热带风场与气压场的客观分析

本文着重讨论了为恰当定义热带风场的辐散分量,客观分析方案所应具备的基本条件,指出过去通行的分析方案在这方面的严重缺陷,并提出了一个改进方案.理想与实测资料的分析结果都表明,新的分析方案在保留分析流场的辐散分量与减小分析误差方面都有明显的效果.同时新的分析方案还提供了低纬度实施多变量分析的可能性,从而部分地缓解了低纬度观测资料不完整所造成的困难.     

THE IMPACT OF DIFFERENT PHYSICAL PROCESSES AND THEIR PARAMETERIZATIONS ON FORECAST OF A HEAVY RAINFALL IN SOUTH CHINA IN ANNUALLY FIRST RAINING SEASON

An ensemble prediction system based on the GRAPES model, using multi-physics, is used to discuss the influence of different physical processes in numerical models on forecast of heavy rainfall in South China in the annually first raining season(AFRS). Pattern, magnitude and area of precipitation, evolution of synoptic situation, as well as apparent heat source and apparent moisture sink between different ensemble members are comparatively analyzed. The choice of parameterization scheme for land-surface processes gives rise to the largest influence on the precipitation prediction. The influences of cumulus-convection and cloud-microphysics processes are mainly focused on heavy rainfall;the use of cumulus-convection parameterization tends to produce large-area and light rainfall. Change in parameterization schemes for land-surface and cumulus-convection processes both will cause prominent change in forecast of both dynamic and thermodynamic variables, while change in cloud-microphysics processes show primary impact on dynamic variables. Comparing simplified Arakawa-Schubert and Kain-Fritsch with Betts-Miller-Janjic schemes, SLAB with NOAH schemes, as well as both WRF single moment 6-class and NCEP 3-class with simplified explicit schemes of phase-mixed cloud and precipitation shows that the former predicts stronger low-level jets and high humidity concentration, more convective rainfall and local heavy rainfall, and have better performance in precipitation forecast. Appropriate parameterization schemes can reasonably describe the physical process related to heavy rainfall in South China in the AFRS, such as low-level convergence, latent heat release, vertical transport of heat and water vapor, thereby depicting the multi-scale interactions of low-level jet and meso-scale convective systems in heavy rainfall suitably, and improving the prediction of heavy rainfall in South China in the AFRS as a result.     

时间依赖的多尺度背景误差协方差研究II——应用

将基于GRAPES 3D-Var资料同化系统构造的具有时间依赖特征与多尺度特征的新型背景误差协方差应用于一个实际天气个例研究,确定出新型协方差中不同尺度标准差合适的缩放系数。该新型协方差在不同尺度的分析过程中产生了量值与尺度差异很大的分析增量,既很好地保留大尺度背景场信息,也使局地观测信息被很好保留并有效提取。不同尺度分析增量的共同作用最终导致分析场调整出更符合天气系统尺度特征的增量,从而更大程度地调整不同尺度天气系统的结构,并进一步改进相应的降水预报。另外,将观测资料按空间分布密度高低分别同化,能更有效提取不同分布密度观测资料中不同尺度的信息。为期一个月的批量试验表明,该协方差对应的前12 h降水预报效果改善明显,尤其是强降水预报。      

华南前汛期低空急流的诊断分析

本文分析了华南前汛期低空急流与暴雨落区的统计关系,低空急流附近的涡度、散度与垂直速度的分布特征以及相关联的天气过程,指出造成暴雨的次天气尺度或中尺度系统与低空急流虽有密切的关系,但却是相对独立的.低空急流附近的散度场与垂直环流主要取决于这类系统的活动。在不同的天气形势下这类系统的不同活动特点,造成暴雨区与低空急流间几类不同的配置关系.      

热带有限区数值预报模式中的自由振荡

本文按照广东省热带海洋气象研究所的热带有限区数值预报模式(TL-6)的空间离散方案导出了相应的热带大气运动的水平与垂直结构方程,并具体计算了垂直与水平模态。与关于热带大气运动的解析结果相似,本文所计算的正规模态中,重力波与Rossby波的频率分离特性也十分清楚。根据计算结果探讨了赤道地区Kelvin波与混合Rossby重力波的识别问题。最后讨论了用这组正规模态进行气象场滤波的问题。      

GRAPES的新初始化方案

四维变分同化由于引入预报模式作为一项约束,理论上它的分析场已经具有较好的平衡性,但实施时还会有诸多因重力波导致的高频振荡过程,因此,四维变分同化(4DVar)分析仍需要初始化。文中描述了GRAPES全球四维变分同化系统(GRAPES-4DVar)的新初始化方案的科学设计、公式演绎以及试验结果。GRAPES-4DVar的新初始化方案采用数字滤波方案作为代价函数的一项约束控制重力波引发的不平衡结构,约束强加在分析增量上与极小化迭代过程同步进行。新的初始化方案是变分同化系统的一部分,数字滤波的积分时间与4DVar的同化时间窗一致,不会对4DVar产生额外的计算资源消耗;并能适应长时间窗的同化,不会因为时间窗的延长而削弱慢波过程。新初始化方案中,模式轨迹的光滑程度可在变分同化中通过重力波控制项的权重系数方便控制。GRAPES全球四维变分同化的理想和循环同化批量试验都表明,在四维变分同化中,重力波的控制依然非常重要,具有初始化的GRAPES试验,无论分析还是预报技巧都较无初始化的有明显优势。与以前分析和滤波独立实施的旧初始化方案相比,新方案的分析和预报效果略优,同时有效地节省循环同化系统的运行时间,这对四维变分同化来说非常重要。