极轨气象卫星资料地理定位误差评估与订正方法综述

首先介绍了极轨气象卫星资料地理定位误差的来源,回顾了地理定位误差的研究状况.随后重点分析了3种可行的定位误差评估与订正的数学方法,并结合极轨卫星资料定位误差的订正实例,对不同订正方法进行了比较和讨论.最后展望了地理定位误差订正方法的研究方向.     

Wave-CISK与对称不稳定

本文主要研究了存在凝结加热时的对称不稳定,对流凝结加热采用了Wave-CISK方案.计算结果表明对流凝结加热通过CISK机制可以产生传播的对称不稳定扰动,且对扰动的传播方向、增长率及结构有影响.     

圆形涡旋中的惯性重力内波不稳定和对称不稳定

用Boussinesq近似下的轴对称径向二维柱坐标系中的线性扰动方程组,讨论了圆形大气涡旋系统中扰动的惯性重力不稳定和对称不稳定。在环境为正压情形时,惯性重力内波不稳定的条件为#A(μj/R0)2N2+n2F2<0;当环境为斜压时,具有平行型扰动特征的惯性重力波发展的条件为Ri＊<1-[(3/2)+m]2,此时表现为对称不稳定。可见,惯性重力内波不稳定和对称不稳定都可作为台风、气旋一类圆形涡旋中扰动形成和发展的机制。     

Wave-CISK与快速增长的对称不稳定

本文应用一准两维的非静力平衡数值模式研究了凝结加热反馈对线性及非线性对称不稳定的影响。数值试验结果表明:当Ri<1时,对于一定的加热廓线,Wave-CISK可以激发出快速增长的线性对称不稳定,其指数增长率比无加热时增加一倍半,并产生向暖区的移动,而加热廓线对对称不稳定的发生发展及结构都有明显的影响。具有凝结加热的非线性对称不稳定在其发展初期与线性情况相同,当扰动增长到一定强度,非线性作用增强,其不稳定增长速度就减慢,原来对称的环流结构被破坏,正环流不断减弱,负环流不断增强。     

从不稳定能量角度对条件不稳定相关问题的讨论

大多数深厚的局地对流是在条件不稳定的层结中发生的,这就有必要考虑较厚气层对由底部上升气块所可能产生的总影响。从能量角度讨论了条件不稳定问题中的不稳定能量和对流有效位能,并利用观测资料、结合实例分析了单站地面湿静力能与条件不稳定中不稳定能量的关系。主要结论如下:（1）从能量观点,对对流有效位能的两种定义进行了讨论,认为对流有效位能定义为正、负不稳定能量之差时,其与动能相联系的表达式中包含了低层抬升速度,可以更全面地用于强对流天气预报,尤其是中国南方暖季的强对流预报。（2）气块从底层上升时,无论经历的是干绝热还是湿绝热过程,湿静力能守恒,所以总能量的变化就是动能的变化,等于外界合力对气块做功的大小,不存在湿静力能向动能的转换。（3）从本质上来说,单站低层湿静力能的时序变化用于对流预报的意义在于预示着正、负不稳定能量的改变,从而影响不稳定能量的值。这可以弥补由于高空探测时间分辨率较粗,不能计算逐时正、负不稳定能量的不足。      

长江流域一次暴雨过程中的不稳定条件分析

文中分析了 1998年 7月 2 0～ 2 3日发生于长江流域的持续性降水和暴雨过程 ,在分析大尺度降水和中小尺度暴雨相对应的环流场和天气实况的基础上 ,主要分析相应大气层结的对流不稳定和条件性对称不稳定条件 ,并对切变线上涡层不稳定做了重点介绍和分析 ,计算了条件性对称不稳定判据和涡层不稳定判据。结果表明 :降水期间大气低层有对流不稳定和对称不稳定能量的积聚 ,在这两类不稳定条件都基本满足的情况下 ,涡层不稳定的维持对此次降水过程中暴雨的发生提供了有利的不稳定环境场 ,具体的计算分析还表明环境场的配置制约着切变线上低涡扰动的发展 ,是造成降水的重要原因之一。     

超强不稳定和弱切变环境下一次飑线过程的雷达资料同化与分析

利用中尺度模式WRF及其3DVar同化系统,对武汉附近多普勒雷达资料进行循环同化,并结合NCEP FNL分析资料、自动站降水资料、雷达回波和探空资料,对2011年7月26日发生在湖北的一次飑线过程进行环境条件分析和同化研究。探空显示：此次飑线发生在超强不稳定和弱的风垂直切变环境中。雷达回波表明：系统内存在东北-西南向和西北-东南向的两条回波带,前一条为飑线主体,在发展和成熟过程中缓慢移动;后一条的西北段快速减弱,而东南段逐渐与前一条合并。利用同化雷达资料后的模式预报场诊断分析表明：初期,虽然动力抬升条件不利于单体的新生和发展,但强不稳定能量却为其提供了强热力抬升条件;在发展期,低层风垂直切变和冷池虽然向有利于飑线发展的方向演变,但强度仍然较弱,而不稳定能量仍起主要作用,飑线是在不断增强的动力抬升和强热力抬升共同作用下逐渐成熟;后期,环境中不稳定能量大减,冷池强度也明显强于低层风垂直切变,动力和热力条件均不利于飑线进一步维持,飑线衰亡。     

赤道不稳定波能量收支的数值模拟分析

最新海表温度卫星观测资料分析表明在赤道东太平洋和大西洋附近存在赤道不稳定波（tropical instability waves）。赤道不稳定波通常于每年春末夏初出现,以约0.6 m/s速度向西传播,周期为20~40天左右,波长约为1 000~2 000 km,可改变赤道附近海洋的热量平衡,并引发强烈的局地海气作用。利用CCSR/NIES/FRCGC AOGCM MIROC 100年的模式输出结果,计算了赤道不稳定波的爆发时间、波长、传播速度、周期,并与观测资料作对比分析,以考察模式对赤道不稳定波的模拟能力。结果表明,模式较好地再现了热带太平洋的海洋内部中尺度动力-热力作用过程,成功模拟了赤道不稳定波的基本特征,发现赤道不稳定波主要存在赤道南北不超过6个纬度的浅层海洋中,除赤道表层外4~6 ?N海洋温跃层中也有赤道不稳定波。对赤道不稳定波的能量进行诊断分析表明其能量主要来自赤道附近洋流经向切变产生的正压不稳定,赤道以北海洋温跃层中赤道不稳定波能量主要来自由浮力作用产生的斜压不稳定,两者的共同作用形成了赤道不稳定波的赤道不对称结构。     

江西暴雨期间T639模式的短期预报效果检验

选取2010年江西汛期(4-6月)11次暴雨天气过程,对T639模式的短期预报效果进行检验.结果表明,T639模式能准确反映亚洲中、高纬度大尺度环流的演变趋势和调整,对蕈大天气过程有较强的预报能力.模式对副高脊线位置预报误差较小.对副高强度和西脊点位置的预报随着季节转变存在系统性误差,4-5月预报的副高强度较实况明显偏...     

自动气象站雨量误差分析及维护

在分析翻斗式雨量传感器产生误差的现象与原因的基础上,介绍了具体的调整和维护方法,并认为雨量调整涉及的问题较多,也比较复杂,只有在确定是由于传感器基点位置不正确而造成的雨量误差时,才做基点调整,且一般不提倡台站自行进行调整.     

近二十年来暴雨和强对流可预报性研究进展

大气可预报性研究是开展天气、气候预测的基础科学问题。全球变暖背景下,近年暴雨和强对流等中小尺度灾害性天气频发,如何深入认识其可预报性问题成为了天气领域研究热点,也是制约数值天气预报模式能力提升的重要因素。本文在简要回顾国内外大气可预报性研究历程的基础上,重点对近二十年（1999～2018）国际上关于暴雨和强对流可预报性方面的最新研究进展进行了系统的综述和归纳。主要包括:中小尺度可预报性研究的主要方法和评估手段及其与传统大尺度天气可预报性研究的差异,初始误差增长机制的几种主要观点及其争论（误差升尺度、误差降尺度、升降尺度并存）,数值模式误差和对流环境误差对实际预报性的影响,以及最近的中尺度可预报性科学观测试验进展等。最后,对暴雨、强对流可预报性研究存在的问题、未来发展方向进行了简要的讨论和展望。     

"0604"台风暴雨的数值模拟与诊断研究

采用非静力MM5( 3.5)中尺度数值模式对2006年7月14-15日湘南-粤北0604(BILIS)台风暴雨天气过程进行了数值模拟与诊断分析,结果发现暴雨区始终位于不稳定能量高值区域,并存在对流不稳定及条件性对称不稳定两种机制.强降雨中心附近非地转湿Q*散度是正、负相间分布,暴雨中心在低层对应非地转湿Q*散度负值中心,在高层对应正值中心,并位于次级环流低层上升支一侧.次级环主要是由风的水平切变和垂直切变差异效应造成的,其次是非绝热加热作用,且与暴雨的发展相一致.     

CMA全球集合预报系统误差增长及预报性能的尺度依赖特征诊断分析

利用CMA全球集合预报(CMA-GEPS)业务系统 2020年 6月 1日至 2021年 5月 31日一整年的 500 hPa位势高度场(H500)预报数据,诊断评估了CMA-GEPS在北半球地区误差增长及预报性能的尺度依赖特征.使用谱滤波方法实现H500 不同尺度(包括行星尺度、天气尺度与次天气尺度)分量的分离.从集合平均均方根误差(简称集合平均误差)-离散度关系来看,在预报前期(108 h之前),CMA-GEPS集合平均误差小于集合离散度,存在过度发散的问题,主要是由天气尺度分量离散度过大导致;在预报后期(108 h之后),CMA-GEPS集合平均误差大于集合离散度,离散度偏小,是由行星尺度与天气尺度分量离散度不足共同引起.采用Dalcher等 1987年修订的误差增长模型对H500 集合平均预报误差增长特征进行诊断分析,发现CMA-GEPS误差增长过程合理,初始误差在次天气尺度上增长最快,行星尺度上增长最慢;就绝对(相对)误差而言,模式误差对预报误差的影响随空间尺度的增大而增大(减小).此外,将使用 1989至 2018年共计 30a的ERA-Interim再分析逐日数据得到的气候态分布作为参考预报,通过连续分级概率预报技巧评分(Continuously Ranked Probability Skill Score,CRPSS)检验了CMA-GEPS H500 及其不同尺度分量的概率预报技巧.结果表明,行星尺度分量概率预报技巧最高,次天气尺度分量最小,未经滤波的H500 预报技巧位于行星尺度与天气尺度分量预报技巧之间.上述诊断结果可为CMA-GEPS改进方向提供一定的客观依据.     

中期数值天气预报的误差订正方法探讨

本文利用一个全球谱模式（T63L9）和1994年4个时段个例的全球客观分析资料探讨了中期数值天气预报的误差订正方法。个例分析的结果表明,采用定常误差订正和时空平滑误差订正方法,误差订正效果显著,可考虑在业务系统中采用。     

全球资料同化中误差协方差三维结构的准确估计与应用Ⅰ:观测空间协方差的准确估计

观测误差与背景误差协方差在四维资料同化和业务资料分析系统中起到决定性作用,它决定着观测信息与背景初猜值信息的相对重要性以及这些信息在空间及不同变量间的扩展方式.由于实际大气的真值并不知道,需要发展不同的技巧来估计观测误差与背景误差协方差,其中在观测空间利用观测与背景初猜值之差来分离观测误差与背景误差协方差的方法估计出的结果较为准确,其估计出的观测误差可直接用于资料分析系统中,背景误差可作为标尺来度量其他方法估计结果的可靠性.文章采用国家气象中心T213L31全球中期分析预报系统的6 h预报作为背景初猜场及同时段冬夏两个季节的北半球探空,利用贝塞尔函数拟合方法来分离观测误差与背景误差协方差,并比较了东亚区、北美区、欧洲区3个探空资料均匀密集区的区域与季节变化结果.结果表明,观测空间拟合方法所要求的水平均质、各向同性在欧洲区和北美区成立程度较好,在东亚区略差,使用时需要斟酌.此外均方差区域间差别较大,在冬季明显大于夏季,温度场偏大0.2 K,风场偏大0.9 m/s.温度场在400 hPa以下与150 hPa以上,背景误差略小于观测误差,而在200-300 hPa,背景误差略大一些.风场的特点与温度场比较一致.温度与风场背景误差主要集中在前40波,并在20波左右达到最大,水平相关季节区域差别不大,而温度垂直相关比风场窄,两者相关范围比较大的波数主要集中在前20波.此外利用贝塞尔函数拟合方法获得结果的分析表明,在质量场中不同区域季节间温度误差的稳定性要明显好于高度场,涡度散度的稳定性要明显好于流函数和势函数,特别是对于特征长度更为明显.这表明利用贝塞尔函数拟合方法获得的结果对校准在全球资料同化中采用温度、涡度散度作为资料同化的分析变量具有一定的优势.     

1980-2010年中国南方雷暴频次的统计特征及其变化

利用1980-2010年中国南方20站逐日多时次天气观测资料,统计了雷暴的日、季节、多年变化特征,以及相应的大气物理量和环流特征变化。结果表明:雷暴频次的日变化呈午后到凌晨多,12:00(世界时,下同)频次最高(9%),03:00最低(2%);夏季频次高冬季低,其中7-8月最高(35%),12月至次年1月最低(1%)。20世纪80年代至21世纪初,年际和夏季(7-8月)雷暴频次均呈下降的趋势,分别为-1%·(10a)-1和-3.5%·(10a)-1,21世纪00年代后则有弱的增加趋势。全年统计雷暴日降水占总降水的48%,而在夏季则为64%。全年和夏季雷暴日降水比率的变化,均与雷暴频次的变化有较好的一致性,相关系数分别达0.46和0.71。对应雷暴频次的年际变化,东亚地区大气环流场表现出大尺度的异常变化。雷暴频次偏高时,西太平洋副热带高压异常偏弱,南方对流层中上层有异常的上升运动。同时,从热力不稳定指标上看,夏季异常偏高的全总指数、异常偏高的对流有效位能指数均与夏季雷暴频次显著相关,分别为0.58和0.76。而近30年南方雷暴频次与对应的地面气温存在统计上的关联,但这是否与雷暴热力和动力因子对全球气候变化的响应有关,尚需深入研究。