暴洪的天气尺度和中-a尺度分析

1.引言在二十世纪七十年代,暴洪已变成美国最重要的自然灾害问题. 在许多方面,暴洪预报问题是类似于强雷暴和龙卷预报、探测和警告问题.建立在堪萨斯城的国家中心有效地管理了强风暴的预报问题,其主要职责是勾画出风暴可能发展(监视阶段)的区域.然而暴洪系统分散在各处,监视和预告阶段的责任在各个州预报局. 2.洪水 a.数据和取样程序美国海洋大气局出版物“风暴资料”(Storm Data),包括了1973-1977年的每月风暴,而且编辑五年暴洪事件的气候分析.但个别事件的有效情报的数量和质量参差不齐.关于发生时间的报告经常是含糊     

关于尺度分析的三个问题和尺度分析

对在一些作者中，在决定时间特征尺度，垂直速度特征尺度和分析高阶微商量级上的分歧进行了讨论，得出了初步结论。即对于单一尺度的运动，τ－L／U，W≤MUH/L和δ^nf/δx^n-F/L^n，根据讨论结果，给出了大气几种常用尺度运动的特征尺度的量级。还与中尺度重力波和强对流情况的分析观测结果进行了比较。     

灾害的时空尺度

本文为灾害学提供了特征时间、特征距离两个概念     

全球不同空间尺度陆地年降水的年代尺度变化特征

基于1951~2010年GPCC（Global Precipitation Climatology Centre）的逐月降水数据,利用集合经验模分解法（Ensemble Empirical Mode Decomposition,简称EEMD法）对全球、东西半球、五个大陆和四个典型干旱半干旱区等不同空间尺度年降水量的年代尺度特征进行了研究,区分了不同空间尺度上降水的年代际变化及其长期趋势。结果发现:（1）全球陆地平均降水既存在年代际的周期振荡,又存在长期变化的趋势,降水的年代际周期振荡的强度远大于降水的长期趋势,两者的共同作用使得全球陆地平均降水呈现以年代际周期振荡为主的特征。（2）在半球尺度,2000年以前,东、西半球具有明显相反的年代尺度变化特征,东半球变干（降水减少）,西半球变湿（降水增加）。（3）1951~2010年,欧亚大陆和非洲大陆与北美、南美和澳洲大陆的年代际振荡和趋势存在着一个近似反位相的关系;干旱化与干旱时段是完全不同的两个过程,两者所处的时段也不同;近10年（2001~2010年）全球五个大陆可能将进入一个相对湿润的时段。（4）四个典型干旱半干旱区降水的年代尺度变化具有明显的区域差异。总体来说,华北和北非与北美和中亚降水在长期趋势及年代际振荡上具有反位相的特征。华北和北非的年代际振荡具有近似的位相。在最近几十年,北美和中亚同处于湿润时段,但前者开始于1975年,后者开始于1985年。此外,中亚的第一个湿润时段（1959~1968年）却对应北美的干旱时段。     

统计降尺度方法在北京月尺度预测中的应用

利用SDSM(statistical downscaling method)方法对北京47年(1961-2007年)的最低、最高气温和降水变化情况进行模拟评估,在此基础上对2008年北京奥运期间和2009年国庆期间天气变化进行实际预测应用。结果表明,SDSM方法具备模拟气温和降水等要素的能力。从年际变化模拟的情况上看,SDSM模型对气温模拟的效果好于降水,其中对于月平均最低(最高)气温模拟的效果好于最低(最高)气温极值的模拟。模型模拟的逐年极端最高(最低)气温结果在整体上偏低于实况气温,体现出气温极值模拟能力的不足。SDSM模型模拟的降水量整体上小于实测值,对降水极大值模拟能力更弱。对奥运会和国庆期间北京天气预测结果表明,模型对日最高、最低气温和降水的数值预测能力较差,预测值偏低于实际值,但升温和降温过程发生的时段能够准确的预测。     

气候影响尺度初探

气候变化影响到人类社会活动的各个方面,这巳引起了人们的普遍关注,并逐步地为人们所了解。但随着气候影响研究的不断深入,人们将进一步要问:一次气候变化的影响究竟能持续多久,它的影响范围究竟有多大?要回答这个问题,必须首先讨论气候影响尺     

多尺度残差金字塔网络模型三维气象要素降尺度研究

本文将研究对象从地面气象要素扩展到三维气象要素;针对三维气象要素空间分辨率提升问题,融合多气象要素交互影响、多尺度作用、多气压层气象要素天气系统配置作用等机理,提出一种多尺度残差拉普拉斯金字塔网络三维气象要素深度学习降尺度模型（Multi-Scale Residual Laplacian Pyramid Network,MSRLapN）。具体地,构造一种多尺度残差模块（Multi-Scale Resolution Block,MSRB）,用于从三维空间多种气象要素中自动提取预报特征;从机器学习领域引入多尺度金字塔技术描述气象要素的多尺度交互作用;然后,通过超分辨重建循环迭代方法,基于大样本历史数据学习订正降尺度预报的误差。在华东气候区,本文针对相对湿度和风速两种气象要素,实现了7种前沿深度学习超分辨降尺度方法的三维空间气象要素降尺度,并将本文提出的方法与这7种深度学习超分辨降尺度方法与之对比,实验结果表明：MSRB模块可从数据中有效提取三维气象要素多尺度作用的特征信息,MSRLapN有效实现了三维气象要素降尺度,效果优于其他对比方法。     

对流尺度相互作用动力学

1.引言Bohan(1981)用高分辨静止气象卫星资料制作的影片指出了对流尺度相互作用(CSI)(Purdom,1979)在决定深厚对流发展和演变过程中具有非常重要的作用。CSI 与降水对流风暴产生的外流边界有直接联系,表现为这些外流边界(弧状云线,Purdom,1973)与其它对流区、对流线以及边界的合并     

华南飑线升尺度增长过程中的多尺度能量相互作用分析

采用WRF模式对华南飑线的升尺度增长过程进行模拟,利用Barnes滤波将模式数据分解为三个尺度,分别代入相应的能量方程中进行计算,从能量角度研究飑线升尺度增长过程中动能和位能的变化,以及三个尺度系统能量的相互转化.研究表明:动能的变化与飑线过程中各尺度系统的演变有较好的对应,β中小尺度对流的发展对应β中小尺度系统动能的...     

西北太平洋上热带气旋尺度变化率与其尺度和强度的关系

为了进一步了解热带气旋(TC)尺度变化与其结构的相关关系,本文基于多平台热带气旋表面风场资料,通过相关分析得出西北太平洋上TC的24 h尺度变化率(SCR)与其尺度,强度以及强度变化率(ICR)的相关系数分别为-0.43,-0.12,0.25.其中SCR-ICR的相关关系主要受不同发展阶段的影响,在TC均达到/均未达到...     

次天气尺度与天气尺度系统间动能交换的诊断分析

本文应用低通滤波器分离天气尺度和次天气尺度运动,计算了暴雨系统中这两类运动之间的动能交换。次天气尺度运动在高空将动能转换给天气尺度,最大的动能转换发生在对流层上层300—100毫巴,500毫巴以下则相反。次天气尺度系统在动能平衡中起重要作用。这种分析方法还可用于研究大尺度运动之间的相互作用。     

副热带天气尺度和次天气尺度系统短期演变的一般机制

将包含水汽潜热和摩擦因子的平衡模式ω方程适当简化,形式上与准地转方程相似,在简单谐波分布的假定下,由此求得各标准气压层上垂直运动和涡度倾向的近似解析解,它是包含所有各气压层上涡度源变和温度源变(或称“广义平流”)以及地形强迫作用的一组线性多项式。各项的系数分别表现出该项源变或地形强迫作用对某一气压层上垂直运动或涡度倾向的影响。针对几种典型情况,计算出这些影响系数,这有助于定性地诊断天气尺度和次天气尺度系统短期演变的物理过程,适用于副热带情况。     

武汉暴雨过程中天气尺度与次天气尺度系统的相互作用

利用动能方程计算天气尺度与次天气尺度系统动能以及非线性动能的作用,以分析1998年7月发生在武汉的1次强降水系统中的主要动力过程。结果表明:在暴雨系统中,存在着天气尺度系统与次天气尺度系统间的相互作用,天气尺度动能减小,次天气尺度动能增加,但天气尺度动能和次天气尺度动能不能直接进行转换,而必须通过不同尺度之间的非线性相互作用来实现。也就是说,对次天气尺度系统而言,天气尺度系统是动能源,通过非线性相互作用,把能量传递给次天气尺度系统。     

热带运动的尺度分析

本文对热带大尺度运动的动力学特征作了尺度分析,与Charney不同,在文中首先引进热带经向宽度动力学定义,分析表明,在这种情况下,热带运动的性质将因其纬向尺度与这个经向宽度之比而异。当这个比值的量级为O(1)时,运动是层结三维的,当这个比值的量级甚大于O(1)时,类似于Charney的结果,运动将趋于正压化。     

超长波的尺度分析

对大气运动的纬向超长波(纬向波长L_x～10~4公里;经向波长L_y～10~3公里)和经向超长波(L_x～10~3公里L_y～10~4公里)进行了尺度分析,得到适合这两类超长波运动的近似方程,若L_x～L_y～10~4公里,则上述方程变成Burger方程。在线性情况下讨论了水平和垂直尺度的不均匀性对超长波移速的控制作用,并且对能量转换方程进行了尺度分析,得出了各类超长波内在统一的三度空间的结构图象。     

风暴尺度集合预报中不同初始扰动的多尺度发展特征研究

基于WRF模式构建集合更新预报系统,利用Haar小波分解方法分析了北京"7·21"特大暴雨过程中三种初始扰动方案所构造集合扰动的多尺度特征,基于此探讨了混合初始扰动方法的可行性,并对比了三种扰动对误差的模拟能力。其中扰动方案一是由集合转换卡尔曼滤波方法(ETKF)对NCEP全球集合预报的分析扰动更新后得到,扰动方案二(DOWN)是直接由NCEP全球集合预报扰动插值到试验所设置的模式网格中得到,而扰动方案三(BLEND)则是将上述二者通过Barnes滤波进行尺度混合后得到。结果表明:各组扰动的能量均随时间增长,其中包含分析不确定性的ETKF扰动在预报中前期有较高的中小尺度能量,而DOWN扰动有较高的大尺度能量且能量增长速度明显快于ETKF,二者能量的大值区最终都向中尺度(64~128 km)部分发展,混合后的扰动(BLEND)能量在预报中前期增长速度最快,综合表现最优。从扰动成分来看,ETKF和DOWN中在预报前期可以快速增长的部分均集中在8~32 km的小尺度上,64~128 km部分的中小尺度的扰动信息增长缓慢,而256 km的中尺度信息则很快被耗散,这为如何选取合理的滤波波段构造多尺度混合扰动提供了依据。从降水预报结果来看,控制预报误差主要集中在降水的大值区,虚假初始扰动会导致预报初期产生虚假降水区;在暖区降水阶段,扰动对误差的模拟能力较弱,而在锋面降水阶段,扰动对误差的模拟能力明显提高,总体来看大尺度的误差较难模拟,三种方案中BLEND对误差的模拟能力最强;根据扰动-误差的相关分析同样验证了BLEND在误差模拟能力方面的优势;在降水预报TS评分方面,各组集合试验均优于控制试验,其中BLEND的效果略优于ETKF和DOWN。     

基于风暴尺度模式产品的暴雨最优升尺度概率预报方法研究

基于ARPS3DVAR+WRF (Advanced Regional Prediction and 3-dimensional variational System)快速同化模式对西南地区近几年发生的4次强降水过程进行模拟试验,对12 h降水预报结果采用升尺度方法,计算邻域平均预报、站点概率预报,最终形成邻域概率预报,并细致分析了这三种预报的特点与效果,讨论了升尺度窗区尺度给不同量级降水带来的影响,最后结合AROC评分与邻域空间检验FSS讨论业务概率预报应用的最佳尺度。结果表明:升尺度邻域平均预报在小雨与大暴雨量级降水上表现不稳定,对中雨的预报提高不明显,但是对大雨与暴雨预报有较好的改善效果;站点概率预报具有一定的误导性,而邻域概率预报可以弥补其缺憾,越高分辨率的模式有更多的降水样本,在降水不确定性上能给出更好的概率分级信息;相对邻域平均的升尺度预报TS检验结果,基于邻域概率的FSS和AROC分析有更好的预报技巧指导意义;36 km升尺度窗区既能消除一定程度的强降水预报不确定性,同时也可以保留适当的对流尺度特征,为最佳升尺度窗区。     

一种分离暴雨过程天气尺度和次天气尺度特征的方法

作者提出利用奇异谱主分量重建技术进行气象变量场尺度分离的新构想,并设计出尺度分离的具体实施方法.使用此方法对1998年7月下旬长江流域强暴雨过程的卫星观测亮温(TBB)场进行了试验性尺度分离.结果表明,该分离技术可以将这次暴雨过程天气尺度和次天气尺度系统的基本结构清晰地分离出来.在天气尺度场上,长江流域呈现出明显的切变线上连续性对流云系的特征.在次天气尺度场上,可以清楚地显现出偶极子系统的演变特征,其活动与暴雨过程有很好的对应.     

一次暴雨过程中天气尺度与次天气尺度系统的相互作用

文章利用动能方程计算天气尺度与次天气尺度系统动能以及非线性动能的作用，以分析强降水系统中主要动力过程。结果表明:在暴雨系统中，存在着天气尺度和次天气尺度系统间的相互作用，次天气尺度运动增加天气尺度动能，使暴雨系统得以维持。