全隐式六层原始方程的数值试验

本文应用一个π面坐标六层全隐式原始方程非线性迭代求解模式进行了数值试验,取得了初步结果. 为了考验该模式的稳定性,设计了一种简单的理想场在该模式上进行计算,取得了五天稳定的结果.并且用实例计算,取得了48小时的预报结果.所预报的结果并不紊乱,并且能很好地反映实际天气形势演变过程. 由于本模式中所使用迭代法求解计算量太大,为了节省计算时间,将该模式恢复为平流格式,并应用分离解法求解.应用上述的理想场及实际场作试验,结果表明计算量可节省一半. 应用以上模式对不同实例进行计算,其结果说明无论是稳定的天气形势,或是发展的天气形势都能很好地预报出来.     

南京,上海地区对流及降水甚短期预报的统计方法研究

本文以我国国家气象局发布的B模式数值预报输出,上海气象局计算的物理量及南京单站气象观测资料作为基本的初选因子,用逐步判别法对5月至入梅前南京和上海的对流天气和降水预报建立了不同的预报方程,探讨了预报因子的不同组合,非线性因子的引入以及不同的判别方案对预报准确率的影响,并进行了业务预报试验。结果表明,考虑非线性因子影响并采用“两段筛选”的判别方法获得的预报方程其预报效果最佳。     

一种条件概率预报方法

本文提出一种计算较简便的非线性的概率预报方法——条件概率法。本方法在单站长期天气预报中使用了66次,结果相当于将预报量的观测资料分为五级时,其平均绝对误差接近于一级。     

通量和平流形式预报方程的数值预报试验

本文利用1982年5月8日和1979年6月28日两个实例,进行了四种方案的48小时数值预报试验,比较了它们的预报质量及彼此间的差异。四种方案是:经典通量、通量修正、经典平流和平流修正。试验表明,在有地形的数值预报模式中,采用平流形式的预报方程组比采用通量形式的为好,既可有较高的计算精度,又可节省计算时间。     

纬向平均环流预报的系统性误差及其改进

大量的月预报实例分析表明,纬向平均环流(本指高度场纬向平均分量)存在明显的系统性预报误差,且在总误差中占有可观的份额。国内外其它模式也存在类似的现象。为克服这一困难,本尝试了“结合”(hybrid)的途径。应用重构相空间理论和非线性时空序列预测方法,在大量历史资料的基础上,构造了月尺度逐侯纬向平均高度场(零波分量)距平场的非线性预报模型。然后,将非线性预报和谱模式动力预报结合起来,即将非线性预报结果转化为模式需要的颅报量,再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。初步试验结果表明,这种途样合效地减少了模式纬向环流的预报误差;特别是通过非线性波流相互作用,还改善了部分波动分量的预报。     

华东地区台风降水及影响降水因素的气候分析

分析了华东地区各类台风路径降水的气候概况和影响降水的因素，冷空气入侵、地形作用、水汽条件及影响时间的长短等都能影响台风的降水量。最后给出了两个可用于诊断预报台风降水的物理量，计算结果表明，热成散度预报正确与基本正确率为32/34。     

论最优预报因子与最优预报方程

本文根据预报量与预报因子关系的实际情况,提出了预报因子的四种类型,并且利用最优化方法原理选取最优的预报因子,同时还利用强迫引进重要因子的办法选取最优预报方程。从实例计算证明,最优预报因子基本上是非线性的,所以用逐步回归或逐步判别方法建立的预报方程也是非线性的,并且还证明,非线性预报方程比线性预报方程效果有明显的提高。本文最后还指出,此种非线性预报方法可推广到各个领域有关多元分析的定量和定性预报工作中去。     

云、辐射对中期数值预报影响的数值试验

在国家气象中心引进的EC-T42L9谱模式的基础上，用模式诊断云和模式水汽场（以下简称B方法）代替其中计算辐射时所用的纬向平均的气候云和气候水汽场（以下简称A方法），并减少垂直层以节省计算量，从而发展了一个T42L5谱模式。此外，在计算云和辐射时，还设计了方法C，调整云和辐射计算的“时空”分辩率。该文利用改进的T42L5谱模式，并以EC的1982年7月1日12时（UTC）的客观分析为初始场，进行了A、B、C三种方法的5天中期数值预报试验，较系统地研究了云和辐射在中期数值预报中的作用。数值试验的结果表明:（     

非线性综合集成──伏旱预报

预报成败固然与预报方法有关，然而因子的好坏是成败的关键。本文采用初选、精选相结合的两段筛选法从大量的可能因子中筛选出有效的预报因子，尽量将伪因子剔除。由于乌盟地形复杂，大青山东西向横贯于全盟中部，使前山后山存在着明显的气候差异。文章运用模糊聚类分析，客观合理地将全盟分成4片，较符合气候规律。天气变化是受诸多因子相互作用相互制约的结果。许多大气现象往往是非线性过程。然而非线性方程求解计算量大，不宜推广。本文采用简化非线性预报方程，同时又考虑了各种交叉乘积项的作用，又不需要解联立方程组，计算简便，适宜一般台站使用。     

陡峭地形有限区域数值预报模式设计

本文设计了一个考虑陡峭地形的E-网格有限区域数值预报模式。对如何减小由地形坡度带来的计算误差,我们从地形表示方式和差分格式构造两个方面给出了有效的处理方法。并用青藏高原的两个背风气旋实例对模式作了预报检验,同时比较了有、无地形的模拟结果。     

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     

大气横波型扰动连续谱的结构

采用数值方法计算了当基本气流有垂直线性切变、 层结参数为常值时横波型扰动的谱点和谱函数, 并将数值计算的结果与理论分析作了对照和讨论。当三支波动连续谱区相互不重叠时该计算结果与理论分析完全一致, 但当发生连续谱区重叠时则须采用谱函数重组的方法来得到连续谱的结构。重组的基本原则是在波谱重叠区对计算得到的谱函数作预处理后, 再对频率相邻的谱点和谱函数进行滑动平均, 并将该滑动平均后的结果作为重组后的谱点和谱函数。分析该重组后的谱函数可知, 此时扰动结构呈现涡旋－重力惯性混合波的形式, 出现了新波型。在连续谱三波重叠区域, 该混合波的谱函数在对流层中层有涡旋波的临界层并体现了涡旋波的性质, 在对流层的上、 下层则分别有顺、 逆传重力惯性波的临界层并体现了重力惯性波的性质。     

Evidence for zonally-trapped propagating waves in the eastern atlantic from satellite sea surface temperature observations

It has been hypothesized (Moore et al., 1978; O'Brien et al., 1978), that equatorial upwelling and subsequent coastal upwelling on the eastern boundary of the Atlantic Ocean are the result of eastward propagating equatorially trapped Kelvin waves in the Atlantic. Concurrent satellite and ship sea surface temperature observations taken during the GATE experiment permit validation of the satellite data as well as relating sea surface temperature (SST) variability to the local current dynamics. A method based on cross-correlations and cross-spectra of the SST field at various locations is utilized to test the Kelvin wave hypothesis. Significant periodic variation of time lags in the SST variability in the eastern Atlantic is observed by the spectral techniques. Satellite data for the 1974 summer show periodic variability which fits either eastward or westward propagating waves with 1 m s^-1 phase speed, i.e., SST supports the quasi-continuous presence of Kelvin or Yanai waves. We find no evidence for a seasonally solitary eastward propagating signal in the eastern Atlantic from SST.     

Limiters in Third-Generation Wind Wave Models

Third-generation ocean wave models include a so-called limiter in the integration of the source terms to guarantee numerical stability at economical numerical time steps. The original limiter has previously been associated with the sensitivity of model results to the numerical time step. More recent limiters appear to remove this sensitivity by eliminating the numerical convergence from the resulting integration scheme. This is contrary to rudimentary numerical principles as well as the underlying philosophy of third-generation wave models. The present study investigates the effects of limiters and large model time steps using time-limited wave growth test. It is shown that the conventional limiter results in stable model results even if the numerical time step violates the time scales of wave growth. Contrary to common belief, its impact is not necessarily limited to the equilibrium range of the spectrum, and the limiter systematically enhances growth rates in the intermediate stages of wave growth. Particularly initial growth errors increase significantly with increasing maximum discrete spectral frequency f max . Relaxation of the limiter is shown to reduce initial growth errors, but does so at the expense of notable errors in the spectral shape. In the present paper the limiter was relaxed by introducing a new asymmetric limiter that retains full convergence. Initial results obtained with this limiter are similar to those of the advocated nonconvergent limiters. Although this limiter still needs rigorous testing and further development, its initial results suggest that there is no justification for using nonconvergent limiters.     

非均匀海面温度异常分布对沃克环流影响的数值试验

本文采用七层初始方程谱模式，模拟在特定的海温异常的、不均匀的分布下对低纬大气环流的影响。本文研究得到如下结果:1. 积分七层初始方程谱模式可模拟出一个低纬沃克环流。2. 东太平洋出现异常暖海温时，积分96小时后产生一个对沃克环流的扰动。3. 扰动在东西向呈现上升与下沉运动相间的波列，并具有明显的西传现象。4. 东太平洋出现异常偏冷海温时，模拟结果与暖海温时类似，但扰动环流的垂直运动符号与其相反。5. 当东太平洋海温为正态分布时，仍然可以得到上述结果。     

IAP AGCM-4动力框架的积分方案及模式检验

以灵活性跳点格式和时间分解算法为重点, 介绍了IAP (中国科学院大气物理研究所) AGCM-4的动力框架, 并用R-H (Rossby-Haurwitz) 波和Held-Suarez方案对框架进行了检验。结果表明: 高纬灵活性跳点格式很好地保持了普通跳点格式的各种性质, 未产生计算紊乱现象, 可在一定程度上增大时间步长, 在未采用滤波处理时增大时间步长的效果更为显著; 时间分解算法, 即将平流过程与适应过程分开计算, 二者都采用3次非线性迭代积分方案, 在N=5和N=10 (N为平流过程时间步长与适应过程时间步长的比值) 的情况下, 可分别节省CPU时间10.7%和19.9%; R－H波检验表明, 在积分的前80天, 框架较好地保持了R－H 4波的波形, 总有效能量仅衰减0.1%, 从第80天开始, 风场波形开始变形和破碎, 对应的动能和总能量也开始急剧衰减, 至第365天, 总有效能量衰减约8%, 此时, 风场和高度场亦变得较平直。经分析, 第80天R－H波破碎的主要原因是平流项的计算误差使R－H波失稳, 而其后的高度场和风场的变平直是典型的旋转适应机制; Held－Suarez方案检验也证明该框架是可靠的。     

低纬度超长波的统计特征

本文用1951年1月—1980年12月、20°N、500hPa高度距平资料,对频率域内的超长波谱密度作了计算。结果表明超长波的功率谱在40个月周期附近出现极值,特别是波数1。为了对比超长波和长波间的不同特征,对纬向波k=5-8的谱密度也作了计算,纬向波数k=5-8的谱密度是属白噪音时间序列随机过程。      

Thermal plumes and turbulence spectra in the atmospheric boundary layer

Experimental observations on the temperature and wind fields above flat grassy terrain have been obtained with an instrumented 92-m tower during intervals of strong insolation about midday. The turbulence characteristics of the air confirm that free convection prevailed at heights between 16 and 48 m, with some tendency for departure at higher levels. The spectra of temperature and vertical velocity contain gaps at wave numbers in the range 0.01–0.025 m^–1. These are attributed to natural thermal plumes that act as sources of extra energy input to the Kolmogorov-Obukhov-Corrsin scheme of turbulence in or at the low-wave number limit of the inertial subrange. Modified forms of the K-O-C spectral laws for thermally unstable air are derived which agree with the observed spectra over the whole range of wave numbers examined, and which contain the spectral gap at wave numbers corresponding to the thermal plume diameters.     

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。     

Frequency and directional evaluation of the ocean data gathering program (ODGP) wave spectra at Hibernia

Abstract

The frequency and directional wave‐modelling capability of the Ocean Data Gathering Program (ODGP) deep water spectral wave model is assessed through comparison with WAVEC data gathered at Hibernia. Both qualitative and quantitative analyses indicate better agreement with observations during storms and with the wind‐driven component of the wave spectra. There is statistically poor modelling of the swell. A coherence analysis on derived wave vectors indicates that the ODGP model does not simulate geophysical variability with time‐scales less than about 30 h for overall spectral energy and less than 24 h for wave energy of frequency greater than 0.6 rad s^?1 (0.095 Hz). The signals associated with swell waves are incoherent at nearly all time‐scales.