盛夏苏北地区一次飑线过程的数值模拟研究

对一次盛夏苏北飑线过程采用区域三重嵌套WRF模式进行了数值模拟和结果分析,给出了飑线径向剖面的概念模型图。结果表明:模拟的飑线与实际飑线非常接近,两者具有相同的性质和特点,利用模拟的线状强降水带及其降水强度来确定模拟飑线的位置和强度是可行的。飑线成熟期,飑线处存在强辐合区、强垂直上升运动区以及假相当位温的高值区,三者均呈柱状向上伸展;飑线前方(飑线移动的方向),低层有位温高值的入流,为飑线带入大量水汽和能量,后方低层有浅薄入流;飑线过境时地面风向发生急剧变化;飑线中层位温值大致不变呈中性层结,这与对流凝结潜热释放有关。该飑线过程可大体看成是假绝热过程,并具有重力波的非平衡性质,其生成演变中存在多尺度的相互作用。     

Influence of Sea Surface Temperature on the Predictability of Idealized Tropical Cyclone Intensity

The role of sea surface temperature (SST) forcing in the development and predictability of tropical cyclone (TC) intensity is examined using a large set of idealized numerical experiments in the Weather Research and Forecasting (WRF) model. The results indicate that the onset time of rapid intensification of TC gradually decreases, and the peak intensity of TC gradually increases, with the increased magnitude of SST. The predictability limits of the maximum 10 m wind speed (MWS) and minimum sea level pressure (MSLP) are ~72 and ~84 hours, respectively. Comparisons of the analyses of variance for different simulation time confirm that the MWS and MSLP have strong signal-to-noise ratios (SNR) from 0-72 hours and a marked decrease beyond 72 hours. For the horizontal and vertical structures of wind speed, noticeable decreases in the magnitude of SNR can be seen as the simulation time increases, similar to that of the SLP or perturbation pressure. These results indicate that the SST as an external forcing signal plays an important role in TC intensity for up to 72 hours, and it is significantly weakened if the simulation time exceeds the predictability limits of TC intensity.     

一次梅雨暴雨的动能谱特征分析及收支诊断

利用WRF模式和NCEP再分析资料,对一次梅雨暴雨个例进行了数值模拟,基于高分辨率的模拟结果计算了水平动能谱、涡旋动能谱及辐散动能谱,诊断了动能收支谱方程。结果表明:在暴雨发展阶段,各个高度上都有中尺度动能增长,其显著增加始于中尺度低端,这导致了在中尺度波段出现谱转折特征,但在不同高度转折尺度不同;对流层高层涡旋动能大于辐散动能,平流层低层反之;不同降水阶段、不同高度和不同尺度上动能的来源不同,对流层高层,中尺度动能倾向由非线性项和气压项贡献;平流层低层,气压项的作用更为明显。     

不同定义的湿位涡分析及在台风中的诊断

本文对不同定义的湿位涡做了理论分析,并利用1522号台风“彩虹”的数值模拟结果对各种湿位涡进行了诊断。主要结论有:经典湿位涡、广义湿位涡和改进湿位涡的差异主要是由不同定义的位温造成的,相当位温、广义位温和修改位温的构成均是在位温基础上添加一显含水汽的附加量;经典湿位涡、广义湿位涡和改进湿位涡的构成均能分为干、湿分量两部分,其干分量表达式相同,都与Ertel干位涡的定义一样,水物质相变潜热的影响隐含在位温中;不同定义湿位涡的本质差异表现在不同的湿分量上,湿分量的表达式中显含了水物质的作用。对台风的诊断分析发现,改进湿位涡分布与Ertel干位涡非常相似,呈现中空分布的位涡塔结构,大值区对应眼墙内侧,改进湿位涡湿分量与经典湿位涡的湿分量分布相似,只是湿分量的绝对值更小,这反映了改进湿位涡既能保持干位涡的分布特征,其分布和演变可反映台风的结构和演变,又能合理地体现水汽分布的影响,所以在台风诊断中有更广泛的应用前景。经典湿位涡在低层表现为负值,这与水汽梯度的分布关系很大,但与垂直速度、潜热加热大值区等都没有很好的匹配关系,用其分析台风结构和演变具有一定局限性;广义湿位涡其形式较复杂,仅在近饱和区域才能发挥其诊断优势。     

北太平洋涡旋振荡研究进展

从观测事实和动力机制两方面,对近年发现的新的气候模态——北太平洋涡旋振荡（NPGO）的研究成果进行系统总结。NPGO的空间结构表现为北太平洋上海表高度异常（SSHA）的正负中心呈南北偶极子分布,当NPGO位于正位相时,南北涡流都加强,这种加强是由风应力旋度及风生涌流所驱动的。关于NPGO的机制研究发现,NPGO是中纬太...     

真实基流中非线性Rossby波演变特征(二):能量、结构演变及初始场影响

针对非线性的准地转正压位涡方程,利用自行设计的差分格式和高斯函数拟合得到的真实基流分布,数值研究了线性和非线性Rossby波流场结构和总能量的演变以及初值对总能量演变的影响.发现在非线性的真实基流中,线性和非线性Rossby波的相对总能量出现振荡型增长或衰减,非线性波动的振荡周期明显小于线性波动,非线性项不仅抑制能量的...     

β中尺度扰动的不稳定结构

计算分析了不同的环境场下,三种类型β中尺度扰动的不稳定结构,结果表明β中尺度对称不稳定的结构与α中尺度扰动不同,随水平尺度的减小,不稳定重力惯性波的垂直波数增大;斜交型扰动与横波型扰动不稳定的结构相似的,在Ri较小时,其流函数的垂直结构表现为"猫眼"流型,在Ri较大时,其流函数的垂直结构表现为不规则的波动流型,这说明在β中尺度范围内,这两种不稳定也是同源的.     

非洲地形对印度夏季风影响的数值试验

利用IAP9L AGCM模式对印度夏季风风场进行了数值模拟,基本上模拟出了印度夏季风系统中各风系分布;在此基础上,通过改变模式中非洲大陆的地形高度,设计了一组地形敏感性试验,对比了敏感性试验和控制试验的结果,分析非洲地形高度对印度夏季风的影响。结果表明,非洲地形高度升高使得阿拉伯海热带区域、南印度洋副热带区域和非洲大陆东南部在低层分别出现异常反气旋、气旋和反气旋环流,这些异常环流使非洲大陆东岸的越赤道气流增强,阿拉伯海热带地区的西风气流增强;地形升高也会使印度半岛区域低层水汽通量辐合增强,整层垂直上升速度加强,降水增加,故非洲地形升高最终导致了印度夏季风增强;而非洲地形高度降低,则情况相反,这充分说明了非洲大陆地形是印度夏季风形成的关键因子。     

大气物理过程方案对PM2.5预报的敏感性试验

利用WRF-Chem大气化学模式,选择2015年12月中旬发生在我国的大范围空气污染过程,在采用同样化学方案条件下,针对模式中不同物理过程及其参数化方案开展了地面PM_(2.5)预报的敏感性试验。结果表明:该模式能较好展示此次PM_(2.5)污染的演变过程,与实况也较接近,但对青海经宁夏至内蒙的PM_(2.5)高值区出现了漏报现象,这可能是模式外边界未对污染物做更新所致。对地面PM_(2.5)的预报,各物理过程的敏感度不同,边界层(含近地面层)过程的影响要明显大于积云对流及微物理过程的影响,不同的参数化方案会造成不同的预报误差。边界层过程QNSE和与其配套的近地面层方案的组合是预报的较佳组合;而TEMF和与其配套的组合以及ACM2和Pleim-X的组合则不佳。合理的物理过程参数化方案有助于提高PM_(2.5)预报质量。模式预报对排放源也有适应过程,其Spin-up时间较气象要素长。     

检验全球数值预报模式的相似度等指标

本文依照泛函形式并考虑了球面经纬网格的特点,定义了用于全球数值模式效果检验的指标:距离、距平相似度和倾向相似度,给出了相应的计算方法,并以全球WRF模式为例,检验了该模式的中期预报效果。所得结论如下:指标距离、距平相似度和倾向相似度物理意义明确,易于理论分析,考虑了球面经纬网格的特点,检验准确度高,具有普适性,能方便应用于球面经纬网格输出的数值模式检验。指标距离、距平相似度的检验结果分别与传统检验指标均方根误差、距平相关系数相一致,该指标还可直接用于向量场(如风场)的整体检验。本文的全球WRF模式所做的检验表明,对本文个例,该模式的全球500 hPa中期天气形势预报在第7 d及之内皆可用,5 d及之内预报效果更佳。