数字滤波初值化方案的数值实验

本文以一个有限区域16层斜压原始方程模式为基础,对数字滤波初值化方案进行了数值试验,并与平衡初值及实测风初值等方案的积分结果进行了比较、结果表明：数字滤波初值化能有效地滤掉初始场中的高频重力波和小尺度扰动,使客观分析质量得到明显改进;该方法易于引入非绝热过程,能有效抑制积分初期的Spinup现象;形势预报和降水预报均较其它方案有所改进。     

非线性正规模初值化及其对资料同化和预报的影响

文章介绍了国家气象中心中期数值预报谱模式（T42L9）的非线性正规模初值化方案（NNMI）。讨论了该方案对资料同化和预报的影响。试验表明，应用前5个垂直模，经2次迭代能够得到一个对分析资料修正较小的平衡初始场。它成功地消除了预报中虚假的高频重力波振荡，对改进资料同化和模式预报起了重要作用。     

一个适用于五层北半球原始方程模式的初值化方案试验

本文给出了一个适用于五层北半球原始方程模式(简称B模式)的初值化方案。首先求出北半球混合坐标系中的线性化原始方程组的垂直模,然后将客观分析风场、位势场关于这些模展开,并对由此得到的线性浅水波方程进行具有阻尼高频快波、短波能力的变分迭代。数值试验的结果表明,本初值化方案改善了初值处理中常见的动能损失现象。个例分析还表明,24小时各层的形势场预报比B模式有所改进,基本上克服了B模式对闭合高低压、槽脊强度预报偏弱的缺陷,24小时降水量预报加大了,更接近实况。     

牛顿松弛方法的初值化与试验比较

本文采用一个有限区域数值预报模式，在平衡风和实测风初值的基础上引进和试验了牛顿松弛方法，并同单纯的平衡风初值及实测风初值作了比较，结果发现方法对初始场及总体预报结果均有明显改进。     

地形作用对月际长期数值预报效果的影响

利用改进的Ｔ４２Ｌ１０月长期数值预报谱模式，以１９９２年８月３１日国家气象中心日常客观分析资料为初始场，在模式中分别就考虑和不考虑地形两种情形对当所９月北半球环流形势进行了模拟预报，并对比分析研究了地形作用对月际长期数值预报效果的影响。改进的Ｔ４２Ｌ１０谱模式考虑了较完整的物理过程，同时具有以下特点：（１）非线性平衡方程初值化和σ面上模式初值精度的提高；（２）改进了模诊断云和模式水汽场方法；（３）     

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。     

用数字滤波方法进行数值模式的初始化

将数字滤波原理用于Ｔ４２Ｌ９全球谱模式的初始化。选取两个初值进行了实验。通过对模式短时间积分得到的时间序列进行滤波处理，有效地滤去了初始场中的高频重力波振荡，保留了其中有天气意义的扰动，同时对分析场的改变很小。５ｄ预报的结果说明，经过初始化后的预报较为平稳，场较为光滑。对比实验表明，绝热和非绝热初始化的效果很接近。这种方法简便有效，是一种实用的初值化方法     

谱模式T63L9正规模初值化方案及试验

推导了全球谱模式T63L9的正规模,对求得的垂直和水平正规模做了分析,与其他文献进行了比较.在此基础上,为其资料四维同化系统研制了一套合适的绝热非线性正规模初值化方案,并进行了一系列试验.分析表明:方案的研制是成功的,它有效地消除了模式早期积分中虚假的高频振荡,明显改进了短期预报的效果;初值化不仅对随后的一次预报有明显的改进,而且通过同化循环,提高了整个资料同化和预报的质量.     

不同业务预报初值形成方案的数值模拟比较

设计了一个适用于同步，双重嵌套模式的ｐ－面水平插值，双非线性正规模初值形成方案。把新方案与国家气象中心的台风路径数值预报准实时业务模式原预报初值形成方案进行了比较。所选台风个例的４８小时数值模拟结果表明，新的预报初值形成方案优于原方案。     

非线性平衡方程初值化方法及其在中期数值天气预报试验中的应用

本文给出了一种求解非线性平衡方程的新的有效的方法及有关的数值试验结果。和以往的求解方法相比，本方法的优点是:收敛速度快，不需要冗长的迭代计算，也不需要对初始高度场的某些记录作修改，并能节省大量的计算时间。文中利用北半球七层原始方程谱模式，使用了1982年的客观分析资料，进行中期数值天气预报试验。试验结果表明，用非线性平衡方程初值化方法制作中期数值预报比其他的如线性平衡方程初值化方程的更佳。后者因去掉了非线性项的作用，天气系统的强度预报结果偏弱且偏平滑。     

GRAPES全球模式静力平衡奇异向量改进及应用试验

采用线性化物理过程方案的GRAPES全球模式奇异向量在进行非线性模式积分时会有部分奇异向量出现崩溃问题,这说明奇异向量结构可能存在扰动变量之间不协调之处,需要对奇异向量扰动的计算方法优化,进而改进基于奇异向量的集合预报初值扰动,提高GRAPES全球集合预报效果。基于原有的GRAEPS全球奇异向量计算方法,在求解奇异向量时,对气压扰动的处理进行改进,将初始时刻的气压扰动分量通过位温扰动根据静力平衡关系导出获得,其他保持一致,发展了静力平衡奇异向量改进方法。基于有两个台风过程的个例（2019年8月8日12时（世界时））,分别采用原奇异向量方法和静力平衡奇异向量改进方法进行热带气旋目标区奇异向量的计算求解,并进行相应奇异向量的非线性模式积分,对比分析奇异向量非线性积分的稳定性。进而,对比分析奇异向量求解方法改进前、后热带气旋奇异向量的结构特征和初值扰动特征,开展了集合预报试验,评估改进后的奇异向量求解方法对GRAPES全球集合预报系统预报性能的影响。试验结果表明,静力平衡奇异向量改进方法通过产生协调的气压扰动和位温扰动场,解决了奇异向量非线性积分崩溃的问题,消除了原来不利于积分稳定性的气压扰动过于局地化的小尺度结构。静力平衡奇异向量改进方法对奇异向量中位温扰动分量和纬向风扰动分量结构影响较小,使得气压扰动分量的大值区位于台风附近,更好地描述热带气旋初值不确定性,与位温扰动分量的分布更加协调。采用静力平衡奇异向量改进方法,可以提高GRAPES全球集合预报在北半球和南半球等压面要素集合预报技巧和中国地区24 h累计降水概率预报技巧,增大台风路径集合离散度。      

中尺度多模式超级集合预报对2010年6月19—20日中国南方大暴雨过程的分析

运用BGM扰动方案,基于ARPS和WRF模式并采用不同的物理过程参数化方案建立了一个多模式、多初值、多物理过程的中尺度超级集合预报系统,并针对2010年6月19—20日的一次华南强降水过程进行分析。结果表明:该超级集合预报系统能很好模拟这次对初值及物理过程都非常敏感的强降水过程。相对于单一确定性预报而言,该超级集合预报能显著提高预报时效,能比控制预报提前24～36小时捕捉到强降水信息。并且该集合预报优于单一模式或者单一物理过程参数化的集合预报。对本次过程而言,集合平均对物理过程参数化方面带来的不确定性的改进比对模式不确定性方面的改进大得多。对于暴雨预报而言,低层的形势场对初值及物理过程的扰动比高层要敏感得多,这也是造成这次过程各个成员预报好坏的重要原因之一。      

长江中下游地区暴雨值预报试验

本文利用NCAR／PSU联合研制的中尺度天气数值模式MM5，对长江中下游地区在1996年6月下旬至7月中旬发生的暴雨过程，以国家气象中心业务运行的合球谱模式T63的分析场作为初值和侧边界条件，进行了一系列的数值预报试验，结果表明，该模式较好地预报了实况相近的降雨区的位置，但对暴雨的中心落点和强度，其预报结果与实测有一定程度的偏差，如何模式提前12小时开始积分，则可在一定程度上克服模式中凝结降水的施转加强问题，使预报的降水强度等有明显的改善。     

与非线性区域预测方法结合的月延伸预报试验II:对波动分量预报的改进

在文献 [1]的基础上 ,设计了将逐候纬向平均高度距平场非线性动力学区域预报和T42L9谱模式动力延伸预报结合的方案 ,即将非线性预报结果转化为模式的静力扣除谱系数 ,然后在模式积分过程中的每一步取代其相应部分 ,实施过程订正。多个例试验结果表明 ,这种途径在减少了模式纬向环流的预报误差的同时 ,还通过非线性波流相互作用 ,改善了部分波动分量的预报。另外部分个例的形势场预报也得到较明显的改善     

北半球七层原始方程谱模式（三）及其五天中期数值预报试验

北半球七层原始方程谱模式ff考虑了较完整的物理过程:（1）地形作用（采用了σ坐标系）和地面摩擦；（2）动量、热量，水汽的水平扩散过程和垂直扩散过程（其中包括了下垫面感热和水汽作用）；（3）水汽凝结潜热作用；（4）云和辐射作用；（5）积云对流过程等。上述模式采用了非线性平衡方程初值化方法。并利用逐日客观分析资料，制作5天中期数值预报试验。本文给出了1982年冬季和夏季的20个例子的五天数值预报验证结果和一个例子的中期数值预报图和对应的实况图。预报效果比较好。在数值预报试验中，虽然纬向波数只取15个波，但所取得的短期、中期的预报效果能和一些较高分辨率模式的预报效果相比较。     

与非线性区域预测方法结合的月延伸预报试验Ⅱ:对波动分量预报的改进

在文献[1]的基础上,设计了将逐候纬向平均高度距平场非线性动力学区域预报和T42L9谱模式动力延伸预报结合的方案,即将非线性预报结果转化为模式的静力扣除谱系数,然后在模式积分过程中的每一步取代其相应部分,实施过程订正.多个例试验结果表明,这种途径在减少了模式纬向环流的预报误差的同时,还通过非线性波流相互作用,改善了部分波动分量的预报.另外部分个例的形势场预报也得到较明显的改善.     

基于集合Kalman滤波数据同化的热带气旋路径集合预报研究

构建了一个基于集合Kalman滤波数据同化的热带气旋集合预报系统，通过积云参数化方案和边界层参数化方案的9个不同组合，采用MM5模式进行了不同时间的短时预报。对预报结果使用“镜像法”得到18个初始成员，为同化提供初始背景集合。将人造台风作为观测场，同化后的结果作为集合预报的初值，通过不同参数组合的MM5模式进行集合预报。对2003～2004年16个台风个例的分析表明，初始成员产生方法能够对热带气旋的要素场、中心强度和位置进行合理扰动。同化结果使台风强度得到加强，结构更接近实际。基于同化的集合路径预报结果要优于未同化的集合预报。使用“镜像法”增加集合成员提高了预报准确度，路径预报误差在48小时和72小时分别低于200 km和250 km。     

925hPa资料对高度场分析和预报的影响

通过连续１５天的平行业务数据预报试验，详细地分析了９２５ｈＰａ资料的应用对高度场分析和预报的影响。结果表明，９２５ｈＰａ资料的加入对印度洋西北部及马来西亚至菲律宾以南热带地区的分析影响较大，对其余地区影响较小。总的来说对形势场分析影响不很大，且对低层的影响大于中高层。同时，可以明显地减小从Ｐ面分析场到模式σ面的垂直插值误差。此外，对２４小时预报场的影响小于对初始场的影响，同时对模式积分的平稳性和预     

飞机积冰形势场数值模拟试验的参数化方案效果评估

利用WRF模式对飞机积冰时的形势场进行模拟,通过双线性插值法对模拟的要素进行降尺度处理,比较不同参数化方案时形势场的预报值和实况值之间的相关性,研究不同参数化方案对飞机积冰形势场的模拟能力。结果表明:不同参数化方案的选择影响模拟效果,当微物理过程方案采用WRF Single-Moment 3-class scheme及积云参数化方案采用Betts-Miller-Janjic scheme时,形势场预报值和实况值间相关系数最大,均方根误差最小,预报值与实况值之间变化趋势和特征最接近;且根据飞机积冰实测报告,利用假霜点温度经验法验证,此时积冰的预报效果和实际报告结果最相符。     

水汽场初值调整及其对华南降水预报贡献的研究

该文利用GMS多通道气象卫星资料推导得到的降水资料估算出的加热率, 作为非绝热的非线性正规模初始化过程中的非绝热强迫项, 进行风压场的初值调整, 再采用一个与模式中的对流参数化方案相反的逆运算方案, 进行水汽场的初值调整.以保证初始时刻按模式的物理参数化方案计算得到的加热率与由卫星推导的加热率一致. 这一方法在非绝热的非线性正规模初值化的框架中, 使初始时刻的水汽场得到调整.既实现了传统的初始化目标, 又提高了模式对降水的短时预报效果.对华南的两个个例的试验结果表明该文的方法是有效的.