了这种格式的精度、线性稳定性条件,讨论了一种用三次样条函数求解Helmholtz方程的迭代法,并证明了迭代的收敛性。实例分析表明,半隐式样条格式计算稳定,预报场光滑完整,与一般差分格式相比,预报系统移速偏慢现象有较明显改进,用于台风路径预报,其结果有参考价值。     

数值预报产品应用中的问题分析

多年应用日本数值预报产品的实践表明，数预报的形势预报优于主观预报，但也有不足之处。首先是数值预报对天气系统移速的预报比实际偏慢，而波长越短，偏慢越多，这是因为数值预报由微分方程进行计算时采用差分格式造成的；其次，对青藏高原和太平洋对大气环流影响的考虑与实际情况存在偏差，５００ｈＰａ预报图上，亚洲大陆高度偏低，高原东北侧预告值和实况值偏低４０￣８０位势米，而太平洋洋面上预报值却偏高；此外，对有些天气     

正压模式中慢波的离散谱及其特征函数

本文对正压模式中慢波的离散谱及其特征函数作了数值计算。结果发现，在低速线性缓变切变基流的情形下，正压原始方程中慢波可有离散谱存在。本文还给出了在该基流下算得的谱点和特征函数，并与准地转模式的计算结果进行了比较。     

正压初始方程的交替格式数值解法

本文用线性理论分析和实例计算验证计算波移速偏慢问题,提出使用L.C—L格式交替使用方案,以改进预报系统移速偏慢。文中还应用偏微分方程的特征流型理论,分析边界条件的适当提法,小范围矩形区域预报实例表明,对边界值作特征锥处理,对边界误差向内部传播有一定程度的抑制作用。     

旋转二维可压缩流动的谱和特征函数——Ⅰ:谱点的分布

本文对旋转二维可压缩流(正压原始方程模式)中的谱和谱函数进行了分析和数值计算。这一部份主要讨论谱的分布,结果表明:在正压原始方程中存在三支谱系。当基流为稳定时,这三支谱系均是实的,其中两支为离散谱,分别对应于顺风和逆风传播的重力惯性波(快波),另一支则对应于Rossby波(慢波)。当基流无切变时,慢波由离散谱点组成,慢波相速以基流速度为聚点;且基流为零和科氏参数为常数时退化为无穷维重迭谱点,与聚点重合当基流有切变时,慢波由离散谱和连续谱组成,其中离散谱还可能不存在。当基流速度接近或超过C_0时,最靠近“慢波”的二个或几个原来的重力-惯性波转化为混合型波。当基流为不稳定时,则存在复数的谱点(此时该谱点必定是离散谱)。理论分析和数值计算都得到了广义正压不稳定、超高速不稳定和混合类型的不稳定,而广义正压不稳定属于慢波。我们将在本文的第二部分中讨论相应的谱函数。     

旋转二维可压缩流动的谱和特征函数 Ⅰ:谱点的分布

本文对旋转二维可压缩流(正压原始方程模式)中的谱和谱函数进行了分析和数值计算。这一部份主要讨论谱的分布,结果表明:在正压原始方程中存在三支谱系。当基流为稳定时,这三支谱系均是实的,其中两支为离散谱,分别对应于顺风和逆风传播的重力惯性波(快波),另一支则对应于Rossby波(慢波)。当基流无切变时,慢波由离散谱点组成,慢波相速以基流速度为聚点;且基流为零和科氏参数为常数时退化为无穷维重迭谱点,与聚点重合当基流有切变时,慢波由离散谱和连续谱组成,其中离散谱还可能不存在。当基流速度接近或超过C_0时,最靠近“慢波”的二个或几个原来的重力-惯性波转化为混合型波。当基流为不稳定时,则存在复数的谱点(此时该谱点必定是离散谱)。理论分析和数值计算都得到了广义正压不稳定、超高速不稳定和混合类型的不稳定,而广义正压不稳定属于慢波。我们将在本文的第二部分中讨论相应的谱函数。     

两层正压准平衡海洋模型的中纬度自由涡旋波动解

建立了具有瑞利摩擦且仅考虑大洋西海岸或同时考虑大洋东、西海岸的两层正压准平衡海洋模型,并做了解析求解,用以研究中纬度的自由涡旋波。得到的主要结论有:模型中该波动的解为波包。在仅考虑大洋西海岸时该波包的载频频率是连续谱;而同时考虑大洋东、西海岸时其为离散谱;且均有载频频率越高(周期越短)水平尺度越大的特点,对过分低频的波动,则会使准平衡的假定不再适用。模型中该波动波包载频的周期约在26天至24年。因考虑了摩擦,该波包的振幅随时间呈指数衰减,但摩擦系数的大小仅影响其衰减程度而不改变其空间结构,最终该波包振幅趋于0,故该两层正压海洋模型的解就趋于大气风场的强迫特解。模型中该波包的载频都是西传的;频率较高则西传较快,波包的特性和变形都很明显;频率低,则西传慢,其波形接近平面简谐波。在该两层正压模型中,该波动上层流场与正压模型中的流动类似,而下层海洋流动则其流速与上层海洋相同,而流向相反。该模型中该波动的性质是准平衡(准无辐散)的涡旋波,当摩擦不太大且其水平尺度在10km以上时,其性质则为准地转的Rossby波。     

对欧洲中期天气预报中心5—8月48、72小时500毫巴数值预报性能的检验

本文对欧洲中期天气预报中心1982年5—8月逐日48与72小时的500毫巴数值预报图进行了统计检验,检验范围为欧亚地区(0°—180°E),实况图系用中央气象台的手工分析图。除了求出各月平均误差分布图和标准差分布图以外,还着重对各类天气系统分别进行预报误差的讨论,得出对各类天气系统的预报能力、预报准确率和预报偏快、偏慢、偏强、偏弱的概率,这有助于预报员了解和使用欧洲中心的数值预报产品。     

对ECMWF 1985年5—9月500 hPa 48、72小时预报的检验

本文对ECMWF 1985年(以下简记为85,1982也作类似缩记)5-9月500 hPa 48、72小时预报误差进行了逐日的检验统计,检验范围为20-80°N,20-170°E,所有检验均使用ECMWF的客观分析实况场。本文着重讨论各类天气系统的预报误差,统计了各类天气系统的预报正确率及基本正确率、预报偏快和偏慢的频率、预报偏强和偏弱的频率,并与以前预报产品检验的结果进行了比较。此外,还对天气系统的预报误差进行了分区统计,以便利业务应用。     

用快速富立叶变换的涡度方程(球函数)谱模式

本文积分了球面函数展开的正压涡度方程。求变数的离散富氏变换用固定点数的FFT,节省了计算时间。 用分析初值所做试验结果表明谱方法是精确的和稳定的。用实际天气资料所做预报结果表明谱模式能报出主要天气系统的发展,但预报强度偏深。     

B模式48小时地面形势预报的初步检验

本文采用预报误差统计方法, 用1983年10月、1984年1、4、7月的资料, 对北京气象中心业务B模式48小时地面预报图进行检验。结果表明, 高、低压中心预报能力较一般, 预报准确率较低。低压强度预报偏强, 速度偏慢, 高压强度偏弱, 速度偏快和偏慢基本相同。与505地面48小时预报图比较,各项结果均较力接近, 低压预报B模式较优于505预报, 高压预报B模式稍差于505预报。     

北部湾热带风暴的气候特征及生成形势

通过对1951~2006年在北部湾区域内热带低压加强发展成为热带风暴的个例分析,其具有生命史短、强度弱、生成时段和区域集中,对广西南部的影响严重等特征。其发生发展与北部湾地理环境有密切关系,当其北侧的偏东风天气系统或南侧的西南风天气系统的其中一个加强或同时加强,造成北部湾海域正压不稳定,涡度局地变化为正时,将有利于热带低压强度加强发展成为热带风暴。     

北部湾热带风暴的气候特征及生成形势

通过对1951-2006年在北部湾区域内热带低压加强发展成为热带风暴的个例分析,其具有生命史短、强度弱、生成时段和区域集中,对广西南部的影响严重等特征。其发生发展与北部湾地理环境有密切关系,当其北侧的偏东风天气系统或南侧的西南风天气系统的其中一个加强或同时加强,造成北部湾海域正压不稳定,涡度局地变化为正时,将有利于热带低压强度加强发展成为热带风暴。     

T639数值产品对影响新疆主要系统的预报检验评估

使用T639L60模式2009—2010年1°×1°分辨率72 h预报时效内的高度场预报产品及ECMWF客观分析场,采用天气学检验方法,对新疆主要天气影响系统(西西伯利亚低槽、乌拉尔大槽、北方横槽和中亚低值系统)数值产品的预报能力进行检验。主要从影响系统生成时间、中心强度、槽线位置、移动速度4个方面进行检验。检验结果表明:T639模式对新疆影响系统具有较好的预报性能,尤其对48h内的预报能力非常高。但因影响系统和预报时效不同其预报能力也有较大差异,对越深厚的低槽系统,T639模式的预报效果越好;T639产品对西西伯利亚低槽和乌拉尔大槽出现时间预报偏早的较多,而北方横槽和中亚低值系统偏晚的多;对西西伯利亚低槽和中亚低值系统槽线位置预报偏快的较多,而乌拉尔大槽和北方横槽偏慢的多。     

2021年南海夏季风爆发偏迟原因分析

通常La Ni?a年南海夏季风爆发偏早,但是2021年La Ni?a背景下南海夏季风于5月第6候爆发,较常年偏迟。利用NCEP/NCAR再分析资料,从热带海温异常(SSTA)和季节内振荡(ISO)北传的角度来分析2021年南海夏季风爆发偏迟的原因。结果表明La Ni?a确实使春季的西太平洋副热带高压(以下简称西太副高)减弱,特别是4月之前;但是由于热带印度洋海温在冬春季持续偏暖的背景下抵消了La Ni?a的影响,特别是在5月,La Ni?a的影响小于热带印度洋的作用,导致5月西太副高偏强,南海夏季风爆发偏迟。此外,受La Ni?a影响,4月西太副高偏弱,南海地区背景正压南风偏弱,不利于南海地区赤道ISO的北传,这与气候态正好相反;随着热带印度洋SSTA的影响越来越显著,西太副高逐渐加强,直到5月下旬,背景正压经向南风才扩展到10°N以南地区,导致2021年南海地区赤道ISO北传偏迟,这也是2021年南海夏季风爆发偏迟的一个重要原因。热带印度洋和太平洋SSTA通过“竞争”共同对南海夏季风爆发产生影响,因此关注二者在冬春季的发展非常重要。     

T639、ECMWF细网格模式对2012年5～8月四川盆地降水预报的天气学检验

为了对比T639和ECMWF模式预报产品性能的优劣,提高预报员使用其产品的能力,针对2012年5~8月四川盆地降水天气过程,根据不同的影响天气系统,分别对T639和ECMWF细网格模式96h降水预报进行检验对比。结果表明:(1) EC模式对不同系统降水的预报效果都优于T639,预报指示意义大,且两家模式对高原涡和西南涡降水预报效果均优于模式对其它系统降水预报。(2) T639模式对主雨带强度和降水中心强度预报易偏弱,主雨带范围预报易偏小,漏报可能性大;EC模式对主雨带强度、降水中心强度预报也易偏弱,但主雨带范围预报易偏大。(3) T639和EC模式在预报主雨带落区、降水中心位置和实况不一致时,预报易偏西、偏南,雨带的移速偏慢。      

2009—2015年ECMWF热带气旋集合预报的检验及分析

本文从四个方面检验分析了ECMWF 2009—2015年西北太平洋热带气旋集合平均预报性能。结果表明：集合预报对路径的预测能力逐年提高,对强度预报整体偏弱。随着热带气旋强度增强,集合预报对移速和移向的预测能力提高,而移向预报偏左、移速预报偏慢、强度预测偏弱的现象较明显。将影响热带气旋的引导气流分为偏强、中等、偏弱三类,引导气流偏弱时热带气旋移动偏慢,因此移向预报的不确定性大;而引导气流偏强时热带气旋移向明确,只是移速预报不稳定。进入南海的三类路径热带气旋,集合预报对西行、西北行两类的移速、移向预报效果较好,而西行后北折的预报较差,在热带气旋北折前,移向预报发散度很大,向北转折后移向趋于稳定,移速预报的误差相对较大。这几种情形的检验结果,在热带气旋集合预报的业务应用中值得注意。     

1907号南海台风“韦帕”造成防城港大暴雨诊断分析

利用1°×1°NCEP再分析资料、卫星云图和雷达资料等,采用天气学诊断方法,分析1907号南海台风"韦帕"造成防城港大范围大暴雨的原因。结果表明:(1)"韦帕"引导气流弱、移动速度缓慢、强度减弱慢、中心登陆防城港是造成防城港大暴雨的主要原因;(2)"韦帕"对流云系长时间滞留防城港上空,是造成防城港大暴雨的直接原因;(3)台风过程降水为对流性降水,台风降水效率高导致防城港出现大范围大暴雨;(4)防城港上空一直位于925 hPa水汽辐合中心和850 hPa垂直上升运动中心或附近,有利于大量水汽集结抬升形成对流云系产生持续性强降水;(5)"韦帕"影响防城港期间大气对流非常不稳定,湿正压项(MPV1)分布对较强降水落区有指导意义,强降水主要出现在湿正压项负值中心附近;(6)"韦帕"环流后部在防城港上空有一条偏东南风急流带,这条急流带在十万大山山脉前被迫抬升形成对流,对防城港出现大暴雨有明显增幅作用。