预报方程差分格式的构造方法

本文用差分模拟绝对涡度守恒定律,构成正压涡度方程的两类差分格式:积分守恒型格式和相当于准拉格朗日型格式。前一类型格式的显式部分是条件稳定的,隐式部分是无条件稳定的。后者至为无条件稳定的显式格式,可以依据实际需要和可能,来放大无条件稳定格式的时间步长。 本文还根据格式的计算要求,讨论了“风”场的计算和平滑问题,以及差分方程的边、初条件(计算边、初条件)的给法。并通过理想场计算和实例预报,检验了几种显式格式的计算效果。     

正压原始方程模式采用准拉格朗日格式的预报试验

本文设计了一个时间积分采用准拉格朗日格式的台风路径预报的正压原始方程模式。模式采用海绵型开放边界,使边界附近的预报有所改进。采用海绵型边条件和准拉格朗日平流格式后,模式的计算稳定性较好。积分24小时,区域总能量和涡度拟能变化小于1%。在用实际观测资料所做的台风路径预报试验中,初始风场的散度是作为源项加到连续方程中的。对比试验结果表明:有实际源项的初始场的预报优于无源项和源项被人为改变了的初始场的预报,从而说明起始风场中包括非地转部分有利于改善台风路径预报。     

简化中尺度动力学方程及其在预报中的应用

本文根据尺度分析理论,将大气运动方程作一级近似简化,得到了形式较为简洁、便于业务应用的涡度方程、散度方程和动能方程。根据这些方程,可计算出涡度、散度、动能等物理量的局地变化,由此可定性地估计出这些物理量场未来的演变趋势,为强对流天气预报提供一些有用的信息。     

“7.21”暴雨过程动力因子分析和预报研究

针对2012年7月21~22日发生在我国华北地区的暴雨过程,利用美国全球预报系统资料对湿热力平流参数、对流涡度矢量的垂直分量、热力波作用密度、热力位涡波作用密度、热力位势散度波作用密度和湿斜压涡度等动力因子进行计算和诊断分析,结果表明,该暴雨过程是由高、低空急流、高空槽、副热带高压、冷锋和辐合切变线等多个天气系统共同作用造成的。降水区具有垂直上升运动强烈,垂直热量输送明显,湿等熵面向下伸展和水平风垂直切变显著等动、热力学特征。湿热力平流参数等动力因子综合反映了上述动、热力垂直结构特征,因而与6小时观测降水的发展移动有一定相关性。全球预报系统48小时预报的动力因子高值区在走向和落区上与6小时观测降水区比较接近,代表动力因子对降水落区有一定的指示意义。利用全球预报系统的预报场资料对动力因子暴雨预报方程进行计算,结果表明,在降水中心位置预报方面,动力因子降水预报比全球预报系统本身的降水预报更接近观测实况。ETS(Equitable Threat Score)评分计算表明,对于降水的早期预报,动力因子降水预报评分略高于全球预报系统本身的降水预报评分,说明动力因子暴雨预报方程有一定的降水预报能力,可以应用到实际天气业务预报中。     

暴雨系统中环境涡度场与散度场之间相互关系

观测事实和理论研究表明,暴雨系统的形成和发展与环境涡度和散度的分布和演变有十分密切的关系。因此用涡度方程和散度方程来诊断和分析流场结构比其它方程(如动量方程)更为直接,物理意义也更加清楚,这就吸引气象学者把它用于分析实践。如Matsumoto等用完全涡度方程和散度方程各项来诊断中尺度系统发展过程中对流活动的作用;Schaefer选取散度方程中与发展有关的项来诊断未来风暴的发生,发现其相关率可达90％以上。我国学者也研究过散度方程各项的大小以及某些重要项对暴雨形成的作用。鉴于涡度方程和散度方程在气象中常采用其近似关系式,故本文对方程各项进行     

ECMWF数值产品在热带气旋(TC)路径预报中的应用分析

将三次样条插值方法应用到欧洲中期天气预报中心(ECMWF)海平面气压场(MSLP)、850 hPa涡度场和风场,对2004—2008年西北太平洋(WNP)和南海(SCS)所有编号热带气旋(TC)进行路径预报。结果表明:基于850 hPa涡度场的TC预报效果好于气压场预报,而综合考虑850 hPa涡度场、风场和海平面气压场的预报效果最好,且有效预报次数更多。与中央气象台(CMO)主观定位及预报对比发现:ECMWF客观预报的0 h的TC平均路径误差为79.9 km,24 h平均客观预报误差大于中央气象台的主观误差,而48～96 h则小于中央气象台的主观误差;误差年际变化分析表明:主观预报水平进步缓慢,而客观预报水平进步明显。ECMWF客观预报效果优于中央气象台效果差的主观预报。     

用ECMWF数值预报产品预报台风路径

为提高台风预报效果,并使其客观定量,本文运用ECMWF数值预报(0 h(实况场)～168 h)产品,以涡度中心为基础,在气旋性涡旋的格区中,找准恰当的"扭角",用计算机图上作业程序确定台风位置,平均误差84 km,表明本方案有其优越之处.在预报过程中,对涡度中心的阈值和搜寻半径系数的选定,结合实际计算后的距离误差和可预报率作了些讨论.逐年运用效果统计表明,本文提出的方案有着良好的应用前景.     

关于积分大气涡度方程的图解法

最近十五、六年以来高空大范围温压场的数值预报有着很大的成就。这方面首先是И.А.Кибель的工作,他给出了对流顶以下,地球边界层以外的天气方程组,并且求出了第一、二两次近似形式的解。之后,J.G.Charney以类似的方法,但在很不同的边界条件下解出了涡度方程式,来预报高空大范围温压场(见参考文献)。实际的预报试验证明,这些方法的预报结果至少已经可以和气象业务机构的日常预报相比较,甚至还要更好一些。     

“7.21” 暴雨过程动力因子分析和预报研究

针对2012年7月21～22日发生在我国华北地区的暴雨过程,利用美国全球预报系统资料对湿热力平流参数、对流涡度矢量的垂直分量、热力波作用密度、热力位涡波作用密度、热力位势散度波作用密度和湿斜压涡度等动力因子进行计算和诊断分析,结果表明,该暴雨过程是由高、低空急流、高空槽、副热带高压、冷锋和辐合切变线等多个天气系统共同作用造成的。降水区具有垂直上升运动强烈,垂直热量输送明显,湿等熵面向下伸展和水平风垂直切变显著等动、热力学特征。湿热力平流参数等动力因子综合反映了上述动、热力垂直结构特征,因而与6小时观测降水的发展移动有一定相关性。全球预报系统48小时预报的动力因子高值区在走向和落区上与6小时观测降水区比较接近,代表动力因子对降水落区有一定的指示意义。利用全球预报系统的预报场资料对动力因子暴雨预报方程进行计算,结果表明,在降水中心位置预报方面,动力因子降水预报比全球预报系统本身的降水预报更接近观测实况。ETS（Equitable Threat Score）评分计算表明,对于降水的早期预报,动力因子降水预报评分略高于全球预报系统本身的降水预报评分,说明动力因子暴雨预报方程有一定的降水预报能力,可以应用到实际天气业务预报中。     

物理量计算(一)

为了帮助基层台站在日常业务中计算和应用一些物理量,下面对散度,涡度、垂直速变,水汽通量和水汽通量散度及其计算方法作些简单的介绍,並给出用TQ—16电子计算机汁算这些物理量的BCY语言程序,供同志们参考试用。一、散度和涡度的计算这里讲的度水是征散平风场的散度,涡度是指相对涡度的铅直分量。这是两个描写大气流场特的重物指表理量。散度场可以导致气压的局地变化,决定大气的铅直运动,又是绝对     

南海海域台风大风半径的求算方法

准确地掌握台风的大风半径对海上作业船只采取防台措施有重要意义。但在日常的台风预报服务中,因海上记录比较缺,要估计台风大风范围(如6级和8级大风半径)是十分困难的。本文采用海平面上水平涡度方程推导台风域内风速与距离的关系式,结合梯度风、旋转风公式计算南海海域台风大风半径的大小,在实际预报工作中有一定的使用价值。对于自由大气的大尺度运动,其水平运动方程可写成:     

在夏季降水定量预报中500hPa涡度数值预报值的释用

目前,数值预报产品在日常业务中已被广泛应用。数值预报产品的信息量很大,如进一步充分利用对于提高预报准确率会起到一定的积极作用。本文利用日本500百帕数值预报资料,通过选择正涡度中心“关键区”的方法,并结合本站地面资料,初步研制了盛夏7、8月份中雨以上(大于或等于10毫米)降水的定量预报方法,从中可以看出涡度因子在降水客观预报中的重要作用。     

《降水量计算与预报》

华东水利学院1976年8月刻印,吴和赓编写。讲义介绍了铅直速度场的计算,可降水量的确定、降水量计算和预报,以及其他有关问题的处理。在铅直速度场的计算中,介绍了用涡度方程和ω方程计算铅直速度的基本原理及对凝结潜热、感热、地形和地面摩     

高原低涡移出高原后持续活动的典型个例分析

利用1°×1°NCEP/NCAR再分析资料,选取500 hPa分别为西风槽、切变线和切变流场影响背景下、移出高原后维持48 h以上的3次典型高原低涡个例,分析了低涡维持期间500 hPa环境场、主要影响系统、涡度与温度平流、200 hPa形势场及垂直动力结构,并利用涡度方程对总涡源和各强迫项进行了诊断分析,结果表明:(1)西风槽影响时高原低涡移动路径受槽前西南气流引导,切变线影响时低涡沿切变线自西向东移动,切变流场影响时低涡移动主要受西太平洋副热带高压(下称西太副高)进退的影响,当西太副高出现明显西伸时,可导致低涡折向西退,3次个例均持续有正涡度平流和冷平流向涡区输送;(2)西风槽和切变线影响时南亚高压为东西带状分布,切变流场影响时南亚高压为北拱形;(3)高原低涡东移发展达到最强时,3次个例在200hPa均有低槽或低压叠加,从而形成深厚的正涡度柱;(4)500 hPa存在正涡度变率中心,低涡沿正涡度变率中心方向移动,高空槽和切变流场影响时正涡度变率主要来自水平输送项,切变线影响时主要来自辐合辐散项。     

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。     

应用测风资料形成原始方程初值的一个方法

本文给出一个应用实测风和位势场形成原始方程模式初值的方法,取质量散度垂直积分为零作为约束条件。调整实测风,消去初始风场中的重力外波。计算结果是稳定的,预报的场是光滑的。这个方法尤其适用于形成产生暴雨的次天气尺度系统的初值。     

一个与中长期预报有关的复合型方程的定解问题

本文研究了涡度方程(?)的始值问题,其中(?)方法是先用特征线法问题将化为积分方程,然后再对积分方程施行逐次迫近,从而证明了问题的适定性,并提供了求解的步骤.这方法可推广到更一般的方程.     

《数值天气预报》

G.J.霍尔蒂纳(Haltiner)著,1971年美国出版,为美国高等学校关于数值天气预报的一本教科书。内容包括:支配方程、大气波动的简单型式、尺度分析、涡度和能量的积分关系、数值方法、正压模式、斜压模式、多层模式、数值预报中包括的水分和     

2007年7月9—10日江淮大暴雨的水汽图像解译研究

为了充分发挥卫星水汽图像在区域性暴雨预报中的重要作用和发展相应的云图解译技术,采用风云2C(FY2C)卫星水汽图像与常规动力场和位涡场联合分析的方法,解译了2007年7月9-10日江淮大暴雨不同时段水汽图像的典型特征及其对应的物理涵义,探索了适用于我国区域性暴雨的云图解译技术.这一典型个例验证了卫星水汽图像与对流层中高层大气环流场和位涡场之间良好的对应关系,利用这些对应关系,总结和提炼了4个对预报江淮暴雨有指示意义的云图指标:风切变陡增引起的“干三角”结构、于冷空气大规模南下引起的大尺度“漏斗”状水汽结构、冷空气干侵入引起的斜压叶状云、新的急流核生成(气旋生)引起的白色狭长带状云线等.这些特征和指标具有明确的物理意义,对暴雨有良好的预示作用,并且较容易识别和应用.     

切变涡度和曲率涡度在正压大气中的相互轉化及其在天气預报中的应用

从日常正压数值預报中发現,在500毫巴图上即便初始场是盛行的平直西风,仍常有气压系統发展或新生等現象。这意味着气压系統和涡度系統的发展不是一回事.考虑前者的发展和曲率涡度的变化有密切的关系,作者推导了曲率涡度和切变涡度的預报方程.可以証明,这两个物理量不是保守的.在某些情况下即便不考虑地球自轉的作用,在气流汇合和散开的地区二者仍可能相互轉化。利用这些結果前面的問題可以得到合理的解释. 最后,为了便于在实际工作中应用,作者还給出了一些适用于天气預报的規則。