三维空气质点轨迹的计算

首先讨论了空气质点轨迹的计算方法，然后利用一个十层有限区域原始方程模式作了计算。根据计算的流场和12小时一次的常规观测资料，进行了时间分辨率从30分钟到12小时的轨迹精度分析。结果表明，3小时以内的时间采样可以很好地描述质点轨迹，而12小时采样对于绝大多数质点都有明显的误差。     

HYSPLIT模式轨迹计算误差分析

基于NCEP 1°×1°再分析资料GDAS和NCEP2.5°×2.5°再分析资料GBL,利用美国NOAA 空气资源实验室ARL研发的一种用于计算和分析大气污染物输送、扩散轨迹的混合单粒子拉格朗日综合轨迹模式HYSPLIT,对2010年3月12日12时和田站距地100 m高度空气质点的3 d前向轨迹进行了模拟,分析了轨迹计算中的积分误差和分辨率误差.此次轨迹模拟试验中,积分误差对轨迹计算误差的贡献很小.随着积分时间的延长,积分误差略有增大.积分误差并未随着驱动数据分辨率的提高而减小.分辨率误差在积分的各个时刻并不相同,它与地形高度与天气系统有关.在轨迹模式中,轨迹计算基于风速在时间和空间上的线性插值,轨迹模拟的不确定性也与插值有关.使用不同分辨率的驱动数据对轨迹计算结果影响显著,分辨率误差对轨迹计算误差的贡献远大于积分过程中截断近似等带来的积分误差.     

Hysplit后向轨迹对初始气象场水平及垂直分辨率的敏感性研究（英文）

本研究基于单质点拉格朗日集成轨迹模型(HYSPLIT),对珠三角地区2012年全年每3小时的后向轨迹进行了模拟。模拟采用了两套初始气象场来驱动HYSPLIT模型,其一为水平分辨率为0.5度的全球同化系统(GDAS)输出场,其二为水平分辨率为27 km的气象研究与预报模型(WRF)的输出场。结果显示,当用于驱动HYSPLIT来模拟后向轨迹时,GDAS数据的可靠性依赖于季节和天气条件。GDAS和WRF输出场得到的HYSPLIT后向轨迹的方向差异在冬季和春季珠三角盛行偏北及东北风场时为最大,而在秋季珠三角处在稳定系统控制下时为最小。大多数WRF输出场得到的后向轨迹的传输高度比GDAS得到的后向轨迹要高,这是由于更高的分辨率使得WRF输出场的边界层垂直运动更明显。在五种天气条件下,不同分辨率初始气象场得到的后向轨迹差别最大,分别为大陆高压,槽脊系统,鞍型场,热带气旋以及冷锋。案例分析的结果显示,绝大多数情况下,GDAS和WRF输出场得到的后向轨迹因传输高度不同导致了轨迹方向的差别,因此在模拟HYSPLIT后向轨迹时,初始气象场在垂直方向上的细节是一个尤为关键的要素。     

Hysplit后向轨迹对初始气象场水平及垂直分辨率的敏感性研究

本研究基于单质点拉格朗日集成轨迹模型（HYSPLIT）,对珠三角地区2012全年每三小时的后向轨迹进行了模拟。模拟采用了两套初始气象场来驱动HYSPLIT模型,其一为水平分辨率为0.5度的全球同化系统（GDAS）输出场,其二为水平分辨率为27公里的气象研究与预报模型（WRF）的输出场。结果显示,当用于驱动HYSPLIT来模拟后向轨迹时,GDAS数据的可靠性依赖于季节和天气条件。GDAS和WRF输出场得到的HYSPLIT后向轨迹的方向差异在冬季和春季珠三角盛行偏北及东北风场时为最大,而在秋季珠三角处在稳定系统控制下时为最小。大多数WRF输出场得到的后向轨迹的传输高度比GDAS得到的后向轨迹要高,这是由于更高的分辨率使得WRF输出场的边界层垂直运动更明显。在五种天气条件下,不同分辨率初始气象场得到的后向轨迹差别最大,分别为大陆高压,槽脊系统,鞍型场,热带气旋以及冷锋。案例分析的结果显示,绝大多数情况下,GDAS和WRF输出场得到的后向轨迹因传输高度不同导致了轨迹方向的差别,因此在模拟HYSPLIT后向轨迹时,初始气象场在垂直方向上的细节是一个尤为关键的要素。     

北半球七层初始方程谱模式在制作有限区数值预报中的应用

本文提出了一种以北半球七层初始方程谱模式为基本模型的有限区加密方法。这个方法利用谱模式的特点对初始场展开和时间积分中的非线性项计算增加了一些处理，使所选有限区范围内（50°—140°E，20°—60°N）的分辨率有所提高，使模式能在制作出北半球较低分辨率（5°×5°）预报的同时，还能制作出有限区较高分辨率（2.5°×2.5°）的预报。用ECMWF分析资料进行了24小时和48小时预报对比试验，得到了较好的结果。     

高分辨的不稳定能量分析方法在短时预报中的应用

本文在使用不稳定能量对稳定度的高分辨诊断方法,提高了稳定度分析空间分辨率的基础上,提出了提高时间分辨率的方法。应用这种方法能够给出逐时的具有地面观测站密度的不稳定能量分布。在强对流天气的分析预报中,与同类分析方法相比有较好的效果。业务试用表明,这一分析方法可以用于对强对流天气6—12小时的落区预报和1—2小时的落点、强度预报。     

1994年华南暴雨期间夏季风的特征及其对水汽的输送

用拉格朗日方法计算等熵面上空气质点和物质的轨迹。分析指出１９９４年华南暴雨和夏季风异常有密切的关系,特别是东亚热带季风更是决定性的作用;用这种方法可以追踪水汤的源地及演变过程,分析气流对水汽的输送作用。     

CFD方法在街巷气象场模拟和预测中的应用

为开发建立米级分辨率的城市街巷气象场模拟预测方案，以PHOENICS为例介绍了计算流体力学（CFD）方法的原理，讨论了该方法应用于街巷气象要素数值计算的可行性。提出了一种基于CFD模型与高分辨率数值天气预报模式嵌套的街渠气象场模拟预测方案，并对边界嵌套问题作了多种敏感性分析，表明嵌套对街渠气象场计算具有必要性和可行性；另外，还讨论了分辨率对计算结果和计算耗时的影响；最后，用实例介绍了本方案的应用，并讨论了本方法的应用前景。     

SWCWARMS模式小时降水量时间滞后集合预报研究

基于SWCWARMS模式9km×9km分辨率逐小时降水预报,通过时间滞后集合预报方法构建多个集合成员,使用SAL评分值计算相应集合成员的权重系数,进行不等权集合平均,从而得到新的逐小时降水预报。利用SAL、TS和BIAS检验方法对四川省2019年8月的逐小时降水量时间滞后集合预报及相应的SWCWARMS模式最新时次预报进行对比分析,结果表明:(1)时间滞后集合预报SAL检验的L值和A值都较模式预报更接近于0,较好地改善了降水位置和强度的整体预报水平;(2)时间滞后集合预报对逐小时降水晴雨TS评分提升明显,评分提高百分率在10%左右,有效地减小了模式在晴雨方面的空报;(3)临近预报时效,时间滞后集合预报方法对于大量级降水预报也有较好的订正效果。     

北京地区沙尘暴天气分析及数值模拟

北京地区春季是风沙天气的多发季节 ,2 0 0 0年春季冷空气活动频繁 ,我国西北、华北多次出现大范围的沙尘暴天气 ,给人民的生活生产、交通运输及国民经济都带来很大的危害 ,而且沙尘天气造成的空气污染严重影响人们的身体健康。文中主要对 2 0 0 0年 4月 6日沙尘暴过程进行了天气分析 ,并用非流体静力中尺度数值模式进行预报和模拟研究。结果表明 ,此次沙尘暴天气是高空小槽沿大槽后强西北气流东移时发展加深 ,引导一次强冷空气南下所致 ;数值模式对沙尘暴到达北京地区的时间、地面风速、风向的突变都做出了很好的预报 ;沙尘暴发生时中低空有很强的垂直上升运动和正涡度中心 ,其形成、发展和移动与沙尘暴的过境时间和移动方向基本一致。同时利用空气质点轨迹模拟与分析方法进行了沙尘暴过程空气质点轨迹分析 ,所得结果与实况及卫星监测轨迹一致     

风廓线雷达测量性能分析

从雷达探测理论出发,结合工作实践,从理论上计算了对流层风廓线雷达的探测高度范围、时空分辨率和测量误差,对数据获取率等方面的测量性能进行了分析.结果表明:通过对风廓线雷达的工作波形和工作模式进行恰当设计,对流层风廓线雷达的测量性能可以达到:最大探测高度12 km以上,最小探测高度150 m,高度分辨率75 m,时间分辨率...     

基于多普勒雷达垂直风廓线产品的风暴相对螺旋度对山西暴雨的诊断

介绍了风暴相对螺旋度（SRH）的原理及基于多普勒天气雷达垂直风廓线（VWP）产品计算螺旋度的方法,探讨了不同时间分辨率对螺旋度应用效果的影响,最后重点对山西2个典型夏季暴雨个例分别做螺旋度诊断分析。结果表明：利用VWP产品计算的SRH具有较好的时间分辨率,可用于山西夏季暴雨的短时临近预报研究,相较于15min和30min,1h分辨率的螺旋度数据稳定、曲线平滑,更有利于直观分析和业务化;螺旋度强弱变化趋势与降水大小的变化趋势比较吻合,螺旋度变化一般提前于降水变化,有1—2h的提前预报量,可以作为短时（临近）预报降水开始、维持、结束的一个有效预报因子。     

气旋快速发展的机制分析

本文主要分析爆发性气旋的形成机制。通过对一个爆发性气旋生成的个例分析表明,高空急流核的东传及高空强风动量的下传加强了低层强风带及气旋性涡度切变;涡度及位涡垂直分布显示,以对流层中高层的强涡度为背景,气旋在中低层得以爆发性发展,使得强盛期的气旋发展成为一个上下一致的垂直涡度柱;低空强风带的加强一方面由于高空急流的动力强迫作用,另一方面来源于低纬空气质点对强风动量的输送作用。另外,本文还利用拉格朗日方法进行空气质点的轨迹积分,以分析高空纬向气流及低层强风带的变化及输送作用。     

一次暴雨过程与环境流场关系的数值模拟

本文用一个中尺度10层湿模式,对美国中西部一次暴雨过程进行了数值模拟. 通过分析每三小时的预报结果,对暴雨过程中非热成风的变化、高低空急流强度的演变以及它们与降水的关系作了初步探讨,并以湿地转调整观点初步解释了这些现象.最后计算了环境流场气流的三维轨迹. 分析结果表明: 1.垂直环流强度的变化是决定降水大小的关键.而影响垂直环流变化的物理过程是雨区上空的非热成风调整过程.正是这个调整过程维持和加强了雨区上空的上升运动,从而使暴雨维持和加强.高空急流、偏北风低空急流、垂直侧向环流及降水量的变化等,都是调整过程的表现或结果. 2.在整个暴雨过程中,调整变化未能达到热成风平衡,致使雨区及其北侧上空的正侧向环流始终存在.此外,在预报的第12小时后,调整的结果曾一度使垂直环流、降水和偏北风低空急流大大加强,这情况可用湿地转调整观点加以解释. 3.质点的三维轨迹表明,在天气尺度背景下,暴雨区上空迭加了一个中尺度流场,低空是辐合上升区,高空为辐散区.这从另一角度证实了暴雨过程中垂直环流的存在,与过去许多诊断分析的推断一致.     

FY-2C高时间分辨率扫描数据在强对流云团监测中的应用研究

利用我国首次获取的静止气象卫星平均10 分钟观测间隔的高时间分辨率数据对2011 年6 月28 日～29日发生的一次强对流云团特征进行分析。Hovm?ller 分析图清晰地展示出在高时间分辨率观测条件下云团中心冷核的演变特征。高时间分辨率卫星资料与地面降水量进行联合分析,可推知对流云团中冷核的演变与地面小时降水量大值的落区间有很好的一致性;10 分钟雨量资料联合前推1 小时内7 次平均10 分钟观测间隔的卫星红外1通道亮温,分析可知地面雨量较大时,云顶像元亮温具有持续降低或维持低温状态的特点。反映出在对流性强降水中,冷且具有一定稳定性的云顶是产生大降水的主要特征。研究结果显示,静止气象卫星的高时间分辨率观测可很好地捕捉到强对流云团发展的演变特征,利用FY-2C 静止气象卫星红外1 通道亮温、红外1 通道与水汽通道亮温差在高时间分辨率观测中的时差特征变量,可实现对强对流云团初生的有效监测,为强对流云团的预测预报提供支撑。     

位涡趋势诊断方法在高分辨率模式资料中的应用

位涡趋势（Potential Vorticity Tendency,PVT）诊断方法已经在台风移动研究中得到较多的应用,但是多用于水平分辨率几千米的模式输出资料。发现用位涡趋势方法诊断台风移动时,模式资料输出时间间隔必须与模式空间分辨率匹配,这是因为位涡趋势方法需要同时用时间和空间差分方法计算位涡的趋势和分布。当模式水平分辨率高于1 km时,模式可以模拟小尺度系统,相应的模式输出时间间隔必须缩短,使得模式输出资料能够代表小尺度系统的变化趋势。由于小尺度系统导致的位涡变化不能直接影响台风移动,建议应用两种方法解决位涡趋势方法中的时、空匹配问题:（1）当空间分辨率增加时,相应缩短模式输出资料的间隔;（2）不改变模式输出时间间隔,对计算位涡的物理量进行空间平滑,滤去小尺度系统的影响。      

全球中期模式升级关键技术研发和预报试验

随着模式分辨率的提高,对地形、海陆分布的描述更加精确,从而对天气和次天气尺度动力学的刻画也更准确,但计算需求和存贮量也将有比较明显的增加。因此,在模式分辨率提高的同时尽可能减少计算和存储量是模式发展的重要方面。文中采用规约线性格点,在高斯格点数和格点分布不变的情况下,把国家气象中心业务全球谱模式的水平分辨率由T213提高到TL319,从而使全球谱模式的计算有效率增加了2.25倍;实现了稳定外插两个时间层的半拉格朗日方案,解决了传统的半拉格朗日方案在计算轨迹中点的速度和发展方程的非线性项时,采用时间的线性外插带来的计算噪音,提高了模式积分的稳定性,从而使模式的积分时间步长从900 s增加到1200 s;在这两个关键技术实现的基础上,实现了TL319模式与业务OI同化方案的耦合,进行了连续1年的滚动试验,并对降水预报和500 hPa形势场预报进行了统计学检验,与现行全球中期业务模式的预报也进行了对比分析。分析结果表明,提高模式谱分辨率后,模式的动力过程保持合理稳定,对东亚地区500 hPa位势高度场的预报性能有所改进,对中雨和大雨量级的降水预报在大部分时效也都有改进,但是小雨预报TS评分略有下降。另外对冬、夏季的两次降水过程的天气学分析表明,TL319L31对天气过程的描绘比T213L31也有一定提高。     

基于预报方程的我国近海阵风预报

阵风对航运及海上生产作业影响重大,但目前海上阵风客观预报产品较少且时间分辨率低.为进一步丰富海上阵风客观预报产品,提高海上阵风预报准确率,基于2016—2019年实况观测数据及ERA5再分析数据,采用多元回归方法建立我国近海逐小时阵风预报方程,并利用2020年ECMWF确定性模式数据进行预报试验.对比2020年ECMW...     

澳大利亚气象研究中心的轨迹计算及其应用

从天气分析和预报提供的后向轨迹信息可以加强预报指导。澳大利亚气象研究中心（ＢＭＲＣ）开发了一个计算三维后向和前向轨迹的软件，使用的资料是澳大利亚气象局有限区域３６小时３个风速分量的业务预报。它们有三种可用的输出形式；后向轨迹、前向轨迹及３６小时气块垂直位移等值线场。这个软件已用于分析诊断研究。     

三峡坝区气温日变化特征

利用1992～1998年三峡气象站逐月逐日逐时气温订正资料。分析了三峡坝区逐月,不同天气状况时的气温日较差,最高和最低气温出现时间,20时气温与14时气温差值等;利用08、14、20时气温计算白天平均气温,并与12小时白天平均气温进行比较,结果表明两者相差较小,计算方法可行。