华南区域短期气候模式产品时间过滤方案及实例分析

用尺度分离方法分析了短期气候预测序列中所包含的各种尺度的过程,建立了不同尺度变化的过滤、提取方法;分析讨论了各种过滤序列所具有的气候意义和重要程度;用模拟实例分析了所提出和使用的尺度分离方法的有效性及模式的性能     

一种分离暴雨过程天气尺度和次天气尺度特征的方法

作者提出利用奇异谱主分量重建技术进行气象变量场尺度分离的新构想,并设计出尺度分离的具体实施方法.使用此方法对1998年7月下旬长江流域强暴雨过程的卫星观测亮温(TBB)场进行了试验性尺度分离.结果表明,该分离技术可以将这次暴雨过程天气尺度和次天气尺度系统的基本结构清晰地分离出来.在天气尺度场上,长江流域呈现出明显的切变线上连续性对流云系的特征.在次天气尺度场上,可以清楚地显现出偶极子系统的演变特征,其活动与暴雨过程有很好的对应.     

台风暴雨过程中不同尺度系统的相互作用

采用数值模拟和带通滤波相结合的方法,对一次台风暴雨过程中的大中尺度系统进行了分离;推导出一个包含大中尺度系统相互作用机制的涡度方程,对中尺度系统发生发展的主要影响因子和大中尺度系统之间的相互作用机制进行了定量诊断分析.结果表明:大中尺度系统之间的相互作用是中尺度系统发展增强、进而造成强降水的一种重要机制;当中尺度系统发展到一定阶段后,由中尺度涡度场、散度场和垂直速度场之间的相互配置所决定的散度项和扭曲项又会引起中尺度系统的减弱消散,这种中尺度系统发展演变的内在调节机制使得强降水在时间上也呈现出中尺度特征.     

梅寸涡旋与环境场动能的相互作用

选取１９９１年７月长江中下游地区一次梅雨涡旋暴雨过程，对实测资料用Ｂａｒｅｎｓ尺度分离方法经自适应技术处理后，应用动能相互作用方程组，计算得出发展阶段和成熟阶段涡旋区内对流层高、中、低各层次天气尺度和次天所尺度系统的动能源汇以及相互作用过程，尤其看到两种尺度流场和质量场之间相互作用制造的动能向两种尺度系统转换，故它是一个促使系统发生发展的能量学标志。     

暴雨中两种尺度系统间动能转换的分析

本文利用平滑滤波方法,分离次天气尺度与天气尺度系统。选取同一暴雨过程中两个时次,计算暴雨系统中这两个时次的天气尺度和次天气尺度系统间动能转换量。得出:200hpa以上,次天气尺度系统对天气尺度系统是一个动能源;200hpa以下则相反;整层积分结果是天气尺度系统提供动能给次天气尺度系统,与文献[1]中次天气尺度系统向天气尺度系统转换动能是不同。说明不同暴雨过程中,两种尺度系统间动能转换量((?)·(?))的正负,大小及分布可能是不同的。     

时间依赖的多尺度背景误差协方差研究I——构造

为了在资料同化中更好地应用多尺度同化技术,针对当前GRAPES多尺度3D-Var同化系统中背景误差协方差设置的缺陷,探讨如何引入随时间演变的多尺度信息的方法。首先,基于GRAPES模式集合预报系统,利用集合预报结果构造了新型的背景误差协方差,该新型协方差的标准差与相关关系能随着时间演变而发生变化,即具有时间依赖特征。然后,为了考虑背景误差协方差的多尺度特征,针对不同尺度背景场将该新型协方差进行不同程度的缩放,即假设不同尺度的背景误差单变量标准差与相关尺度以及多变量相关系数与原估计值之间存在一定的比例关系。通过选择不同的缩放系数,其对应的分析增量将产生不同量值与尺度的变化,即可对相应的分析场进行多尺度调整。      

暴雨中两种尺度之间位势转换的诊断分析

本文应用平滑滤波的方法分离天气尺度和次天气尺度系统。选取同一暴雨过程中的两个时次,计算暴雨系统中这两个时次的天气尺度和次天气尺度系统间的位势转换量。得出:在某一区域,同一暴雨过程中不同时次,不同层次,天气尺度和次天气尺度系统之间的位势转换是不同的;即使是同一时次,水平位势和垂直位势的作用也是不同的。整层积分的结果是天气尺度系统向次天气尺度系统转换位势;次天气尺度系统也可向天气尺度系统转换位势。最大转换层均发生在对流层顶200—100hPa上。     

地形对登陆台风麦莎(2005)影响的数值模拟研究

利用非静力平衡的中尺度模式MM5(V3)对2005年9号台风Matsa("麦莎")登陆后期的过程进行了48h模拟,应用低通滤波器分离模拟结果中的天气尺度和次天气尺度运动,并采用热带气旋动态坐标跟踪考察登陆过程中热带气旋的次天气尺度环流特征.通过研究地形对两种尺度间动能和涡度转换的影响,进一步证明了地形对热带气旋有着不可忽视的影响.结果表明,地形的存在有利于维持热带涡旋性强度,这种影响随气旋中心与地形间距离的缩小而逐渐增强,且强度的增强在对流层中高层表现得更为明显.去掉地形后对流层低层次天气尺度系统向热带气旋输送的动能减少,次天气尺度系统对热带气旋动能的消耗增大;当低层涡度转换项的垂直运动贡献为负时,去掉地形会加剧这种负贡献,即次天气尺度系统从热带气旋得到更多的正涡度;从整体上看,去掉地形后,热带气旋不仅没有从次天气尺度系统获得正涡度,反而将自身的正涡度向外输送.     

95.8暴雨过程中天气尺度和中尺度系统相互作用的数值模拟

本文依Ｂａｒｎｅｓ滤波原理，利用低通波场的连续性特征进行尺度分离，分析了暴雨过程中天气尺度系统和中尺度系统的作用，并用中尺度数值模式对该暴雨过程中天气尺度和中尺度系统的相互作用进行了数值模拟。     

“8.11”暴雨过程中天气尺度与次天气尺度系统的相互作用

采用改进的ｓｈｕｍａｎ－ｓｈａｐｉｒｏ方法,在对形势场、要素场进行尺度分离的基础上,对１９９９年８月１１～１２日发生在山东的一次区域性特大暴雨过程机制进行了诊断分析;计算了天气尺度与次天气尺度系统动能方程以及非线性动量相互作用各项;以分析强降水系统天气尺度和次天气尺度系统之间动能相互作用的主要动力过程,结果表明：在本次暴雨系统中,存在着天气尺度和次天气尺度系统间动勇相互作用,使暴雨系统得以维持,中     

北半球大气臭氧和气温的关系

本文根据北半球21个臭氧站1979年7月1—31日逐日日平均臭氧总量与日平均10—200hPa气温资料,分析了逐日臭氧变化与气温变化的相互联系和影响。结果发现,臭氧总量变化落后于50—200hPa层气温变化,超前于5—50hPa层气温变化。     

低层平流层高低压中心的分布特征

本应用德国自由柏林大学气象研究所的北半球平流层资料，分析了多年各月平均图上的高低压中心，然后统计在各纬带和在各区块上的频数，得到两个主要结果：（１）北半球低层平流高压中心在夏季经常出现于极圈，而低压中心在冬季也经常出现于极圈，连同大规模东西风风系的转换，两形成强烈的反相季变；（２）高压中心在冬季还经常出现于太平洋等地区。这说明地表海陆分布的热力不均匀，在紧贴着对流层低层的平流层里也有所反映。     

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。     

THE EFFECT OF THE LONG WAVE OVER THE NORTHERN HEMISPHERE ON TYPHOON TRACKS OVER THE NORTHWESTERN PACIFIC

The normal typhoon paths with 109 cases during the period from 1960 to 1979 have been analysed in this study.These paths are divided into 7 categories.The effect of the position and intensity of largescale wave on each category has been examined.It has been discovered,as a result,that this effect is rather evident.On the other hand,the teleconnection between different centers of anion does exist.A simple theoretical analysis indicates that the teleconnection is related to the propagation of wave energy.Thus,to predict comectly typhoon path,not only the steering flow of typhoon,but also,more significantly,the behavior of large-scale wave over the Northern Hemisphere must be taken into consideration.     

东海近海台风发生发展的动能收支

用2.5×2.5经纬距热带网格资料,对东海近海台风(以8211号台风为例)的动能收支进行了分析研究。初步结果表明,台风是一个强大的动能源,其发生发展不同阶段的动能平衡有着较大的差异,平均环流和涡动过程在台风的发生发展各不同阶段的作用不同。我们发现的主要事实有二,(一)在台风发展过程中,其中层有明显的动能制造过剩;(二)动能制造量的变化与台风未来的强度变化有关,具有一定的预报指示意义。      

斜压大气中基本气流与扰动的若干制约过程

将涡度方程及绝热方程分离变量,化成非线性常微分方程组,以Runge-Kutta法在电子计算机上进行数值积分。从所得的结果中看出:基本气流与扰动是相互制约的,基本气流的变化有准周期性,具有10—13天不等的周期,在各个循环中,基本气流增长及减弱的速率也很不一样。波数为6的扰动,变化周期为11—13天,振幅变化近于正弦曲线;波数为4的扰动,其振幅变化较复杂;波数为2的扰动,变化周期为3天。波数为6的扰动,上下层同时发展或同时阻尼,但波数为4及2的扰动,上下层的变化趋势刚好相反。 最后从所得的结果中看到:对于非线性方程,如果初值不同,那么解的平均周期也不同。     

热带海表温度和低层风场的年际变率及与ENSO循环的相关特征研究

采用 NCEP/NCAR的 1 979～ 1 998年逐月平均的海表温度及 1 0 0 0 h Pa风场资料 ,进行滤波和均方差计算 ,得到了热带太平洋、印度洋、大西洋海表温度 (SST)和风场的年际变化特征。用旋转主分量 (RPC)方法和投影法对热带三大洋海表温度距平 (SSTA)进行分析 ,得到了各大洋 SSTA演变的主要时空特征和相应的距平风场特征 ;并用相关分析研究热带三大洋与ENSO相关的特征 ,得到三大洋间的同期相关关系为 :印度洋 SSTA与赤道东太平洋 SSTA成正相关 ,而赤道东大西洋 SSTA与赤道东太平洋 SSTA成弱的负相关 ;赤道印度洋在落后于赤道东太平洋 3个月左右时正相关达到最大 ,赤道大西洋在超前于赤道东太平洋 6个月左右时负相关达到最大 ;热带印度洋和大西洋与 ENSO相关的分量对各自大洋海表温度年际变化的方差贡献数值相近 ,最大在 40 %以上 ,平均解释方差分别为 1 4%和 1 2 %。     

南海热带气旋数值预报模式与全球谱模式的嵌套试验

分析了各嵌套变量的作用和效果，发现采用部分变量嵌套就能取得一定效果，各变量的作用也不完全相同。这样，可以选取作用大，质量好，易处理的变量进行嵌套。并相应地提出了一个边界嵌套处理方案，应用于南海带热带气旋数值预报有限区模式（ＴＬ１０）与全球谐模式（Ｔ６３）的嵌套过程，通过数值预报试验，表明采用该嵌套处理方案能够取得良好的效果。     

湖南省近54年冬季降水分区及趋势分析

基于湖南省89个气象站点1960—2013年的冬季降水观测数据,应用旋转经验正交函数（REOF）和层次聚类法（HCA）对湖南省冬季降水进行分区,并在分区的基础上,运用离散小波变换结合Mann-Kendall（MK）和Sequential MK（SQMK）的方法,讨论湖南省各分区冬季降水的变化趋势,并识别影响各自变化趋势的主周期分量。结果表明:（1）REOF的前3个旋转空间模态揭示湖南省冬季降水存在3个主要的异常敏感区:湘南、湘西北及湘中;（2）湖南省冬季降水在空间上可划分为5个一致性子区域:湘西北区（DJF1）、湘西-湘北区（DJF2）、湘西南-湘中区（DJF3）、湘南丘陵区（DJF4）和湘南山地区（DJF5）,且每一子区域从西南向东北呈带状展布;（3）近54年来,5个子区的冬季降水均表现出增加趋势但各区存在差异,其中,湘西南-湘中区、湘南丘陵区和湘南山地区均呈显著的上升趋势;（4）D₁分量是影响湖南省不同区域冬季降水变化趋势的最占优的周期分量,揭示湖南省的冬季降水变化趋势存在准2年的主周期。      

北太平洋海温距平对6月长江中下游夏季风影响及其机制的分析

本文首先做了1956—1975年1—5月各月北太平洋海温距平特征向量场与6月长江中下游夏季风的交叉谱分析。结果表明,当不同月份的海温距平特征向量分布形式相似时,它们分别与夏季风的总体相关系数同号,且振荡周期也一致。相关分析还表明,北太平洋经向海温距平梯度造成的异常热成风影响,使西太平洋东西风带强度和副热带高压位置发生异常,从而导致长江中下游夏季风强度的异常。