初始场的同化对短期气候预测的影响

基于已建立的三维变分资料同化系统(3D-VAR),利用大气环流模式(IAP9L2°×2.5°-AGCM),对同化和未同化2种初始场分别进行了17a(1988—2004年)的集合回报试验,并对试验结果进行了相关分析.结果表明:在热带地区,2组初始场下的集合回报结果差别很小,除热带外的中高纬地区差别较大,尤其是东亚地区;另外,大部分物理量场的17a异常空间相关系数的均值在同化后的初始场下也得到了提高,可能是因为同化的初始场包含了一段时间的大气信息,动力模式更加协调.     

气候数值模拟研究中初始场衰减理论的理解和应用

根据对大气原始方程的定性理论和相空间的理论研究,初始场对数值模拟的作用会随着时间的增长而逐步衰减.文章分析初始场作用衰减理论的关键问题,通过对大气环流谱模式SAMIL和ECHAM的数值试验,在实际的计算环境中研究其初始场作用的变化情况.研究中使用到对舍入误差干扰的一种集合消减方法(REME),保证了验证试验所受舍入误差的影响小于给定的范围.结果表明有舍入误差存在的计算环境中,当初始差别较大时,其逐步衰减到一个波动值.而对于特别微小的初始场差别,其长期影响也应是衰减的,但由于计算精度有限,可能会出现增大到一个波动值的现象,这些结果与非线性误差理论所描述的误差饱和现象一致.试验得到了具体模式的衰减速率曲线,发现衰减需要的时间范围大约为40-60 d.文中还利用初始场作用衰减的理论探讨了如何解释初始场集合预报(IME)能够减少模拟结果误差的现象.     

夏季季风区气候的模拟特征

用一个由大气模式、土壤模式和水域模式三个子模式组成的模式模拟了夏季风区的气候特征。模拟得到的平均气候特征,如温度场、风场、降水和蒸发场均与实际观测场接近;模式模拟出季风区的地面气候特征,表明其与大气状态和下垫面性质关系密切;对加热场的模拟则表明,积云对流凝结潜热加热对总加热率的贡献最大.     

大气初始场对短期气候数值预测的影响

利用中国科学院大气物理研究所发展的九层大气环流模式(简称IAP 9L2°×2.5°-AGCM)分析了大气初始场对短期气候数值预测的影响,分别从实际观测海温、海冰的外强迫和气候态海温、海冰的外强迫出发,进行两组集合回报试验,每组包含3个试验,分别将实时NCEP-Ⅱ资料和对NCEP-Ⅱ资料经5 d平滑、11 d平滑后的资料作为大气初始场,进行17 a(1988—2004年)集合回报试验,采用相关分析方法对试验结果进行对比分析。结果表明,比较相关系数定量检验出大气初始场对热带地区可预报性影响较小,而对中、高纬度地区影响很大。通过对6个试验中对应气象要素在对流层各层距平时间相关系数以及17 a空间异常相关系数均值比较分析发现对东亚(中国)地区夏季气候而言,NCEP-Ⅱ资料经5 d平滑后生成的大气初始场对应回报试验结果相对最好。     

不同初始场对一次西北地区暴雨影响的数值模拟研究

利用WRF3.8.1模式研究了 GRAPES_GFS、FNL和ERA-interim三种资料形成的不同初始场对2017年8月6-7日西北地区一次暴雨过程模拟结果的影响.此次暴雨是由于南亚高压和高空急流的加强,副热带高压西伸北抬,偏东风低空急流和低空切变线的发生发展造成;三种资料中只有GRAPES_GFS资料中可以分析出...     

初始场和分辨率对WRF模拟对流性降水的影响

文章利用WRF模式分析了2015年7月29日内蒙古中部地区一次典型冷涡过程带来的对流性降水,探讨了初始场和网格分辨率对对流性降水模拟结果的影响。初始场和网格分辨率均会影响模式模拟结果,对于对流性短时强降水而言,在相同的初始场条件下,网格分辨率越高,对降水强度和落区的预报越准确,而在相同的高分辨率网格条件下,初始场的精度越高,模拟不同等级降水的TS评分均较高,表明在高分辨率网格和高精度的初始场条件下,模式对不同等级的降水均有较好的模拟。     

海风发展对模式初始场依赖的敏感性试验

本文建立了一个二维的中尺度静力模式，考虑了长短波辐射，湿凝结和土壤等物理因子，用六种典型的初始风场对海风发展作了敏感性试验，发现至少有一部分中尺度系统发生发展的结构与性质可以不依赖于初始场的中尺度特征，而是由局地中尺度强迫作用决定的。但是，中尺度系统的强度与位置仍然受初始场的影响。     

不同初始场资料对台风“桑美”数值模拟的影响

以2006年超强台风"桑美"为个例,分别以GFS(全球预报系统)再分析资料和JMA(日本气象厅)区域客观再分析资料为初始场,利用中尺度模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)对台风"桑美"进行高分辨率数值模拟,分析不同初始场资料对台风内部结构和移动路径的影响。结果表明:对于500hPa高度场和850hPa水汽、风场等预报,GFS再分析资料和JMA区域客观再分析资料均能较好地把握台风整体的流场形势。从700hPa风场、近地面风速、降水、雷达反射率、最小海平面气压和最大风速等模拟效果来看,JMA区域客观再分析资料均优于GFS再分析资料。对于台风路径的预报,前15h内JMA区域客观再分析资料较GFS再分析资料要好,而15h之后,以这两种资料作为初始场的台风预报路径与实况均有较大偏差。     

降水量的直接同化对初始场的影响

四维变分法用严格的数学方法、合乎逻辑的物理过程根据观测资料和模式本身来获得一个最优的初始场,是当前最先进的四维资料同化方法之一.作者用四维变分法对自动站降水量作直接同化,对初始场增量进行了分析.结果表明降水量的同化对初始场中热力性质的量影响相对较大,对低层的影响大于高层,大部分增量在925 hPa至850 hPa层间达最大.通过同化,北京地区对流不稳定性明显增加.对风场的增量分析表明,同化增加了一些中尺度信息.对于散度场和水汽通量散度场,同化有使低层辐合加强的趋势.通过同化,在MM5初始场上增加了原先没有     

非静力平衡模式的中尺度非均匀初始场试验和锋面模拟

用非静力平衡二维中β－γ尺度大气模式,选取１９８７年欧洲的一次冷锋过程为个例,以法国的静力平衡模式的模拟结果为初始场,选用５ｋｍ,２５ｋｍ,４５ｋｍ３种水平格距进行了水平范围为２０００ｋｍ的模拟,结果表明：（１）中尺度非静力平衡模式应用非均匀初始场,而不加人为的初始扰动是可行的;（２）扰动量的初始场中π′的精度要求很高,应严格符合静力平衡条件,否则就会产生严重误差,甚至在一个时步内改变垂直速度;（３）５ｋｍ,２５ｋｍ,４５ｋｍ３种格距的对比模拟表明,５ｋｍ格距的非静力平衡模式能模拟出锋面上的多个中β尺度对流,且垂直速度场分布与实际最接近,而后两种格距只能模拟出锋面上的大范围上升区,不能细致地描述锋面对流结构。     

包络地形和重力波拖曳对气候模拟效果的影响

该文用Nju-PσM的数值试验, 研究了包络地形和地形重力波拖曳作用对7月气候模拟效果的影响.通过试验结果的对比分析, 发现包络地形和重力波拖曳作用都可在一定程度上改善模式的模拟性能, 使模拟结果更符合气候实况.     

辐射参数化的变化对模式中期和月预报的影响

在T106中期数值预报模式和T63气候模式中进行了两种辐射过程参数化的对比试验。目前在这两个模式中用作对照积分的辐射方案(OPE)是ECMWF的早期业务方案，而新的辐射方案(NEW)是ECMWF 1989年5月2日成为业务的版本。试验结果表明，OPE高估了短波水的吸收，导致太大的短波大气吸收和地表太小的向下短波辐射；OPE还低估了长波辐射冷却和大气顶的向外长波辐射(OLR)；NEW增加了地表有效辐射能量和对流层总的冷却，产生了较大的湍流热通量，对流活动加强，降水量明显增加；NEW还使平流层温度偏暖得到矫正。业务平行试验的统计检验表明，NEW对4～7天中期预报有较显著的改进。     

气候变化对江苏省采暖和降温耗能的影响

利用江苏省气象观测站1961—2012年逐日平均气温资料,分析了江苏省采暖度日和降温度日的时空变化特征,探讨了气候变化对江苏省采暖耗能和降温耗能方面的影响。结果表明,近52 a全省采暖度日以淮北大部分地区以及盐城北部地区最多,苏南地区最少;空间变化趋势均为明显减少,且以苏南中部和江淮南部大部分地区减少趋势最为明显。而降温度日以苏南地区最多,淮北东北部和盐城北部地区最少;空间变化趋势以苏南和江淮南部地区呈增加趋势,其他地区变化趋势并不显著。近12 a来采暖度日减少了9.8%。降温度日增加了29.9%。2001—2012年采暖期日数为近52 a来最短,降温期日数为近52 a来最长。气温变率与采暖度日变率呈很好的负相关,与降温度日变率呈正相关,二者均通过了信度0.001的显著性检验。     

塔克拉玛干沙漠腹地的长波辐射变化特征

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站(塔中站)实测的长波辐射资料,分析了流动沙漠区的长波辐射特征.结果表明:地表长波辐射能具体地反映地表失去热能的状况.在沙漠区,由于地表层的湍流运动较强以及下垫面温度与空气温度的差值较大,使得地表向大气传输的热通量较大,所以地面长波辐射值较大,有时接近于总辐射,最小值出现在日出前,最大值出现在15:00左右;由于大气中的水汽含量及云量较少,而沙尘气溶胶含量较高,所以大气长波辐射较大,沙漠区有效辐射也较大,为我国有效辐射年总量最高的地区之一.地表放射的净长波辐射在太阳总辐射中所占的比例小于地表反射辐射,只有在春、夏季两者较接近,且以反射辐射大些.区域气候变化过程中,沙漠加热场的强度是沙漠局地天气气候变化的主要影响因素之一.     

银川市太阳总辐射对气候变化的影响分析

对银川市1961~2004年的实测太阳总辐射资料分析表明,银川市的太阳总辐射40年来呈逐渐减少的趋势。方差分析表明,银川市的太阳总辐射突变点出现在1980年,此前银川处于相对偏多的时段,此后虽然在20世纪80年代后期有一次明显波动,但总体上呈下降趋势,银川处于相对偏少的时段,突变后比突变前平均年总辐射量减少了295.41 MJ/(m2.a)。银川市各月总辐射减少幅度不同,9月减少幅度最大,4月减少幅度最小。日照时数的变化趋势与太阳总辐射的变化趋势一致。分析其对气候的影响可知,银川市总辐射和年平均气温、夏季降水量呈负相关,与年蒸发量呈正相关,呈线性趋势。若总辐射减少100 MJ/(m2.a),年平均气温将升高0.15℃,5~9月降水量将增加6 mm,蒸发量将减少18 mm。     

地磁场与气候变化关系的新探索

对地磁场与气候变化的统计研究早已表明，二者有很好的相关关系。本文的目的是对它们的关系给出一种可能的物理解释。利用近600年的地磁场模型资料和全球平均温度序列分析了两者变化的关系，发现它们有很好的对应，且地磁场变化超前于全球气温变化。从地磁场的变化来看，21世纪初全球变暖的趋势应该减缓。文中对地表浅层热场（地热带、火山和地温场）的分布特征与地球内部软流圈－岩石圈边界上焦耳热场的分布特征进行了对比分析。结果表明，地表浅层热场与地球深层焦耳热的分布有很好的对应关系，这可能暗示地表浅层热场是地球深层焦耳热的反映，地磁场通过焦耳热的不断释旋影响气候变化。     

地形起伏对模式地表长波辐射计算的影响

初步探讨了数值模式中次网格区地形起伏(高度、坡度)对长波辐射计算的影响。结果表明,地形高度的次网格变化对辐射计算结果的影响较小,其相对误差一般<2%,但不同分辨率的地形高度场会产生不同的坡度计算误差,低分辨率地形资料所计算的坡度分布相差不大,但坡度的量级存在较大偏差。地形的分辨率越高,实际计算结果的偏差越小。而高分辨率地形资料计算实例表明,地形坡度引起的区域相对辐射误差可达到10%以上。因此,在数值模式中,网格区地表长波辐射计算结果对地形起伏的敏感性应给予足够的重视。     

恶劣气候对超声换能器声场影响的仿真分析

压电式超声风速传感器相对于传统的机械测风仪器具有更高的精度和可靠性,但实际使用过程中,一些地区户外气候环境复杂,当遭遇恶劣天气时会对超声换能器发出的辐射声场造成影响.利用COMSOL有限元分析软件针对压电式换能器在已知半径的球型区域内声场分布进行模拟分析,通过改变换能器与空气耦合的边界条件,模拟了暴雨和沙暴两种恶劣天气...