基于集合变分混合同化方法的双台风数值模拟

采用基于WRF模式的集合变分混合同化方法(Ens-3DVAR),对2013年双台风“菲特”和“丹娜丝”的路径、强度和降水进行模拟,结果表明:对双台风路径和强度的模拟,无论是模拟效果还是稳定性,Ens-3DVAR方法72 h模拟效果最优;三种试验方法对降水都有一定的模拟能力,SAL评分表明无论是对降水结构、强度,还是降水位置的模拟,Ens-3DVAR方法模拟效果最好;从Ens-3DVAR和3DVAR方法得到的初始时刻的同化增量场来看,同化卫星资料后,两种方法均改变了初始场信息,但Ens-3DVAR试验与3DVAR试验的增量无论是大小还是分布范围明显不同,说明预报系统的局地信息改变对模拟效果有很大的影响;Ens-3DVAR方法采用集合背景场和流依赖性背景误差协方差,弥补了传统3DVAR中采用均匀、各向同性、准定常的背景误差协方差所带来的局限,提供了更接近实际大气的背景场;同时该方法采用了多个不同时刻的输入资料,说明Ens-3DVAR方法是数值预报中利用历史资料的一种可行途径。      

北太平洋海表面高度的年际变化及其机制

利用15年（1993～2007年）月平均的海表面高度（SSH）异常资料,分析了北太平洋海表面高度的年际变化的时空结构,并研究了热通量和风应力两个因子对其的强迫作用.结果表明,北太平洋年际时间尺度SSH变化的大值区在黑潮延伸区和西太平洋暖池区.EOF分解第一模态的空间结构沿纬向呈带状分布,第二模态为沿经向呈带状分布.热通量强迫作用在中纬度的东北太平洋可以解释SSH年际变化40%以上.风应力对SSH的作用包括正压和斜压两个方面.正压Sverdrup平衡模型模拟的SSH年际变化较弱,仅能解释高纬度副极地环流西部的20%~40%.由大尺度风应力强迫的第一阶斜压Rossby波模型可以解释热带地区的20%~60%,中纬度中部的20%~40%,以及阿拉斯加环流东部和副极地环流西部的20%~60%.风应力强迫的一阶斜压Rossby波模型对SSH的强迫机理又可分为局地风应力强迫和西传Rossby波作用.其中,风应力的局地强迫作用（Ekman抽吸）在东北太平洋、白令海以及热带中部有显著的预报技巧,可以解释SSH年际变异的40%以上.Rossby波的传播作用在中纬度海域的副热带环流中西部和夏威夷岛以东起着重要作用,可解释20%~60%.     

斜压切变基流中横波型扰动的特征波动──Ⅰ:谱点分析

文中对谱点的分布作了定性分析和数值计算。结果发现：当基流存在切变时,无论是重力惯性波还是涡旋波都存在连续谱。在通常的环境下,对天气尺度的扰动,3支波动的连续谱不重叠,3支波动明显可分;当扰动尺度小于临界波长l0时,可出现涡旋波和一支重力惯性波的两波连续谱区的重叠,当扰动尺度小于l0／2时,可出现涡旋波和一对重力惯性波的三波连续谱区的重叠,此时两种波动不可分。当出现重叠谱时,若出现不稳定扰动,其频率的实部落在重叠谱区。     

海陆风环流的计算方法

给出海陆风环流的计算方法,得到了计算方程,该方程为一个复偏微分方程,可用松弛迭代法数值求解。利用该方程,对珠江口及香港地区的海陆风环流作了高分辨率的计算,结果表明用该方法计算得到的海陆风环流是可信的,其与实际观测及Mass模式的计算结果十分吻合。     

SPATIAL VARIATION OF WINTER SEA SURFACE TEMPERATURE IN NORTH PACIFIC AND ITS RELATION TO ATMOSPHERIC OSCILLATION MODES

The spatial variation of sea surface temperature anomalies(SSTA) in the North Pacific Ocean during winter is investigated using the EOF decomposition method.The first two main modes of SSTA are associated with Pacific Decadal Oscillation(PDO) mode and North Pacific Gyre Oscillation(NPGO) mode,respectively.Moreover,the first mode(PDO) is switched to the second mode(NPGO),a dominant mode after mid-1980.The mechanism of the modes’ transition is analyzed.As the two oceanic modes are forced by the Aleutian Low(AL) and North Pacific Oscillation(NPO) modes,the AR-1 model is further used to examine the possible effect and mechanism of AL and NPO in generating the PDO and NPGO.The results show that compared to the NPO,the AL plays a more important role in generating the NPGO mode since the 1970s.Likewise,both the AL and NPO affect the PDO mode since the 1980s.     

台风路径集合预报试验

基于T63L9模式,利用BGM法进行了台风路径的集合预报试验,并对集合预报中的一个关键技术—繁殖长度进行了研究。结果表明:相对于控制预报,利用增长模繁殖法制作的集合预报对台风路径预报的技巧水平有了很大提高。集合预报中采用不同的繁殖长度对台风路径预报效果有一定影响。繁殖长度取2 d和3 d集合预报效果相对于控制预报都有很大提高。繁殖长度取为2 d时,集合离散度较小,取为3 d时较合理,取为4 d时,离散度较大。对台风路径的预报采用集合选择平均后,繁殖2 d和繁殖3 d的集合预报系统的预报效果都优于控制预报。从综合集合预报效果分析,繁殖长度取为3 d更合适。当集合预报中繁殖长度取为3 d时,在预报的前3天,台风路径集合预报误差基本维持在100 km,第4天误差也只接近300 km。相对于控制预报,集合预报的改进率在预报的2～4 d基本超过了60%,甚至可达到70%。     

海南岛一次特大暴雨的数值研究

利用卫星资料、NCEP资料以及AREM模式输出资料,对发生在2008年10月中旬海南岛一次大暴雨过程进行了中尺度数值模拟分析。分析结果表明:AREM模式较好地模拟了本次大暴雨过程,当初始资料选取NCEP资料时模拟效果最佳;sθe等值线密集区以及位涡梯度最大区与暴雨中心相对应;暴雨中心700 hPa以下低层对应条件对称不稳定,其上至600 hPa为对流不稳定;条件对称不稳定对其上空的对流不稳定有触发作用;对热源〈Q1〉和水汽汇〈Q2〉分析得出,大值区与降水分布基本一致,凝结潜热的释放对大暴雨过程有反馈作用;位温垂直平流项对Q1起决定性作用,位温局地变化项及水平平流项对Q1的贡献不大。在Q2诸分量中,比湿水平平流项和垂直平流项共同作用于Q2,比湿局地变化项影响较小。     

“07.7”重庆暴雨的数值模拟分析

针对2007年7月17日发生在重庆地区的一次暴雨过程,利用AREM模式进行了数值模拟。结果显示,AREM模式较好地模拟了这次暴雨过程的雨带及雨带上双极值中心的分布。利用模式输出的高时空分辨率结果,对暴雨过程的中尺度特征进行了诊断分析,得到的主要结论有:24h累积降水的双中心峰值发生在不同时段;暴雨中心的动力场结构随时间的演变与降水量在中尺度特征值上有很好的对应关系,两个降水中心对应高低层的流场配置不同;暴雨是在西南涡及低空西南急流的直接作用下发生发展,低涡和急流的维持为降水中心的低层辐合及与之伴随的上升气流的发展提供了有利条件;对流层高层高压脊的变化和中尺度辐散区发展也是造成此次降水的重要因素,辐散区的移动造成强上升运动区的移动,这是引起降水中心移动的原因之一。     

南海夏季风爆发前后大气环流的演变

利用1958-1997年的NCEP/NCAR再分析资料,以南海夏季风爆发日为临界日,分析了季风爆发前后全球平均环流和扰动环流的演变.结果显示,季风爆发前后气候平均场的环流形势是完全不同的,且这一变化是全球性的.从扰动场的演变看,伴随季风的爆发,扰动环流的变化不仅是全球的,而且具有突发性.分析还指出了南海西南季风的来源和三支越赤道气流的作用,特别是南半球环流的变化以及其对南海夏季风爆发的影响.