黄渤海北强风物理量因子场诊断分析

本文通过对低槽绕涡旋转型各物理量因子场的诊断分析,揭示了各物理量因子场造成黄渤海北强风(≥8级)的物理机制及其特征,获得了一批与北强风关系密切的物理量因子场。     

黄、渤海冷空气强风预报专家系统知识库研制

该专家系统知识库研制目标是未来24—36小时,在黄、渤海地区出现≥8级的北强风。该知识库用1975—1983年资料,根据700hPa天气图分成三种主要天气类型。其因子获得是:计算94次过程的22个物理量因子场,诊断分析了其中 9次强风过程,取其中的9个物理量场和经过普查、筛选得到的45个经验因子,用PP法建立的77个预报方程取其中48个方程构成了两个独立的因子库。将这些因子根据对北强风贡献的大小分级,然后模拟预报员的思路组建入天气型规则和有无北强风预报规则共84条,来预报黄、渤海地区北强风。该专家知识库用1986年冬半年资料进行历史验证预报准确率达83.3％。1987年冬半年投入业务试报成功地报出了2次北强风过程。实践证明该专家知识库具有比较强的预报功能,可供沿海有关省、市、台业务部门推广使用。     

环渤海区域强风的特征及变化分析

利用2000—2012年环渤海区域57个台站大风资料,首先在确定区域强风天气标准的基础上,利用天气学分型方法分析了环渤海区域强风的特征等。结果表明:环渤海区域强风主要集中在冬半年,其中3—4月为多发月份。强风一般持续半天到两天。强风最大风速多为北风,主要集中在渤海西部天津到河北南部和渤海海峡到成山头一线两个区域。影响环渤海区域强风的天气类型主要有低槽冷锋、温带气旋、东高西低和台风4类,其中以低槽冷锋最为常见,温带气旋类次之。北路低槽冷锋和黄河气旋在强风过程发生初期往往高(低)压天气系统强度较弱,但造成的强风天气不可忽视。最后对低槽冷锋类区域强风的天气图预报指标进行了分析。     

北部湾冬季强风的主分量神经网络预报方法研究

本文首先分析造成北部湾冬季强风的天气动力学机理，在此基础上以相关分析法确定强风的预报因子(气压梯度、气温梯度、高层风速等因子)与预报量之间存在着较好的相关性；进而采用人工神经网络与主分量分析(PCA)相结合的方法建立了北部湾冬季强风的预报模型．该预报方法所构造的预报模型对历史样本风速拟合平均绝对误差为1．80m/s，对独立样本风速试报的平均绝对误差为1．46m/s．计算结果表明，该方法的拟合效果及预报稳定性较好，可在预报业务中应用．     

2016年10月11-19日东南太平洋一次温带气旋过程分析

利用美国国家环境预报中心发布的FNL资料、红外卫星云图资料和船测资料,对2016年10月17-19日某船舶在东南太平洋遭遇的一次温带气旋过程进行研究,以此为大洋航线上温带气旋预报保障能力提高积累经验。结果表明:(1)温带气旋A由绕极槽北伸切断发展而来,自西向东移动过程中在南太平洋大洋中部与另一气旋B合并加强对船舶航行造成影响;(2)气旋A初生阶段,大气低层旋转程度较强;成熟发展阶段在近地面、大气上层旋转程度较强;当气旋B初生发展时,气旋A中心附近自500 hPa以下为绝对涡度小值区,其上为绝对涡度大值区,绝对涡度垂直轴线向近B一侧倾斜;(3)槽后及气旋中心附近正涡度平流与槽前随高度增强的暖平流共同促使气旋发展。     

北部湾偏北强风分析及经验预报

本文旨先对北部湾海面强风的气候概况进行统计和比较,然后对偏北强风的天气学成因进行分析,初步归纳偏北强风的主要预报指标;利用欧洲中心数值预报模式近20年的分析场资料选取有物理意义的预报因子,利用专业统计软件SPSS,用完全预报方法分秋、冬、春三个季节建立强风定量预报模式,模式经过试报检验效果较好,已投入业务使用.     

北上台风路径预报

本文从几个与能量场相关的物理因子场分析着手,力图找出环境能量场与北上进入黄、渤海地区的台风路径的对应关系。根据1971年—1982年的资料分析和1983年—1985年历史资料验证,以及1987年夏季实际预报检验,效果比较好。该方法与天气图形势分析预报法相比,直观性比较强,各物理因子的计算比较简单,便于在基层台站日常预报业务中使用。     

中尺度涡冷暖特征的推导

为了从理论上解释中尺度涡旋冷暖性质与涡旋旋转方向的关系,本文基于中尺度涡的几何特征,做出如下假设：中尺度涡具有对称的几何形态,涡旋中海洋要素沿径向具有线性化变化的特征。从原始方程组出发,利用柱坐标系和上述假设条件,略去耗散力,推导出了中尺度涡的一些冷暖特征,论证气旋式中尺度涡对应冷涡和反气旋式中尺度涡对应暖涡的涡旋冷暖特征与部分涡旋的观测不符的现象。结果表明,中心对称的形式可以作为对中尺度涡的几何特征的一个理想的形态近似,在考虑上述假设条件的理想环境下,柱坐标系在研究中尺度涡的几何性质上具有一定的优势。     

基于生成对抗网络模型的热带和亚热带海洋中尺度涡预报研究

中尺度涡蕴含海洋超过90%的动能, 显著影响海洋物质能量循环。对中尺度涡的预报是目前物理海洋学研究的热点和难点。文章基于卫星高度计观测的近30年海表面高度异常数据(sea level anomaly, SLA), 采用基于博弈思想的生成对抗网络方法(generative adversarial networks, GAN), 构建了中尺度涡预报模型, 进行了28天预报, 并采用独立样本分析了预报涡旋的空间分布、时间分布、能量强度等特征参数, 探讨影响预报结果准确性和时效性的主要因素。结果表明, 半径为100~200km的涡旋在15天左右的预报时长仍能保持较好的准确性及时效性, 误差在20%以内。该区域的平均涡动能约为0.875m²·s^-2, 其预报的均方根误差(root mean square error, RMSE)普遍介于0.02~0.04m²·s^-2。且涡旋预报结果受异常天气影响较小, 在正常天气条件和台风娜基莉条件下具有相似的预报能力。这些结果对进一步理解并应用生成对抗网络这一新方法预报海洋中尺度涡提供了参考。     

北太平洋中尺度涡时空特征分析

利用1993~2011年19 a的AVISO卫星高度计资料研究了北太平洋(10°~60°N,120°E~100°W)中尺度涡的时空分布特征,结果表明:北太平洋每年约产生1 800余个涡旋,其中气旋涡稍多。北太平洋东部沿岸、西北沿岸、黑潮延伸体北侧、副热带逆流区是中尺度涡的高发区,春、冬季是涡旋的高发季节。涡极性分布以35°N为界,北部多反气旋涡,南部多气旋涡。涡旋半径以100 km左右为主,并且基本随纬度升高而减小,涡旋数量随着周期增长而急剧下降。反气旋涡的平均半径和周期均大于气旋涡。利用Argo浮标剖面资料分析的6个个例涡旋的垂直结构显示,每个涡旋都有其独特的冷暖核结构,深度不同。研究结果对于分析北太平洋涡动能分布及传输具有一定的参考价值。     

从2010年1月的1个反气旋涡探讨南海中尺度涡的输运能力

应用漂流浮标,结合卫星高度计资料和示踪粒子法,研究了中国南海中尺度涡的输运能力。从浮标漂流轨迹和对应的流场分布可知在真实海洋中存在涡对物质的输运,陷入反气旋涡的漂流浮标跟随涡旋顺时针打转4圈,以圆弧形轨迹运动至海南岛以东。进一步通过示踪粒子法进行长期模拟得出涡内物质会以和涡相同的旋转方向旋转前进,在忽略水平方向上的混合对示踪粒子轨迹影响的情况下,在第55天,93%的质点(153个)将跟随涡旋运动,7%的质点(11个)会在中途与涡旋分离,运动中涡会不断把内部物质甩向涡的外缘,质点会从涡最边缘速度由大转小处脱离涡旋,但是大多数质点会跟随涡旋在其边缘以圆弧形轨迹向前运动,并最终稳定在涡旋的最边缘。     

热带太平洋平均环流数值模拟

用中国科学院大气物理研究所发展的高分辨率自由表面热带太平洋环流模式(区域为南北纬30°,经纬圈方向水平分辨率分别为1°和2°,垂直方向分为不等距14层),在观测到的海表面风应力和热量及淡水通量驱动下,对热带太平洋平均环流进行了数值模拟.结果表明,模式成功地模拟了海面起伏中赤道槽、赤道脊、北赤道逆流槽及中小尺度涡旋(如棉兰老涡)系统等分布;与这些槽脊分布相对应的北赤道流,南赤道流和北赤道逆流等热带流系;对气候有重大影响的海表温度分布;次表层温跃层结构和赤道潜流等.文中特别讨论了海面起伏与模式其他变量场间的关系及其应用.     

利用旋转平台产生定常涡旋的一种方法及其三维结构测量

自然界中绝大部分运动都是有旋的,涡旋现象是流体力学研究的一个重要方向。本文通过实验室实验中对涡旋现象进行研究,具有参数可控、现象直观可见、可获取三维数据场等优势。但是考虑到真实海洋中存在的的海洋层结、地转效应,通常使用的实验室造涡方法存在着破坏层结、涡旋结构不稳定等缺陷。本实验提出了一种定常涡旋的生成方法,可以在旋转层结流体中生成一个稳定的涡旋。通过此种方法生成的涡旋,速度与涡度分布径向分布遵循不同的规律,垂向上都沿统一的指数规律衰减,且涡度径向分布可以用一简单解析函数拟合。     

南海西沙一次冷空气强风分析

对南海西沙一次冷空气引发强风天气进行分析。分析表明:高空低涡东移南下,横槽转竖,强冷空气爆发,大举南下入侵处于低纬的西沙,是引起西沙强风天气的主要环流背景。探讨850 hPa变温场分布特征指出:负变温的演变、强弱分布等与地面气压场演变特征有关,地面气压场中等压线的密集区与强风关系明显。温度平流场分布演变与地面气压梯度、变压梯度有较明显的一致性,冷平流可增强地面气压梯度和变压梯度,是西沙强风生成与发展的重要原因。     

一次偏东冷空气回流南落的预报分析(1983年3月7日黄渤海域大风过程总结)

一、概述 1983年3月7日02时至14时,黄渤海域出现的偏北大风,具有来势快、历时短的特点,大风实况如图1所示(图1)。这次过程是在冷空气已经偏东、地面大陆高压超于减弱的形势 下,由于高空中亚暖高压脊脊线顺时针旋转使已偏 东的冷空气沿东亚低涡后部回流西进南落,促成地 面大陆高压重新加强而产生的。对这种偏东冷空气 如不注意其回流南落的可能性,往往造成预报失 误。本文通过对形势演变的分析,在提出对这类回 流冷空气预报着眼点的同时,并且举出了利用数值 预报产品预报海面大风的情况,还就湍流与动量下传作用的关系进行了计算和讨论。     

青岛地区及其近海盛夏低槽型大—暴雨甚短时MOS预报方法

本文首先根据700hPa高空实况分析图划分天气类型,并确定低槽天气型的区域标准。然后,从日本气象厅发布的数值预告传真图资料中,通过相关普查,筛选出物理意义清楚、效果较好的四个预报因子。检验后,建立了青岛地区及其近海盛夏低槽型大—暴雨的甚短时(0,1)权重回归MOS预报方程。经严格的统计假设检验,认为该方程非常可靠。投入业务试用两年后证明,效果良好,优于经验预报方法,是一种较佳的甚短时大—暴雨预报方法。     

南海西边界流区域涡旋特征及两类冬季环流对涡致热输运的调制

本文基于观测数据和模式产品,探讨了南海西边界流(South China Sea western boundary current, SCSwbc)区域海洋涡旋的统计特征、涡致热输运并重点探讨了两类冬季环流形态及其风场分布对它们的影响。结果表明研究区域的涡旋气候态上存在旋转速度很强,半径较大,振幅略高于平均值的涡旋统计特征,其中气旋式涡旋(cyclonic eddy, CE)的占比约为56.8%。并且涡旋的生成和消亡主要发生在冬/春季,而涡旋的振幅、半径和旋转速度在夏/秋季发展到顶峰。年际时间尺度上,年平均经向风应力与反气旋式涡旋(anticyclonic eddy,AE)的振幅、半径、旋转速度和消亡均有较好的相关性,但与CE特征的相关性并不好。“O”型冬季环流模态下,风场和南海西边界流显著减弱,冬季环流在越南沿岸发生向东分支。涡旋在“O”模态下吸收平均流能量迅速发展,在越南沿岸东部地区产生了强的涡致热输运(eddy-induced heat transport, EHT)。同时,涡旋内部旋转速度减小且反气旋式涡旋个数减少;“U”型冬季环流模态下,情况则相反。     

南大洋太平洋扇区中尺度涡旋的统计特性及其变化

中尺度涡旋在南大洋海洋动力学中具有重要地位,其对气候变化的响应表现也引起了海洋学家与气候学家的广泛关注。本文利用涡动动能与涡旋自动探测技术两种方法对南大洋太平洋扇区的涡旋特性及其变化进行了分析。与前人结果相一致的是,高值的涡动动能主要集中在南极极锋海区,并且自西向东逐渐减弱。在过去的20年里,涡动动能在太平洋扇区的显著增强也集中在中西部海域,这里也是南极绕极流斜压性较强的海域。涡旋统计特性揭示了涡动动能的空间分布及其年际变化主要归因于涡旋振幅与旋转速度,而并非涡旋个数或者涡旋半径。这些结果进一步确认了对应于南半球环状模正位相的绕极西风异常改变了南大洋的涡旋特性,从而表现出涡旋活跃性增强。     

渤海"9216"特大风暴潮过程的数值模拟

本文论述了我国渤海地区风暴潮的特点,指出渤海地区一年四季均有风暴潮发生,而且发生在这里的温带风暴潮较台风风暴潮既频繁又严重。建立了一个球坐标系下的温带风暴潮数值模式,并利用该模式对发生在渤海地区的9216号特大风暴潮进行了数值模拟,成功地再现了这次过程,这表明：只要计算的风场准确,温带风暴潮的数值预报是可行的．     

太平洋低纬度西边界流和涡旋结构季节变化的观测分析

利用漂流浮标、ADCP和Argo等观测资料,对太平洋低纬度西边界流和涡旋结构的季节变化进行了分析.根据漂流浮标资料计算的北赤道流、棉兰老海流和北赤道逆流具有明显的季节变化,而且北赤道流/棉兰老海流和北赤道逆流在冬春、夏秋之间具有明显的反位相变化,这一特征造成了气旋式棉兰老冷涡强度的季节变化很弱,水团分析表明,该冷涡的水团特性主要是北太平洋热带水.反气旋式的哈马黑拉暖涡强度具有明显的季节变化,其水团特性主要是南太平洋热带水.给出了棉兰老涡和哈马黑拉涡强度的垂直结构,表明这两个涡旋的强度在0～30 m迅速减弱,在30～450 m近似线性减弱,在450 m以下涡旋消失.