海洋飞沫对热带气旋影响的数值试验

将最新版的Andreas海洋飞沫通量参数化方案与中尺度大气模式MM5V3耦合,对0514号热带气旋Nabi进行数值模拟,探讨海洋飞沫蒸发对热带气旋发展和演变的影响.模拟结果表明,考虑海洋飞沫的作用后,热带气旋范围内(气旋中心附近600 km左右范围内)的潜热和感热通量明显增强,尤其是潜热通量,最大值可提高35%～80%,潜热通量的大值区对应热带气旋眼墙处的最大风速区.无论是否考虑海洋飞沫作用,模式均能较好地模拟出热带气旋Nabi的移动路径,但考虑飞沫作用后,由于飞沫对海气界面通量交换的贡献,使得模拟热带气旋中心的最低海平面气压降低,最大风速增强,暖心结构更加明显.     

三维变分同化中不同物理量对台风预报的影响

采用NMC方法统计了2006年9月的背景误差协方差,利用Bogus资料对台风进行了初始化,并对2006年“桑美”台风进行了同化试验。结果发现,同化不同的Bogus资料,所得到的台风初始场各不相同,对台风预报的影响也各不相同。对海平面气压同化,可以使台风强度明显加强,形成成熟的暖心结构;基于风速同化,对台风强度的改变较弱,对暖心结构的改进不是很明显。在同化海平面气压和风速的基础上,针对相对湿度的同化,在一定程度上可以改善台风强度预报,有利于提高台风路径的预报精度。     

区域台风-海洋耦合模式的构建及应用研究

由于海洋业务化预报模式对中尺度涡等海洋中、小尺度物理过程的准确预报仍然具有较大困难,因此,区域台风-海洋耦合模式初始化采用稳定基态的海洋数据是当前的有效手段。本文通过对两组台风个例的模拟,检验了基于稳定基态海洋数据的区域台风-海洋耦合模式的模拟效果,并通过6组敏感性试验,研究了初始台风最大风速半径（Radius of maximum wind speed,RMWS）对耦合模式模拟结果的影响。结果表明:初始台风RMWS的影响贯穿整个模拟阶段,RMWS越大,下垫面热通量输送量级越大,台风强度越强。在台风强烈的风场作用下,海温反馈也越显著,从而引起热通量降低幅度增大。RMWS作为与台风结构密切相关的物理量在度量台风强度中起到了重要作用。     

地形追随坐标系下埃特尔位涡的计算

随着数值天气预报模式的日益普及以及位涡在不同天气、气候时、空尺度上的广泛应用,对采用模式输出资料计算的埃特尔（Ertel）位涡的精度提出了更高要求。将气象要素从中尺度模式普遍采用的地形追随坐标系向定义位涡的z或p坐标系的插值过程（插值法）,是导致埃特尔位涡计算误差的主要原因。文中利用地形追随坐标系与z（p）坐标系的变换关系,导出了z坐标系定义的埃特尔位涡在地形追随坐标系中的表达形式,实现了直接在模式格点上计算埃特尔位涡（直接法）,在提高计算精度的同时,保留了其在z坐标系中的物理意义,方便了分析与应用。为了进一步分析直接法在减少计算误差方面的作用,使用WRF模式对2016年7月发生在华北地区复杂地形背景下的一次黄淮气旋爆发过程进行了模拟,利用模式输出资料对此次天气过程中强降水时段插值法计算误差的分布进行了分析。结果表明,利用直接法计算位涡可有效减少插值法引入的计算误差,中低层均方根误差可达0.5 PVU,中高层可达0.3 PVU。将其应用到中小尺度对流性天气精细化结构的分析及气候统计研究中,可以有效减少插值法误差对结果产生的不良影响,提高计算和分析准确度。      

亚洲季风区不同形态中尺度对流系统的特征分析

利用16 a的TRMM卫星观测资料,分析了亚洲季风区准圆状、线状和拉长状中尺度对流系统(MCSs)的空间分布、对流属性及其区域变化特征。结果表明:拉长状MCSs的数量最多,准圆状的其次而线状的最少。自西向东,准圆状(线状)MCSs数量占各区域MCSs总数的比例逐渐减小(增加),线状MCSs在副热带和洋面地区的产生几率相比更大。MCSs的发生频次呈现以暖季(5—9月)为峰值的单峰分布,准圆状和拉长状MCSs的暖季峰值比线状MCSs的大。MCSs主要发生在下午—傍晚时段,但线状MCSs在午夜—凌晨出现的概率比其它两种大。3种类型MCSs的整体强度基本表现为副热带地区弱于近热带地区,但不同类型MCSs的强度差异在各区域不尽相同,如中国中东部地区和西北太平洋地区的准圆状MCSs强度最强,但东海及其以东洋面的线状MCSs强度最强。     

梅雨锋暴雨研究中的四维变分同化试验

作者利用PSU/NCAR的MM5数值预报模式及其伴随模式, 以中国1999年6月23日～24日的一次梅雨锋暴雨过程为个例, 根据气象要素与同化窗口之间的配置差异, 作了3组变分同化试验.试验结果表明: 4DVAR方法在提高梅雨锋暴雨的数值预报水平上具有重要的作用.     

气溶胶直接和间接效应对台风眼墙和外雨带的影响及其分离贡献

台风临近大陆的过程中,人为气溶胶的渗透位置、眼墙和外围雨带对流发展的竞争关系以及气溶胶直接、间接效应的分离贡献,使对流增强区域和台风强度变化具有不确定性.本文选取0920号台风"卢碧"作为研究个例,利用WRF-Chem模式,通过改变气溶胶初始和边界条件,设计CTL(考虑临近大陆人为气溶胶的卷入及其直接和间接效应,代表污...     

海气界面动量通量算法的改进

COARE（Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment）算法是国际上较先进的计算海气界面通量的算法。最新的COARE 3.0算法包含TY01方案和O02方案两种考虑真实海浪状态的海面空气动力学粗糙度方案;当有效波高和谱峰周期缺省时,利用Taylor01风浪特征量参数化方案可对它们进行参数化。在此基础上引入自主设计的WHP（Wind-wave significant wave Height and dominant wave Period）风浪特征量参数化方案和三种海面空气动力学粗糙度方案,即SCOR方案、GW03方案、PYP07方案以及更简单的Andreas12、Vickers15摩擦速度算法,利用NDBC（National Data Buoy Center）浮标数据、解放军理工大学风浪流水槽实验数据,针对中高风速条件（10 m/s≤U₁₀≤25 m/s）比较上述方案对摩擦速度的预测效果。结果表明:WHP方案在COARE 3.0算法中的应用效果优于Taylor01方案,且新引入的SCOR、GW03、PYP07海面粗糙度方案对风浪特征量的观测误差敏感性更小、稳定度更高;水槽实测数据的对比结果表明,WHP方案结合SCOR海面粗糙度方案计算的摩擦速度与实测值最接近;引入其他三种实测数据的检验结果表明,原始COARE 3.0算法会低估摩擦速度,而WHP方案结合SCOR海面粗糙度方案能更准确地预测摩擦速度随10 m风速的增长趋势。      

一种台风海面非对称风场的构造方法

针对台风数值预报中由于采用对称模型而导致预报误差的现实，通过引入非对称分布的台风最大风速、最大风速半径等因子，在得到台风报告中7级风和10级风的半径的基础上，利用最佳权系数方案来得到非对称的台风外围风速分布因子，从而对Chan and Williams 1987年提出的切向风廓线方案进行改造，进而得到了台风海面非对称风场的计算式。检验表明，该方法能够描述台风海面风场的非对称分布，具有较好的应用前景。     

南海西沙海区5～6月份辐射通量研究--整体公式建立

将南海西沙海区2000年5～6月海面辐射通量（包括太阳短波辐射、海面反射辐射、大气逆辐射和海面长波辐射）与云量、海温、气温、水汽压等气象要素进行了对比分析,发现它们之间存在一定的相关关系,利用这些关系建立了适合于计算南海西沙海区的太阳短波辐射、大气逆辐射、海面长波辐射和海面反照度的经验公式.分析结果表明,采用本文经验公式计算的各辐射通量值与实测资料的误差较一般常用经验公式的计算误差均有不同程度的减小,计算结果与实测结果在变化趋势上也具有较好的一致性.