雷达资料同化对2016年6月23日阜宁龙卷模拟的改进

基于GSI（Community Gridpoint Statistical Interpolation）同化系统和WRF（Weather Research and Forecasting）模式,探讨了多部多普勒雷达的反射率因子和径向速度资料同化对2016年6月23日江苏阜宁龙卷模拟的改进效果和影响过程。结果表明:（1）仅同化雷达反射率因子和仅同化径向速度均能在一定程度上改进模式对阜宁龙卷及其环境场的模拟,且雷达径向速度同化的改进作用更大;同时同化两种资料改进效果最佳。（2）雷达反射率因子同化是利用复杂云分析技术,直接修正了水凝物含量,增加了潜热释放,对低层大气热力场进行了正温度扰动调整,从而主要改进了初始场的水汽条件和热力条件;而雷达径向速度同化通过三维变分技术直接修正了风场,进而引起水汽输送变化影响水凝物的调整和大气热力场的变化,对初始场的动力条件和热力条件修正较大;同时同化两种资料修正了初始场的动力和热力结构,保证了两者物理上的协调,综合了两者的改进作用,从而取得最佳模拟效果。（3）同时同化雷达反射率因子和径向速度后,模式在阜宁附近模拟出了明显的涡旋结构,尽管涡旋强度和龙卷结构与实况仍有一定差距,但涡旋发生发展过程、路径、地面小时极大风和降水等模拟与实况吻合度均明显高于对照试验。      

参加第11次世界天气研究计划热带气象工作组及热带气旋全预警科学讨论会总结

应世界气象组织(WMO)邀请,中国气象科学研究院端义宏和梁旭东研究员参加了由世界气象组织世界天气研究计划(WWRP)热带气象工作组于2018年9月10-13日在新西兰奥克兰举办的第11次热带气象工作组会议及热带气旋全预警系统概念(Total Warning System Concept)科学讨论会。     

GRAPES_3Dvar中雷达径向风同化改进观测算子的应用

在GRAPES_3Dvar系统中添加雷达径向风预处理模块以及雷达径向风同化模块(包含传统观测算子与改进算子)。对GRAPES_3Dvar系统中雷达同化算子进行正确性检验后,利用该系统对2014年6月6日03时(UTC)北京南郊多普勒雷达径向风资料进行同化试验,分析不同观测算子对于初始场以及降水模拟的影响。研究结果表明,同化雷达径向风资料加强了对流系统低层中小尺度辐合辐散信息,同时综合分析风场的径向分量与切向分量,改进算子对于初始场的调整效果优于传统观测算子。对比分析累计降水模拟,采用改进算子的结果在能够准确模拟出降水雨带的位置和量级的同时极大程度地抑制了虚假降水的范围,降水评分也较好地验证了改进观测算子的优越性。     

Nudging地面加密观测改进数值模式对城市效应及其触发对流的模拟:一次夜间个例试验

城市(热力、动力、人类活动等)效应对城市及周边地区强降水有着重要的影响。由于涉及到多方面因素,在数值模式中合理描述城市效应仍然存在许多困难。采用Nudging地面加密观测间接引入城市效应(Nudg)和使用城市冠层模式直接引入城市效应(Urba)两种方式模拟了2017年5月7日发生在广东广州的一次极端降水过程。结果表明Nudging地面加密观测能够有效地在数值模式中引入城市效应,从而合理地再现出城市热岛及其触发的对流和强降水的时空演变,而使用城市冠层模式未能够模拟出城市热岛及其触发的对流和降水。具体而言,Nudg能够维持城市的热岛,在城市热岛的下风方最先触发了对流,对流快速发展并稳定维持,从而在广州城市下风(西北)方形成了强降水。然而,Urba试验中城市热岛迅速减弱消亡,从而未能在城市下风方触发出对流,导致降水模拟的失败;尽管后期在城市下风方边缘及北部山区有零星的雷达回波,但均未能够发展形成组织化的对流单体或系统。对本次强降水事件对流的触发而言,城市热岛的加热作用较城市的摩擦辐合更重要。提出的Nudging地面加密观测间接地引入城市效应的方法可用于与城市下垫面相关的各类天气事件的模拟研究。      

一次登陆台风的集合预报试验

选取0713号台风"韦帕"临近登陆过程为试验个例,在GRAPES_TCM模式基础上,采用增长模繁殖法(BGM)分别对台风涡旋场和环境场进行扰动来构造集合成员,进行集合预报,作为对台风数值预报方法的一种新的尝试。试验结果表明:通过BGM的动力调整后,成员间体现出不同的扰动形态,使得在后期的预报中产生合适的集合离散度。在台风登陆前后,大尺度平均位势高度场和风场以及集合系统的离散度均发生了明显的变化,可以看到大尺度环境场引导作用的差异使得成员间对台风路径的预报各不相同,体现了预报的不确定性。对路径预报而言,简单的算术平均并没有优于控制预报的表现,但通过聚类分析后,可以提高集合产品的使用效率。从中可以得到一点启发:怎样利用集合系统提供的大量信息值得进一步思考,聚类分析不失为一种改善集合预报产品利用效率的有效方法。     

基于风向线性变化假定的单Doppler雷达风场IVAP反演技术

IVAP和扩展VAP技术是在常用的VAD和VAP技术基础上发展起来的单Doppler雷达风场反演技术.在IVAP和扩展VAP技术基础上,进一步改进IVAP技术,将IVAP技术反演假定从局地均匀扩展到局地风速均匀、风向随方位角线性变化,进而提高IVAP技术的反演能力.使用涡旋流场试验表明,改进后的IVAP技术对于风速稳定,而风向变化的风场的反演能力有明显提高.由于改进后的IVAP技术保持了IVAP技术反演时可不对原始资料进行平滑预处理,对于小尺度扰动具有滤波作用,其应用更为广泛.     

变分分析技术在城市气象资料分析中的应用

随着城市气象研究和城市气象服务的深入开展,越工需要分辨率更高、精度更高的观测资料,同时,随着城市气象观测网的不断完善,已能提供较多的常规和非常规观测资料。为了得到更完善的气象要素分布场,首先应对这些常规和非常规观测资料进行客观分析。使用上海市的气象哨、常规气象观测站的观测资料和非常规观测资料进行客观分析。使用上海市的气象哨、常规气象观测站的观测资料和上海市的地表分类信息,对变分分析技术进行了实验。     

台风数值模拟中bogus涡旋四维变分同化的研究

研究用MM5四维变分同化系统同化bogus涡旋变量对台风数值模拟的影响,对2002年13号台风Phanfone进行48h预报,结果表明：用四维变分方法同化bogus涡旋变量效果优于在背景场中直接植入模型涡旋的传统bogus技术。同时同化bogus涡旋的风、气压、温度和比湿效果不如只同化气压和其中任一变量。同化bogus涡旋的气压和比湿,能够调整模式初始场的其他变量,得到结构更清晰、与环境场更协调的初始涡旋,从而在一定程度上提高了台风Phanfone路径和强度预报的准确性。     

不同云降水方案对一次登陆台风的降水模拟

利用美国最新发展的新一代中尺度数值预报模式(WRF),研究了不同云降水方案对一次登陆台风的降水模拟问题,结果表明,在网格距适当小的情况下,同时采用积云对流参数化方案和云微物理方案(Kessler方案)时,其降水预报优于只使用积云对流参数化方案时的预报;在台风降水模拟的初期,Kain-Fritsch方案比Betts-Miller方案产生降水更快,更接近实况降水;在台风登陆后随时间的延长,对流降水重要性逐步下降,网格尺度降水逐渐增强。