三维斜压台风模式 Ⅱ.预报试验

一种斜压多重移动套网格台网模式在国家海洋环境预报中心已被应用于海洋环境预报。本文第一部分已描述了模式方程组和数值方法。本文继续概述模式网格、变分调整初始化和预报试验结果。最外粗网格域固定,内部细网格域随台风中心轨迹移动。模式中,粗细网格变量采用双向耦合。平衡方程和方程,理想台风场和变分调整方案被用于台风模式初始化。一种简单而有效的资料同化方法,即用第6h台风报和弱约束变分原理调整初始场,被应用于提高预报结果。最后本文给出预报试验结果。预报误差统计显示本模式对台风路径预报具有相当能力,而且可以提供海面风和气压场较好的预报。本模式已经与海浪模式联结,得到满意的波高预报结果。     

台风场的变分调整

本文试图利用变分方法形成动力学上一致的台风数值预报初值,根据国家气象中心的北半球客观分析制作基本场,嵌入模型台风场,然后进行变分调整修正叠加后的场,采用准定常的原始方程,即∂V/∂t=0作为约束条件,海面分析的约束方程中考虑湍流摩擦作用。     

台风"卡努"的数值模拟试验

台风“卡努”(Khanun,200515)是近年来登陆台风中给沿途造成重大灾害的台风之一。本文以第五代中尺度气象模式(MM5V3)为基础,采用三重嵌套的高分辨率网格设置,分别用四种初始化方案,对台风“卡努”进行了数值模拟试验,分析和探讨了模式的初始化对预报效果的影响。结果表明,MM5模式对台风的模拟预报具有一定的能力,按照常规的方法利用Bogus人造台风涡旋对初始场进行调整以及加入常规观测资料,路径和强度的预报效果都有明显的改进;再加入Quikscat卫星海面风非常规资料,能够减小台风路径预报逐小时预报误差,台风的强度预报也有所改善。     

北部湾海区风暴潮数值模型和数值模拟

北部湾是一个半封闭的超浅海。本文在数值试验的基础上，提出了一个研究该海域台风风暴潮的数值模型。数值模式为二维深度平均流模型，采用嵌套细网格技术，细网格分辨率为沿经纬方向０．１°，细网格边界值由粗网格提供。台风风场计算采用Ｊｅｌｅｓｎｉａｎｓｋｉ模型风场．模式方程组的数值解由交替方向隐式（ＡＤＩ）方法积分得到。本文对该海域最常见的两种台风移行所引起的风暴潮进行了数值模拟。与几个潮汐观测站的增水记录比较，计算结果基本上反映了台风引起的水位变化，对研究和模拟该海域台风风暴潮是适用的，可用于该海域风暴潮数值预报试验。     

0808号台风"凤凰"登陆过程的三维变分同化试验

主要对0808号台风"凤凰"的登陆过程进行模拟试验.首先,利用GPS掩星资料反演的大气气压、温度和水汽资料以及云导风资料,对台风"凤凰"进行了三维变分同化及数值模拟试验.结果表明:同化不同资料,得到的台风初始场各不相同,对台风预报的影响也各不相同.同时同化GPS资料和云导风资料,对台风初始场的调整最大,对模拟台风登陆前...     

FY-2G云导风资料同化在台风"天鸽"数值预报中的应用

以2017年8月登陆我国的13号台风"天鸽"为个例,采用美国全球预报系统资料作为背景场,利用WRF中尺度数值模式及天气研究和预报模式同化系统中的三维变分模块,探究了新一代静止卫星FY-2G云导风资料同化对台风预报的影响.研究结果表明:云导风资料同化模拟的台风路径、强度和最大风速与实况更加接近.与控制试验相比,云导风资料...     

基于不同背景场条件的雷达资料同化在登陆台风“桑美”中的应用研究

本文针对2006年登陆我国的超强台风“桑美”,分别采用美国国家环境预报中心的全球预报系统(Global Forecasting System, GFS)再分析资料和日本气象厅(Japan Meteorological Agency, JMA)区域客观再分析资料作为背景场,利用中尺度数值模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)及其三维变分同化系统进行多普勒雷达资料同化和数值模拟试验,考察不同的背景场条件下雷达资料同化对台风初始场、内部结构及其随后确定性预报的影响。结果表明:GFS试验和JMA试验在同化了雷达资料之后分析出的台风700 hPa风场和500 hPa高度场相比其初始场均有所增强,JMA试验在3 h同化窗内的均方根误差和最小海平面气压的改进效果均比GFS试验显著,同时对台风动力和热力结构的改进效果也优于GFS试验;JMA试验对台风降水、路径、强度的预报均优于GFS试验,且能预报出台风前沿的降水,更加接近观测实况。     

覆盖中国沿海地区的精细化台风风暴潮模型的研究及适用

精细化风暴潮预报是目前风暴潮预报重点发展方向之一,本文首次建立起了一个覆盖整个中国沿海地区的精细化台风风暴潮数值模型,克服了以往分区域数值模型的不足,该模型在中国沿海地区的分辨率达到300m左右。模型采用了并行计算,并对2012年和2013年灾害性台风风暴潮过程进行了数值检验,计算精度和计算所用时间都能够满足业务化运行的要求。本文同时还根据中国气象局、美国国家气象局等5家主要台风预报机构给出的24h台风预报,对2013年度灾害性台风风暴潮过程进行了24h数值预报检验,检验结果表明:根据中国气象局台风登陆前24h预报可以得到更准确的风暴潮预报结果,其预报结果优于其他各家预报结果。该结论可以为今后的台风风暴潮预报中台风路径的选取提供重要的参考。     

台风风暴潮异模式集合数值预报技术研究及应用

台风风暴潮数值预报的准确性在很大程度上取决于台风路径预报和强度预报的精度以及风暴潮预报模型的计算精度。目前,国际上24/48 h台风路径预报平均误差分别约为120/210 km左右[1],对于走向异常的台风误差更大;更有,根据单一的台风路径和单族的风暴潮数值预报模式并不能保证获得可靠的风暴潮预报结果。考虑多重网格法原理具有在疏密不同的网格层上进行迭代以达到平滑不同频率的误差分量,使得计算快速收敛,精度提高的特性。在前期研究基础上基于业务化高分辨率(结构网格/有限差分算法)和精细化(非结构网格/有限元算法)台风风暴潮集合数值预报模型构建多模型台风风暴潮集合数值预报系统。采用"非同族"模型进行集合预报很大程度上降低了误差相似遗传的可能性。应用该方法对典型台风风暴潮过程进行了试应用,试报结果表明:该方法对风暴潮增、减水预报效果高于单一集合预报,具有一定的应用前景。     

多普勒雷达资料同化在台风“桑美”预报中的应用研究

本文以2006年超强台风"桑美"为个例,考察了同化雷达径向风观测资料对台风初始场和预报场的改进作用。首先对沿海新一代多普勒天气雷达的径向风观测资料进行了去噪音、退模糊等一系列的质量控制,进一步利用美国国家大气研究中心开发的中尺度数值模式WRFV3.5及其三维变分同化系统WRF-3DVAR,每30min循环同化雷达径向风观测资料。结果表明:同化多普勒雷达径向风观测资料后,对台风在模式中的初始位置进行了很好的修正,同时对台风区的动力和热力结构均有较好的调整。两组同化试验对于台风的路径、强度、降水等预报要优于控制试验,并且对背景误差协方差尺度化因子优化调整可以更有效地吸收雷达观测资料并提供更多的中小尺度信息。     

北■海域台风浪数值预报模式的应用和发展

北海域位于东海南部,为灾害性台风浪的频发海域,直接影响本海域的台风,平均每年为３次,给社会经济带来了很大的危害。本文主要是在应用“八五”攻关成果的基础上,利用历史资料,筛选出一套适合于北海域的台风浪数值预报模式,并试图对它进行优化和发展：①在计算时,将采用（１／４）°×（１／４）°的细网格;②在边界条件的处理上,将扩大计算区域,把大区域得到的结果作为本海域的边界条件;③优化海上风的预报模式,以提高风场的预报精度,进而提高浪场的预报精度;④调整地形信息场,预报海浪数值预报模式调用。经过对９７年影响本海域的两次台风过程的试预报,预报效果令人满意,模式的运行也很稳定。海浪数值预报模式得出的结果,可以为防台减灾提供科学的依据,也可供海浪经验预报和海洋工程作参考。     

变分伴随数据同化在海表面温度预报中的应用研究

将变分伴随数据同化技术应用于海表面温度(SST)数值预报.采用中国近海海表面温度短期数值预报模式,将船舶测报海表面温度同化到该模型中,对SST初始场进行优化.文中给出了中国近海SST数值预报同化模型5d试报结果与观测值的比较,整个区域的均绝差由同化前的2.71℃降至0.87℃,即变分伴随数据同化对改进SST数值预报的效果是比较明显的,表明它可成为SST数值预报初始化的新方法.     

粤东海岸台风风暴潮数值预报

粤东海岸台风风暴潮数值预报取风暴潮运行的全流方程组及其有限差分方程组，并取Jelesnianski飓风模型，在注意到复杂海岸和海洋边界的同时，采用独特的边界布局、复合开边界及使用简便的固化预报程序处理方法，提出了一组可适用本海岸的台风风暴潮数值预报模式。在闽粤海岸经袭击影响粤东海岸的18场历史台风风暴潮的数值计算试验，有实测增水资料可对比的试验结果中，多数试验的计算与实测台风增水曲线拟合较佳，达到本项目研究的预期目标。试验结果有力地证明了该风暴潮数值模型是可靠的，可加以推广和应用。     

基于WRF模式同化QuikSCAT风场资料的初步试验

利用美国最新推出的中尺度区域模式WRF(Weatherand Research Forecasting model)和中国数值预报创新基地开发的三维变分同化系统GRAPES(Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System,1．0版本),以2002年台风“黄蜂”为例,通过控制试验和同化试验的对比分析,探讨了散射计风场资料同化对台风“黄蜂”三维结构分析和预报的影响。初步的结果显示,同化散射计风场资料对台风的大风风场分析、台风中心位置和海面气压场等都有明显的正效应,而对于预报场的改进相对有限。     

9711号台风的路径分析与预报

分析了“9711”号台风的大气环流形势、涡度场、潜热能场、θse场以及日本和北京的数值预报,认为台风有向这几种要素场的相对高值区或远离其低值区移动的趋势,副热带高压的强弱和进退制约着台风的移动方向。     

双多普勒雷达资料同化在飓风“艾克”预报中的应用研究

本文采用美国国家大气研究中心（NCAR）开发的中尺度数值模式WRFV3.7及其三维变分同化系统WRF-3DVAR对2008年飓风“艾克”进行了数值模拟研究。利用多普勒天气雷达观测资料具有高时空分辨率的优点,将美国两部多普勒天气雷达资料进行速度退模糊等必要质量控制后同化进中尺度数值模式,考察雷达资料同化对飓风“艾克”预报的改进程度。试验结果表明:将雷达资料用于对流尺度分辨率下飓风初始化需要对变分同化系统中特征尺度化因子进行优化调整,使观测资料能够以较为合理的方式调整模式初始场并进而改进预报;雷达径向风同化可以有效调整模式初始场中的飓风动力和热力结构,而经过尺度化因子调整后的雷达径向风同化则在飓风观测中心位置产生较为合理的气旋性风场增量,提供更为确切的中小尺度信息,使模式初始场更加接近观测并进而改进对飓风路径和强度的预报。     

山东WRF集合预报系统对“麦德姆”台风预报检验

2014年第10号台风"麦德姆"登陆北上,对山东造成较大的影响。此文对业务上常用的各种数值模式对于"麦德姆"台风的预报情况进行了对比检验,重点检验了山东WRF集合预报系统对此次台风的预报性能。结果表明,山东WRF集合预报系统对于此次台风预报具有较高的参考价值。WRF确定性预报台风路径预报类似EC细网格预报,在23日20时以前预报较好,23日20时后预报最好的为T639。WRF集合预报对于台风路径预报具有较好的指示意义。WRF确定性预报02时、14时更新预报效果好于其前面6h起报结果,体现了HYBRID-3DVAR集合混合同化对于改进预报效果的作用。通过中尺度模式与其外层全球背景场模式预报对比发现,由于中尺度模式具有自身的物理参数化方案和同化系统,其对于台风路径的预报效果可以显著优于其全球背景场模式。WRF确定性预报对于"麦德姆"台风降水预报与实况最为接近。对于台风大风预报,WRF集合预报最大值最好。     

台风浪场智能数据库系统

台风及其生成的巨浪是严重的海洋灾害现象，历史受到人们的关注。台风浪场的预报方法大体上有三类，一是以天气学为基础的经验方法；二是统计预报方法；三是基于流体力学的数值预报方法。目前，我国在海浪预报业务中仍以天气学预报方法为主，统计和数值预报方法只起辅助作用。然而，天气学方法往往受到个人经验和手工操作的限制，不但工作效率不高，而且预报效果也受到明显影响。建立台风浪场智能数据库系统，是实现预报业务客观化、     

三维斜压台风模式I.数值方法

一种多重移动套网格斜压台风模式已被应用于海洋环境数值预报。模式采用坐标系的原始方程组作为控制方程。现在用于国家海洋环境预报中心的模式垂直方向为非等距４层,水平方向为ＡｒａｋａｗａＢ型格式,所采用的差分格式满足动量和能量守恒原理。模式控制方程组分离成平流过程和适应过程二组方程,并根据大气运动不同过程的特性,分别采用不同的时间步长和不同的积分方法。预报和后报结果显示该数值方法不仅可以缩短机时,而且可以得到稳定的预报结果。     

浙江省温台海域台风风暴潮的数值模拟

建立温台地区高分辨率非结构三角网格(温台沿海海域网格分辨率不低于200 m),运用ADCIRC模型,建立了温台地区台风风暴潮数值计算模型。通过实测资料对该模型进行了验证,结果表明该模型能较好地应用于温台地区台风风暴潮数值模拟。在实际工作中,若输入的气象因子是质量较高的预报产品,此模式可以用于风暴潮的预报。