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.     

降水预报的初始场最优化方法

利用一简单的湿度发展方程，尝试用非线性最优化方法讨论降水预报中的最优初值场的获得。试验结果表明，通过非线性最优化分析方法，可以找到一最优初始场，使得模式预报结果与实际观测场一致，这为将来在实际应用中如何改善更复杂模式的初始场，提高预报准确率提供了一个很有意义的思路。     

初始场估计共轭同化方法的精确化

通过例子,说明对偏微分方程模型使用共轭同化方法时,同周期性条件的重要性,提出尽可能精确地使用共轭同化方法于偏微分方程模型的办法及对有些方程不含ｅ↓ｕ／ｅ↓项时,其相应差分方程模型精确共轭同化方法。     

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     

初始场和长波辐射对气候模拟的影响

对CCM2 (T42L18) 模式运行10次，每次初始状态稍微变化。试验结果表明了CCM2模式对初始场的响应，10次运行长波辐射（LWR）加热率的标准差在全球许多地方和谱的许多尺度上超过10%。相似的结果也可以从云和温度的计算结果中发现。从CCM2算法的10次运行和应用CCM2、MOR和NMC三种不同的LWR算法的3次运行的试验比较中发现，不同LWR算法模式运行之间的变率比没有LWR算法变化的初始场作用大得多。在CCM2模式中，比较应用CCM2、MOR和NMC三种不同的LWR算法的气候模拟，我们发现CCM2和MOR的算法比较接近，而和NMC的差别较大。但三种不同的LWR算法3次运行积分结果的平均值和不同算法间的绝对差值在全球许多地方和不同尺度上的差别都超过10%，远远大于初始场对气候模拟的作用。     

初始场中尺度信息对暴雨预报的影响

由于观测资料分辨率与模式分辨率的不同,利用高分辨率模式对暴雨进行预报时,常规观测资料形成的初始场不能直接分辨出中尺度系统,这种中尺度系统特征的缺少可以认为是初始场的一种信息误差。利用中尺度天气分析的尺度分离方法可以提取这种中尺度信息。通过分析初始场中尺度信息的结构、演变特征及其对暴雨预报影响的机理,发现初始场中尺度信息的结构在主要雨带的对流敏感区具有明确的天气学意义,包含了有利暴雨产生的信息;其能量随时间也是增长的,特别是在积分12小时以后,能量迅速增长然后趋于稳定,超过了初始随机扰动的能量增长。利用减弱和增强初始场中中尺度信息的两种初始场作暴雨预报,其结果反映了初始场中尺度信息对暴雨预报的重要性,特别是对雨团位置和强度的预报,这些信息会直接影响暴雨的精细预报。     

台风外围大暴雨及其初始形势场特征

台风外围的大暴雨是属于台风外围环流和其他系统相互作用产生的降水或者与台风相联系的外围热带云团的降水。有时,这种暴雨的降水量明显超过台风中心的雨量而达到特大暴雨的程度。“我国一些强的台风暴雨或一次台风降水过程中的最大值,往往并不产生在台风本身的雨区中,而是产生在和弱冷空气相遇的地方。这种外围大暴雨有时可远离台风中心近千公里”。暴雨区和台风本身的暴雨区之间有小—中雨区或者晴空区相隔,在实际预报中难     

场电特性与防雷工程

引言雷电属于一种场电物理变化的现象。它的各种放电形式、量度取决于雷暴云电场,在大气电场中与地表面土壤电导率及地电场的变化强弱有关。所以若只考虑把建筑物及内部各种防雷接地电阻值控制在一定范围内,是不能满足预防和降低雷电所造成的各种雷害,提高其防雷性能。本文拟通过运用场电变化的几种特性探讨它在防雷工程中的应用。1大气电场与地电场对立统一性自然界中存在着两个相互独立、且又相互影响并形成一种场电变化体系的大气电场与地电场。它们除了其它物理量的相互交换外,大气电场与地电场有电的交换(相互作用),雷电就是它们…     

FURTHER STUDY ON THE PROPERTIES OF OPERATORS OF ATMOSPHERIC EQUATIONS AND THE EXISTENCE OF ATTRACTOR

The equivalent operator equation is derived from the full primitive nonlinear equations of theatmospheric motion and the properties and physical senses of the operators are studied.In theinfinite dimensional Hilbert space,the global asymptotic behavior of the atmosphere system withthe non-stationary external forcing is studied under the assumption of the bounded externalforcing.The existence theorems of the global absorbing set and the global attractor are obtained.Thus,the conclusions deduced from the large-scale atmosphere(Li and Chou 1996 a;1996 b)areextended to the general atmosphere.     

FURTHER STUDY ON THE PROPERTIES OF OPERATORS OF ATMOSPHERIC EQUATIONS AND THE EXISTENCE OF ATTRACTOR*

The equivalent operator equation is derived from the full primitive nonlinear equations of the atmospheric motion and the properties and physical senses of the operators are studied.In the infinite dimensional Hilbert space,the global asymptotic behavior of the atmosphere system with the non-stationary external forcing is studied under the assumption of the bounded external forcing.The existence theorems of the global absorbing set and the global attractor are obtained.Thus,the conclusions deduced from the large-scale atmosphere(Li and Chou 1996a;1996b) are extended to the general atmosphere.     

气象条件对可见光斜视探测目标的影响模型及其应用

本文利用基于气象条件的可见光探测概率模型，通过分析气象因子对斜视探测目标时的影响，设计了斜视探测概率模型中变量的参数化方案，并初步探讨了我国东南沿海地区可见光斜视探测概率分布的气候特征。     

THE INITIAL WIND SCHEME OF THE HEMISPHERIC SPECTRAL MODEL AND ITS EFFECT ON THE DATA ASSIMILATION

A series of data assimilation and forecast test have been carried out with a hemispheric spectralmodel(T42L9H).It is found that the numerical scheme for determining hemispheric initial wind isimportant to data assimilation and forecast.An inappropriate scheme may cause computationalsources of divergence near the equator,which are responsible for the spurious strong precipitationand corresponding latent heat release.Obviously,this problem differs from either thehemispheric/global domain effect or the tropical data effect pointed by Dalley et al.(1981).Basedon the previous studies,the new scheme of divergence and vorticity correction is presented,andthe difference with other schemes and its effects on the data assimilation are discussed against thecontrol test.Preliminary tests have shown that the new divergence correction scheme proposed in thispaper may be a preferable choice to overcome the initial computational errors in the hemisphericdata assimilation.     

半球谱模式的风场初值及其对资料同化的影响

利用半球谱模式（Ｔ４２Ｌ９）进行了大量的资料同化和预报试验。结果表明，半球风场初值方案对资料同化和预报有重要的影响。不恰当的初值处理会导致虚假散度源，在非绝热模式中可能进一步诱发虚假的强降水与相应的潜热释放。很明显，这个问题既不同于Ｄａｌｌｅｙ［１］所分析的半球／全球范围效应，也不同于所谓的赤道资料效应。文章在前人研究的基础上，提出了散度和涡度修正方案，进而用对比试验方法讨论了该方案与其他方案的差异以及对同化的影响。初步试验表明，散度修正方案是半球资料同化中克服初值计算误差的一个较好的选择。     

弱受迫作用下大气对流运动进入混沌的条件及分岔途径

Guckenheimer和Holmes针对弱受迫系统或如下的小参数受迫方程组     

初始扰动对冰雹云发展影响的数值研究

在水平均一的初始场中触发对流的发生可采用热力扰动和强迫抬升两种方法,但扰动的方式、强度和范围的不同对模拟的对流云的发展有着重要的影响。本文利用一次冰雹云发展前期的实测探空资料,对热力扰动的强度、范围进行了数值试验,结果表明：在同样的层结条件下,随着扰动强度、厚度的增加,所模拟的冰雹云的强度也增加,且以湿热泡扰动触发的冰雹云最强,其次是湿泡,而热泡扰动最弱。但无论以何种方式启动,只要模拟的冰雹云的云顶高度相当,云体的宏微观特征差异就不大。     

饱和湿空气热力学的基本特征

本文把凝结过程的初期看作是系统的一种广义绝热过程,而把凝结潜热看作是系统总位能的一个部分。从这个基本思想出发,探讨了饱和湿空气中一些热力学的基本特征。结果表明:当把测量温度T改用广义温度T*作为独立变量后,干空气中的热力学基本特征都将在饱和湿空气中得到对应的结果。这对研究我国夏季汛期降水以及对大气数值模式的设计,或许有所裨益。     

环境场对边界层低空急流形成的影响

本文利用两层流的浅水波模式,讨论了环境场对边界层低空急流形成的影响,并得到了边界层低空急流的特征宽度为L₀=(ρ₂-ρ₁)/(ν₂ρ₂-ρ₁ν₁)L₀*C₀*,式中C₀*=√gh₂, L₀*=C₀*/f为Rossby变形半径,ρ₁,p₂和v₁,v₂分别为上下两层大气的密度和大尺度经向地转风,H₂为低层大气的厚度,g为重力加速度,f为柯氏参数,当高低层大气中的大尺度经向地转风的垂直切变越强时,所形成的中尺度边界层低空急流就越强;当低层大气中的温度增高和湿度增大、并且低层大气中的大尺度经向地转风越强、高度越低时,越有利于形成边界层低空急流。