CONDITIONAL NONLINEAR OPTIMAL PERTURBATIONS: APPLICATION IN TROPICAL CYCLONE FORECASTS

Considering the feature of tropical cyclones (TCs) that strong positive vorticity exists in the lower layers of troposphere, this study proposed to use vorticity at 850 hPa as cost function to find the conditional nonlinear optimal perturbation (CNOP), which was largely different from those previous studies using total energy of perturbed forecast variables. The CNOP was obtained by an ensemble-based approach. All of the sensitive areas determined by CNOP with vorticity at 850 hPa as cost function for the three cases were located over the TC core region and its vicinity. The impact of the CNOP-based adaptive observations on TC forecasts was evaluated with three cases via observational system simulation experiments (OSSEs). Results showed obvious improvements in TC intensity or track forecasts due to the CNOP-based adaptive observations, which were related to the main error source of the verification area, i.e., intensity error or location error.     

京津冀地区低层局地大气环流的气候特征研究

本文采用2007-2016年的中尺度数值模拟结果和15个地面气象站观测资料,定义了局地风场表征风速,研究京津冀平原地区局地大气环流日变化的气候特征,并对区域大气污染及其输送的影响进行分析。此外,对2016年12月30日至2017年1月7日北京地区跨年大气重污染过程进行了个例分析。得到结论:京津冀平原地区低空风场变化是天气系统与局地大气环流共同作用的结果,山谷风环流致使太行山和燕山沿线平原地区大气边界层内的长年主导风向为偏北和偏南;太行山和燕山沿线地区山谷风环流本身呈顺时针旋转的日变化特征,夜间至早晨谷风转向山风,午后至夜间山风转向谷风;在午后谷风向山风转向期间,容易形成沿太行山东麓和燕山南麓、自南向东北的"弓形"气流输送通道,此气流输送通道在1月于21时左右形成,持续时间大约3 h,在7月于18时左右形成,持续时间可达9 h;冬季午后至晚间盛行谷风时,受山体的阻挡,污染物容易在山前累积,导致污染浓度增高;夏季同样的情况会发生在后半夜。     

南半球冷空气爆发对华南连续性暴雨影响的个例分析

2005年6月17—24日，华南地区发生了连续多日的暴雨天气过程，给该地区带来了严重的洪涝灾害，在此期间南半球有较强的冷空气活动。为了弄清南半球冷空气对这次连续多日暴雨过程的影响及其物理途径，利用NCEP每6小时1°×1°经纬度的再分析资料、逐小时的TBB以及华南地区地面降水等资料，以这次连续性暴雨天气过程为例，初步分析了南半球冷空气爆发在华南地区暴雨形成中的作用。结果发现：在500hPa西风带低压槽的诱导下，马斯克林高压向东移动并登陆澳大利亚，促使南半球冷空气爆发，加大了40～60°E、60～70°E和85～95°E等通道的越赤道气流，它们转向后汇向华南地区，增强了华南南部和南海北部地区的低空急流和暴雨区的水汽输送，这是华南地区连续多日暴雨的主要原因之一。     

环抱式防波堤口门航道横流三维特性研究

环抱式防波堤口门易出现较大横流,且三维特性明显。针对连云港主港区深水航道,建立三维潮流数学模型,并用现场航槽实测资料进行验证,在此基础上计算分析了不同潮差条件下口门段进港航道横流的三维特性。研究结果表明:最大横流约出现在高潮位前1.5 h,自表层至底层相继出现,且表、底层出现时刻仅相差0.5 h;因航道边坡较小,最大横流时未见水流分离现象,航槽底部没有反向流;各层最大横流值均与涨潮潮差有关,且相关程度高;航道内最大横流垂向分布梯度随潮差增加略有增大。     

高原东侧特大暴雨过程中秦岭山脉的作用

利用中尺度数值模式MM5V3.5对2002年6月8～9日陕西特大暴雨过程进行了数值模拟, 在模拟结果和实况较吻合的情况下, 通过敏感性试验, 研究了秦岭山脉在这次暴雨过程中所起的作用。结果表明, 秦岭山脉在这次暴雨过程中对降水的强度有很大的影响, 即秦岭山脉使陕甘宁边界的长城沿线、 秦岭山脉、 汉江河谷一带降水量增加, 使关中盆地、 陕北南部、 大巴山东南坡降水量减少。进一步研究表明, 秦岭山脉主要是通过形成局地环流, 使气流产生辐合, 大量的水汽和位势不稳定能量在迎风坡堆积, 上升运动加强, 从而使位势不稳定能量得以释放, 触发了对流降水。     

高原东侧突发性大暴雨过程中螺旋度的诊断分析

利用MM5模式模拟输出结果,对2002年6月8-9日发生在陕西省和四川北部的一次突发性大暴雨过程进行了螺旋度诊断分析.结果表明:暴雨区附近总存在一对紧邻的大小(低层)或正负(中层)螺旋度中心,低层螺旋度正值区强度远大于中高层螺旋度正负值区,对流层中层正负中心的轴线随高度呈逆时针旋转,相应的垂直结构是一对正负相伴的螺旋度柱.当暴雨区东侧正螺旋度突然向高层伸展,西侧伴有负螺旋度发展,且两中心间等值线变密集时,暴雨开始,大小(正负)螺旋度最强及其间等值线最紧密时,暴雨达到最强盛时期,而且暴雨就发生在两螺旋度之间偏大值中心的等值线密集区.进一步分析表明:螺旋度发生发展的主要贡献者是水平速度和水平速度的垂直切变.     

“珍珠”（0601）异常急翘路径和内核结构变化的诊断分析及数值研究

使用FY2卫星TBB资料、NCEP最终分析资料(1°×1°)和中尺度模式WRF,对0601号强台风"珍珠"的"急翘"异常转向路径和内核结构变化进行诊断分析和数值模拟。结果表明:"珍珠"移向变化与环境引导气流和位涡倾向1波分量正异常有关,"急翘"前12小时,环境引导气流向北偏转,位涡倾向1波分量正异常对应着"珍珠"移动方向变化;内核非对称结构发展与环境风垂直切变演变有关,垂直切变使得涡旋倾斜,涡旋倾斜方向出现较强的上升运动,导致"珍珠"内核偏南象限对流活动较强。     

1977—2007年影响南海的热带气旋强度变化特征

应用东京台风中心(RSMC Tokyo)提供的1977—2007年影响南海的热带气旋(TC)最佳路径资料,统计分析了影响南海的不同初始强度的TC强度变化的时空分布特征,以及迅速加强(RI)和缓慢加强(SI)样本的大尺度统计特征。主要结果为:(1)热带风暴(TS)和强热带风暴(STS)以增强和稳定为主,台风(TY)减弱为主。初始强度越强,增强观测次数越少,变化率越小;减弱观测次数越多,变化率越大。(2)00时(世界时,下同)增强样本最多,增强率最大,12时减弱样本最多,减弱率最大。(3)增强状态下,南海东北部TS最多,中东部STS最多,中部TY最多。减弱样本分布在我国海南岛、越南近岸以东洋面、菲律宾近海以西洋面,TS和STS在南海中部有部分减弱样本。(4)7、9和10月RI样本较多。RI样本的平均纬度偏南,垂直切变相对较小,200 hPa纬向风东风分量稍弱,15.4 m/s风圈半径更小。SI样本的海温略高。     

T213L31全球模式云和对流参数化方案改进试验

针对中国业务中期数值预报模式T213对中雨量级以上的降水预报空报比较明显的问题,文中对此模式预报的降水进行了诊断分析。发现T213模式预报的总降水分布主要是由可分辨尺度降水决定的,且在降水偏多最明显的地区,可分辨尺度的降水即超过或达到了观测的总降水,表明降水空报的主要原因在于可分辨尺度降水偏多。可分辨尺度降水偏多的可能原因有：土壤湿度初始化、云变量的初始化和直接产生降水的云与对流参数化方案存在一定的缺陷。鉴于前两者是目前国际上的难点,文中针对第3个方面的可能原因进行了分析和相应的改进。包括在对流方案之前增加一次云方案的调用;对流参数化方案的闭合由“动力型”改为对流有效位能调整闭合;更复杂的对流触发机制;改进冰沉降和降水通量计算。改进的主要目的是使对流参数化方案更活跃,从而减少格点尺度对流的发生。采用改进的方案,进行了敏感性试验和2005年夏季的连续滚动同化预报试验,并与中国区域400个标准站的降水观测和GPCP的全球降水观测进行了比较。结果表明,改进的方案无论是对中国区域还是全球夏季平均的降水分布预报都好于业务,但四川省和赤道东太平洋降水偏多的问题依然存在。中国区域的降水统计检验还表明,除小雨外,其他量级在大部分时效上降水的TS评分增加,预报偏差降低。     

华南锋面与暖区暴雨个例对比分析

分析了1961～1999年亚洲热带近海海温与云南降水的关系.通过研究云南夏季降水对近海海温异常的响应,发现云南初夏的降水与亚洲热带近海海温有明显的负相关关系,这种降水减少海温正距平的情况在北印度洋西部和阿拉伯海表现比孟加拉湾和南海更显著,但是在盛夏相关关系不显著.同时发现云南西南部的夏季降水与前期盂加拉湾海温有显著的正相关,而与其它海域的海温相关不显著.滇东南的夏季降水只与前期南海的海温有显著的正相关.