数值模式延伸期可预报分量提取及预报技术研究

针对延伸期尺度的可预报分量,借鉴了CNOP相关算法,形成了在数值模式中提取可预报分量的实用方法和预报技术.从模式预报误差增长的角度将模式变量分为可预报分量和不可预报的混沌分量,将可预报分量定义为在预报时段内误差增长较慢的分量.基于现有的国家气候中心月动力延伸预报业务模式,建立了针对可预报分量的数值模式.同时结合历史资料有用信息,对数值模式的可预报分量,在历史资料的可预报分量中寻找相似场,降低了相似判断过程中变量的维数,进一步对可预报分量的预报误差进行订正.对混沌分量利用历史资料,通过集合预报方法得出其期望值和方差.数值试验结果表明,该方法能有效提高10～30天延伸期数值模式大气环流场的预报技巧,具有良好的业务应用前景.     

THE DOUBLE-LAYER STRUCTURE OF THE HADLEY CIRCULATION AND ITS INTERDECADAL EVOLUTION CHARACTERISTICS

Based on the three-pattern decomposition of global atmospheric circulation(TPDGAC), this study investigates the double-layer structure of the Hadley circulation(HC) and its interdecadal evolution characteristics by using monthly horizontal wind field from NCEP/NCAR reanalysis data from 1948—2011. The following major conclusions are drawn: First, the double-layer structure of the HC is an objective fact, and it constantly exists in April,May, June, October and November in the Southern Hemisphere. Second, the double-layer structure is more obvious in the Southern than in the Northern Hemisphere. Since the double-layer structure is sloped in the vertical direction, it should be taken into consideration when analyzing the variations of the strength and location of the center of the HC.Third, the strength of the double-layer structure of the HC in the Southern Hemisphere consistently exhibits decadal variations with a strong, weak and strong pattern in all five months(April, May, June, October, and November), with cycles of 20-30 a and 40-60 a. Fourth, the center of the HC(mean position of the double-layer structure) in the Southern Hemisphere consistently and remarkably shifts southward in all the five months. The net poleward shifts over the 64 years are 5.18°, 2.11°, 2.50°, 1.79° and 5.76° for the five respective months, with a mean shift of 3.47°.     

正压預报模式的一个新型計算方案

用积分关系法和盖略金法,求解球面坐标中的正压預报方程和平衡方程。引入南北半球对称的假定,避免了引入人为边界条件,从而扩大了有效的預报区域,并使預报中等压面的平均高度不变。 在預报方程中,还特別考虑了实际爬越地形的风向和500毫巴面上的风向差別。     

非线性大气动力学的进展

总结了自新中国成立以来中国科学院大气物理研究所在非线性大气动力学领域的进展,其中主要介绍了在非线性适应过程、非线性稳定与不稳定、全局分析理论、可预报性、低阶谱方法与多平衡态动力学、非线性波动、波流相互作用、阻塞高压非线性动力学、中小尺度非线性动力学等几个方面的研究成果及最新进展.     

大气动力学方程组的定性理论及其应用

基于完整的湿大气动力学方程组,利用无穷维动力系统的新理论和新方法,系统讨论了强迫耗散的非线性大气系统的定性理论及其应用。将完整的强迫耗散非线性湿大气动力学方程组化为Hilbert空间中一个等价的算子方程,研究了算子的性质及其物理意义,在此基础上得到湿大气系统全局吸引子的存在性定理,揭示出系统向外源的非线性适应特征,并把结果推广到有地形动力作用和非定常外源强迫的情形。同时探讨了大气方程组惯性流形的存在,大气多平衡态产生的根源以及强迫、耗散和非线性对系统解的渐近行为的影响。在理论结果的基础上,提出强迫耗散的非线性动力系统中存在三类时间边界层、方程组简化准则、分解算法的算子约束原则以及支撑吸引子基底的少数自由度的构造方法,探讨了理论在非线性发展方程差分格式的设计和计算稳定性分析、多平衡态的数值分析、数值模式延伸预报的改进、短期气候预测以及一类中尺度系统分析与预测中的应用,指出描述长期过程动力学模式的必备条件,给出初值与模式相协调的合理解释。最后,对今后的研究方向作了展望。     

气候系统可预报性的全局研究

胞映射方法是对非线性系统进行全局分析的强有力工具。文中基于一个最大简化的地－气耦合模式,引入胞映射全局分析方法,对气候系统的可预报性进行了全局的研究。气候系统存在最大可预报期限,对于超过逐日预报可预报期限后的预报,用胞映射思想证明了平均值的可预报性,并得到了定量的结果。研究表明,耦合机制具有延长可预报期限的作用,观测精度的提高亦可延长可预报期限     

提为反问题的数值预报方法与试验 I. 三类反问题及数值解法

提为初值问题的数值预报在通过改进数值模式、观测手段及分析方法而改进预报的同时,仍然面临着两大困难,即模式误差和初值不完整。然而我们有大量的气候演变的历史观测资料,其中蕴含着关于气候系统的信息。本文针对这两个困难,系统地提出充分利用历史资料反演订正模式和初值进而改进数值预报的三类反问题,并给出数值解法。最后将三类反问题应用于一个简单模式进行反演预报的数值试验,其数值试验结果将在本文的第二部分给出。     

北半球月平均环流与长江中下游降水的关系

本文利用1951—1984年500hPa月平均高空和月总降水资料,着重分析了500hPa距平场对长江中下游夏季降水的影响及其相关关系。针对长江中下游夏季降水这一预报对象,计算了500hPa距平场的信息区,指出在大尺度距平场的演变过程中,不同时间和不同地点距平场的量值对长江中下游这一特定顶报区域降水的影响是不同的。並且指出长江中下游地区冬季降水主要是受欧业型环流的影响,而夏季降水则主要是由于东亚—西太平洋型环流所形成。另外通过对实际距乎场和信息近似距平场的分析表明,信息区的变化在一定程度上反映了实际距平场的大尺度变化特点。     

数值模式初值的敏感性程度对四维同化的影响

用著名的Ｌｏｒｅｎｚ系统作了共轭变分同化的数值试验。发现随着模式对初值敏感性程度的增加，用这种方法得到和模式相协调的初始场愈来愈困难，直到某些情况下的完全失败。这表明四维同化和可预报期限是联系在一起的。另一方面，随着方程不精确程度的增加，变分同化的效果愈来愈差，直到所做的预报无任何意义可言。如果在做变分同化的同时对模式参数也进行反演，就可使得基于Ｌｏｒｅｎｚ系统所做的预报效果大大提高。     

短期气候预测及其有关非线性动力学的进展

短期气候预测及其有关非线性动力学的进展丑纪范（中科院院士，北京气象学院教授）气候问题最近非常热门，最重要的变化我理解是观念的转变。气候概念本身，八十年代以来有很大的变化。原来的气候是静态的概念，一个地方的气候是指一个地方多少年平均的状况，地球上可以分...