伴随模式同化系统在修正模式误差中的应用研究

资料误差和模式误差都是制约数值预报结果准确性提高的关键因素,传统四维资料同化都是假设模式完全正确仅对初始资料进行修正,忽略了模式误差本身造成的预报误差。伴随模式同化系统不仅具有修正资料误差的能力,也可应用于修正模式误差方面的研究。本文将卫星中心导风系统提供的GMS5卫星风场与非常规温度资料用于MM5伴随同化系统修正模式地形误差进行试验性研究表明,该方法能够反演出一个既与初始气象要素场相匹配,又与模式更协调的地形场,得到比一般包络地形更好的效果,改善模式对强降水中心及降水区域的预报;数值试验结果还揭示模式误差对模式预报造成一定的影响,用伴随方法对观测资料进行修正的同时也对模式误差进行修正的方法是可行的。     

华南前汛期福建一次致洪暴雨过程的中尺度结构特征

利用FY-2E卫星云顶亮温资料、全国加密自动站资料和NCEP再分析资料,对2010年6月19～20日华南前汛期福建一次特大暴雨过程的中尺度对流系统的演变及其结构特征进行了分析和讨论。结果表明,特大暴雨发生在稳定的环流背景下,整个过程有4个主要的中尺度对流系统,沿着低层切变线东移和发生、发展,为强降水的发生提供了有利条件;高层辐散和低层辐合促进了强降水区中的上升运动,低层辐合的水汽在强上升过程中释放凝结潜热,进一步促进了水汽的上升运动和低涡的发展,是强降水发生的动力特征;地面不稳定能量和西南暖湿气流在强上升运动作用下,与中高层沿等θse线向低层侵入的干冷空气在对流层中层相遇并形成锋区,是特大暴雨过程的热力特征;湿位涡的诊断分析表明,对流不稳定和条件性对称不稳定的发展促使强降水区附近的涡旋发展,上升运动的加强,对强降水的发生和持续起了重要作用。     

台风Rananim登陆后引发强降水成因和暴雨分布的诊断分析

首先对2004年第14号台风Rananim登陆后造成的强降水过程按主要影响系统进行了划分,指出第一阶段的降水是由台风本身环流产生的,第二阶段的降水则是台风残留低压与中纬度西风带环流系统共同作用的结果。然后针对暴雨在台风登陆点南北两侧非对称分布的特点进行了重点分析,结果表明,台风暴雨的非对称分布与台风本身的非对称结构、南北两侧不同的水汽输送以及中尺度地形有密切关系。同时利用湿位涡分析方法诊断了台风暴雨时空分布特征,发现湿位涡负值中心与暴雨中心存在较好对应关系,而且其中心数值的绝对值大小与1 h降水强度存在正相关关系,从而说明湿位涡负值中心可以作为降水时空分布的重要指标,为台风暴雨预报提供一种思路。     

0414号台风"云娜"登陆后西折路径和陆上维持机制的诊断分析

2004年第14号台风“云娜”在浙江省温岭市石塘镇登陆,针对登陆后的两大预报难点--路径突然西折和陆上长久维持,进行了研究分析.结果表明：台风登陆后的明显西折是由于副高突然加强造成的,地面3h变压、涡度变量、东西风分量变量等物理量对短期台风路径预报非常有用.台风陆上的长久维持与低空水汽通道的连结、高空流出气流的强辐散、登陆后的移向和特殊的下垫面等密切相关.     

干空气侵入对河南省2006年1月18-19日暴雪形成的作用

利用NCEP再分析资料和常规气象观测资料,分析了2006年1月18-19日发生在河南省的一次暴雪过程,结果表明,这次暴雪过程中存在干侵入现象。干侵入的发生发展对暴雪过程具有重要作用:干侵入沿相当位温密集带向下向北传播,引起对流层低层气旋性涡度发展,增强辐合上升运动,导致降水的增强;高层干冷空气向下注入,引起温度场扰动,在对流层中低层形成逆温层,有利于暴雪天气的发生;高空急流入口区北侧的下沉运动为对流层高层干空气和高位涡的下传提供了动力条件。     

气象资料同化的研究进展

回顾了国内外有关气象资料同化的研究进展，介绍了当前资料同化主要方法的理论基础、优缺点及应用研究。重点介绍了伴随方法和遗传算法在四维变分同化中的具体应用。其中，遗传算法的引入为资料同化的研究提出了新的思路。     

多重网格方法在资料同化中的应用

多重网格方法通过在疏密不同的网格层上进行迭代，以平滑不同频率的误差分量。具有收敛速度快、精度高等优点，是现有计算工作量最少的算法之一。文章介绍了多重网格方法的原理和具体实现方案，将其用于卫星云图资料的变分同化中，并与超松弛迭代法作了比较。结果表明采用多重网格法，有助于提高同化效率。     

卫星云图反演资料质量控制方案在暴雨模拟中的对比研究

本文以2003年7月9～10日发生在江淮流域的暴雨过程为例，应用FY-2B卫星红外云图灰度资料，利用统计回归的反演方法求出高分辨率的温度和湿度的反演场用于改进预报的初始场。设计和对比了几种质量控制方案，再将控制后的反演场与常规资料进行同化，最后用MM5模式进行了模拟对比试验。结果表明：在模式的初始场中引入卫星云图反演场能反映出更为细致的中尺度结构，有效地增强了对降水有重要影响的高湿区；锋生函数质量控制方案改善模式的初始场，从而改善了MM5模式降水预报的落区和强度，提高了降水预报准确性及Ts评分。     

卫星资料的非线性反演同化与一次强降水预报试验

利用地球同步气象卫星红外资料,通过优选BP人工神经网络和最优拟合回归这两种非线性方法,建立了反演宁夏大气相对湿度场的数学模型。反演湿度场经过变分同化与质量控制后,代入中尺度数值预报模式MM5,对一次突发性强降水过程进行了预报试验。结果表明,使用该资料后,数值预报模式对这次突发强降水过程的预报能力明显提高,模式输出产品具有预报指示意义,spin-up问题得到了一定程度的改进。     

江南丘陵和云贵高原地形对一次西南涡暴雨影响的数值试验

运用MM5数值模式对1998年7月22~23日一次由西南涡引发形成湖南大暴雨的个例进行了数值试验。模式中设计了全地形、去掉江南丘陵地形、去掉江南丘陵和云贵高原地形三种方案。对比试验表明:在去掉江南丘陵和云贵高原后,由于地形的狭管作用消失,南北热力差异减弱,低空急流随之减弱;由于低空急流对西南涡和切变线的正涡度平流输送减弱,以及500 hPa高空槽引导切变线向南移与西南涡结合,造成西南涡增强,切变线减弱、消失。同时,本文还对三种模拟试验中地形作阶梯化处理,进一步验证江南丘陵、云贵高原对偏南风存在狭管作用,对低空急流的形成有促进作用。