台风Bogus资料的四维变分同化试验

给出人造台风(即Bogus)资料同化方案,并用于生成台风的初始结构,同时用9608号台风进行了测试,资料同化和预报均采用第5代中尺度模式系统(The Fifth-Generation NCAR/Penn State Mesoscale Model,简称MM5),结果发现该方案能产生成熟台风的许多结构特征,对9608号台风的预报也有明显改进.模式的初始场更适合于预报模式,能有效抑制积分初期的旋转加强(即Spinup)现象;强度预报和路径预报都得到改善,Bogus资料同化方案的各时次路径预报误差均比Bogus资料直接嵌入方案的误差要小.     

基于多源数据的台风风暴潮概率预报研究:台风集合的构建

建立了一套用于台风风暴潮集合预报的台风集合构建方案。首先基于中国中央气象台、中国香港天文台、中国台湾中央气象局、美国联合台风预警中心、日本气象厅和韩国气象台6家预报中心的预报数据,构建一个误差更小的24 h、48 h和72 h预报时效的台风分析数据;然后基于分析数据构建9个路径样本(1条分析路径+2个概率圆上的8条概率路径)和3个台风最大风速(概率偏弱、居中和偏强)样本,形成27个台风样本集合,并根据分析风场的误差分布合理确定不同台风样本的发生概率。通过对台风"利奇马"的应用,证实该集合方案可以覆盖大部分可能的情景,集合样本具有较强的代表性,可用于台风风暴潮的集合预报。     

基于MCT耦合器的WRF-POM区域海气耦合模式构建及应用

为研究区域海气耦合模式在中尺度海气相互过程中的应用,利用MPI(ModelCouplingToolkit)并行通信技术,构建了基于MCT耦合器的WRF-POM并行区域海气耦合模式,并利用该模式对台风"凤凰"进行了一系列的数值模拟试验。试验结果表明:该耦合模式可以实现稳定高效的并行计算,并较好地再现了台风"凤凰"的活动过程;相对单一的大气模式,耦合模式可以更加准确地模拟出台风"凤凰"的路径和强度,其中不使用"Bogus方案"的耦合试验模拟效果最好,其路径平均绝对误差相对控制试验和使用"Bogus方案"耦合试验分别减小了20.1%和72.5%,强度的平均均方根误差则分别减小了41.4%和17.9%;耦合模式还能较好地再现表层海洋对大气的响应特征:台风大风使得表层流速显著增大,强烈的"抽吸夹卷"效应使得低层较冷海水上翻,海表温度降低,混合层深度增加。     

台风"卡努"的数值模拟试验

台风“卡努”(Khanun,200515)是近年来登陆台风中给沿途造成重大灾害的台风之一。本文以第五代中尺度气象模式(MM5V3)为基础,采用三重嵌套的高分辨率网格设置,分别用四种初始化方案,对台风“卡努”进行了数值模拟试验,分析和探讨了模式的初始化对预报效果的影响。结果表明,MM5模式对台风的模拟预报具有一定的能力,按照常规的方法利用Bogus人造台风涡旋对初始场进行调整以及加入常规观测资料,路径和强度的预报效果都有明显的改进;再加入Quikscat卫星海面风非常规资料,能够减小台风路径预报逐小时预报误差,台风的强度预报也有所改善。     

一种非对称台风Bogus方法的数值模拟应用

前人研究中BDA方法采用的轴对称Bogus台风不能反映个别台风具体特征,也弃掉了背景场的合理成分,有必要改用更精细的非对称台风Bogus模型对BDA方案做出改进。因此,提出一种充分融合分析场信息和实际观测信息并考虑副高影响的非对称台风Bogus方法,针对0613、0704台风个例,通过4DVAR技术,利用MM5模式及其伴随模式对此Bogus资料进行BDA同化试验和模拟预报,数值结果表明:BDA方法同化非对称台风Bogus模型,其路径预报效果优于同化轴对称台风模型,同化两种Bogus资料都使台风强度模拟效果得到极大改善,但改善程度相当,故台风的非对称结构及副高等外围环境场及背景场弱台风中合理信息对台风的准确模拟起到关键作用,同时,Bogus资料同化方法用于远洋上的台风时,需注意台风模型与副高的配置关系。     

WRF Hybrid方法同化HY-2A散射计风资料在台风“菲特”预报中的应用

选取台风"菲特"(Fitow,201323)临近登陆过程为试验个例,在WRF模式基础上,采用4种不同的初始化方案,对台风"菲特"进行了72 h预报试验,并分析了模式的初始化对预报效果的影响。试验结果表明,对于台风路径的预报,使用集合平均作为初始场进行预报,预报结果相对直接使用GFS资料作为初始场进行预报的结果有明显改善,使用3DVAR同化方法,将HY-2A卫星散射计风场资料同化到集合平均的初始场中,台风路径预报进一步有所改善,而使用Hybrid同化方法将HY-2A卫星散射计风场资料同化到集合平均的初始场中,台风路径进而又有明显改善;但是在台风强度方面的预报,4种初始化方案效果不相上下。     

1307号台风“苏力”期间T639风场预报产品的有效性检验及应用

文章利用T639风场预报产品,对发生在2013年7月中旬的201307号台风"苏力"的海表风场进行预报,分析台风的结构特征,并探索性地利用来自我国台湾、韩国的观测资料,检验T639风场预报产品在台风期间的精度,以期可为台风风场预报、防灾减灾等提供科学依据。结果表明:(1)从定性的角度来看,预报风速与观测风速在曲线走势上保持了很好的一致性,预报风速具有较高可信度;综合考虑相关系数、偏差、均方根误差、平均绝对误差,定量地分析发现,预报风速具有较高精度,预报值在数值上稍大于观测值。(2)T639风场预报产品在中国海范围整体上具有较高精度,但在部分小区域没有充分考虑到地形效应。(3)T639风场预报产品很好地刻画了台风"苏力"的结构特征,对台风眼、台风尾迹、大风区等台风的显著特征刻画的较为形象,预报的台风走向与观测路径也大体上保持一致。     

南海台风风场分析及其预报

根据台风在移动过程中,台风内部风场结构相对稳定的特点,利用1969～1987共十九年历史资料按不同天气形势分型,用合成法得到相应类型的台风合成风场。对各类合成风场作经验正交函数(EOF)分析,提取主分量。用主分量逼近预报时的初始风场。依据台风路径和强度预报可作出未来的台风风场预报。用1988年的实测资料检验台风风场的预报结果,若台风路径和强度预报正确,则未来24小时台风风场的平均预报误差为4.1m/s。     

台风“菲特”期间T639预报风场在东中国海的有效性检验

海表风场是航海、海洋工程及防灾减灾等都十分关注的海洋要素之一,本文利用来自台湾地区和韩国的风速观测资料,检验了台风"菲特"及一次冷空气过程期间T639风场预报产品在东中国海的有效性。结果表明:(1)台风"菲特"和冷空气期间,预报风速与观测风速在曲线走势上保持了较好的一致性。(2)从相关系数来看,各个观测站的预报风速与观测风速都表现出较为密切的相关性;从偏差来看,预报风速略高于观测风速;从均方根误差和平均绝对误差来看,误差也都在可控范围之内。(3)台风"菲特"期间,T639预报风场对台风眼、台风尾迹等气旋性特征刻画得较为形象,外埔气象站、东吉岛气象站和兰屿气象站受台风影响较为显著,淡水气象站、金门气象站和绿岛气象站受台风的影响则偏弱。T639预报风场对南下的冷空气过程同样有着较好的体现,对风向和风速都有很好的模拟。     

高分辨率风场对长江口海域波浪场模拟能力的影响研究——以台风“灿都”为例

长江口海域岛屿众多, 地形复杂多变, 对灾害性海浪模拟和预报能力的提升有迫切需求。本研究基于长江口高分辨率非结构网格海浪模式SWAN(Simulating WAve Nearshore), 结合“两洋一海”区域耦合预报系统模拟风场, 以2021年第14号台风“灿都”为例, 研究了台风轨迹、台风移速和台风风场分辨率等对长江口及邻近海域海浪模拟和预报的影响。结果表明: 风场模型水平分辨率增加有利于台风细结构和台风悬臂状结构的模拟。分辨率增加, 风速整体呈减弱趋势, 但在台风中心(小于两倍最大风速半径)和外围悬臂区域风速增加显著。风场分辨率从27 km提升至9 km和3 km, 波浪模拟精度增加显著, 3 km风场驱动的波浪模拟精度最高, 继续提升风场分辨率至1 km对波浪模拟无明显提升。改变风场模型分辨率同时会影响台风路径和移动速度。波浪场的差异反映了台风结构、路径和移动速度的共同影响, 由于波浪的波动传播属性, 台风浪的差异一般比风场差异的范围更大。     

WRF模式中台风"启德"模拟对 参数化方案的敏感性分析

为准确模拟台风路径和强度,采用WRF模式比较不同微物理过程和积云对流过程参数化方案对台风路径和强度模拟的影响,并基于集合预报方法考虑对台风预报系统误差进行优化。选用4种微物理过程方案和3种积云对流参数化方案,针对1213号台风“启德”进行模拟,结果表明不同的参数化方案对台风路径和强度的预报结果有明显影响,积云对流过程参数化方案相对于微物理过程参数化方案更加敏感。基于不同参数化方案扰动成员的集合平均预报方法,对于台风路径和强度的模拟误差均有明显改善,台风路径误差随时间增幅较小,其结果优于全部12个单方案试验的模拟结果;从台风强度方面来看,基于集合预报方法模拟得到的台风强度变化趋势与实况结果一致,且误差较小,优于大多数试验方案。结果表明:采用不同微物理过程和积云对流过程参数化方案的组合构建的集合预报模型,对于台风路径和强度的模拟均有一定程度改善,减小了采用不同参数化方案产生的路径不确定性,使其在台风“启德”的路径模拟上与实况更为接近,可为提升台风预报能力提供科学参考。     

一种台风暴潮数值模拟方法

本文提出一种简便的交替方向隐式差分格式求解沿水深平均的二维风暴潮模型。这种差分格式比常用的ＡＤＩ法具有更简单的形式和更高的计算效率。文中的精度分析和稳定性分析表明该差分格式在等步长条件下具有二阶精度、无条件稳定。在采用理想模型验证之后，本文给出了一次台风暴潮过程的计算实例，其中台风气压场和风场的模拟采用藤田气压模式和梯度风公式，并考虑台风移行产生的风场以及梯度风到海面风的订正。数值摸拟结果和实测值符合良好，其精度达到工程应用要求。     

基于HY-2A微波散射计海面风场资料的台风风剖面信息提取研究

台风风剖面信息是直观反映与台风中心不同距离的各点与平均风速关系的曲线，它是确定各级台风风圈范围的重要基础。本文利用HY-2A微波散射计海面风场资料，结合Holland风场模型提出了一种新的台风风剖面信息提取方法，并选取2012–2017年期间16期典型台风进行应用。结果表明:34 kt与50 kt风圈半径的平均均方根误差为37.6 km与18.3 km，该方法具有较好的适用性和精度。本研究对于描述台风结构特征及潜在的破坏力和台风可能的影响范围具有一定的现实意义。     

多普勒雷达资料同化在台风“桑美”预报中的应用研究

本文以2006年超强台风"桑美"为个例,考察了同化雷达径向风观测资料对台风初始场和预报场的改进作用。首先对沿海新一代多普勒天气雷达的径向风观测资料进行了去噪音、退模糊等一系列的质量控制,进一步利用美国国家大气研究中心开发的中尺度数值模式WRFV3.5及其三维变分同化系统WRF-3DVAR,每30min循环同化雷达径向风观测资料。结果表明:同化多普勒雷达径向风观测资料后,对台风在模式中的初始位置进行了很好的修正,同时对台风区的动力和热力结构均有较好的调整。两组同化试验对于台风的路径、强度、降水等预报要优于控制试验,并且对背景误差协方差尺度化因子优化调整可以更有效地吸收雷达观测资料并提供更多的中小尺度信息。     

0418号台风"艾利"路径特点分析

本文利用天气学对风场、物理量诊断、卫星云图等方法并结合0418号台风“艾利”路径进行分析研究。结果表明,850hPa正涡度、700hPa较强的垂直上升运动,台湾岛地形及双台风藤原效应对台风路径的预报有一定的指导意义.     

海洋飞沫对热带气旋边界层结构的影响

将海洋飞沫参数化引入到一个高分辨率、非静力中尺度WRF模式中,对0908号热带气旋Morakot进行数值模拟,探讨了海洋飞沫对热带气旋Morakot边界层结构和强度的影响。模拟结果表明:采用新参数化后,对热带气旋Morakot的强度预报有改进,但对热带气旋移动路径改进不大;其次,通过对边界层过程的改进,使得眼墙区域的平均径向风速、切向风速、温度、相对湿度、垂直风速、热通量,降水等物理量均有增强,各物理量的贡献对热带气旋Morakot强度和结构变化的影响十分重要。     

台风浪数值模拟方法比较——以1513号台风“苏迪罗”为例

为减少复杂地形对台风浪数值模拟的干扰,有效优化模拟精度和效果,充分发挥台风浪数值模式在防灾减灾中的作用,文章利用ERA-interim风场驱动模式,以1513号台风"苏迪罗"为例,采用2种方案对其形成的台风浪进行数值模拟,并对二者进行比较。其中,方案(1)为采用WW3模式,方案(2)为采用WW3模式和SWAN模式嵌套。研究结果表明:选取有效波高的模拟值和观测值,根据对散点分布的定性分析以及对相关系数、偏差和均方根误差的定量计算,采用方案(2)的模拟精度更高;通过绘制台风浪场分布图,采用方案(2)对有效波高的动态数值模拟更加明显和准确,尤其对于复杂地形海域的模拟效果更优。因此,在未来的海浪数值模拟中,可参照采用方案(2),即在大区域采用WW3模式,在复杂地形海域嵌套SWAN模式。     

Assimilation of altimeter wave height data into a spectral wave model using statistical interpolation

A scheme for the assimilation of altimeter wave height data into a second generation wave prediction model is developed. The scheme modifies the model wave spectrum so as to be consistent with the satellite observed values of significant wave height. This modification is achieved, however, so that the adjusted wave field is consistent with the model physics and the forcing wind field. In this manner the modifications to the wave field persist in the model, thus yielding long term improvements in model performance. In addition, a statistical interpolation scheme is used to ensure that maximum use is made of the point observations made by the satellite. In this manner, not only points directly beneath the satellite track are updated. Points adjacent to the track are also modified, the extent of this modification depending on the spatial correlation of the wave field. The scheme is applied to a computationally efficient second generation wave model. The improvement in performance is significant, demonstrating that assimilation may be a very efficient alternative to proceeding to more sophisticated and expensive third generation models. This is particularly true where the forcing wind field may be of poor quality. The results also demonstrate that with the addition of assimilation, relatively small computational grids can be utilized. Swell generated external to the grid will be included through the assimilation cycle.