通过对重力波曳力的参数化来减小数值天气预报和大气环流模式中的系统性误差

一、引 言 由于地形性激发的中尺度重力波的中断,在加拿大气候中心大气环流谱模式中有时候采用了波的曳力效应的参数化。这一参数化的细节以及它在大气环流模式气候模拟中影响的讨论,可见Boer等人(1985)的工作。 最近,人们利用激发重力波次尺度地形的更好的描绘,来修改这一参数化方案。还有,使用Lindzen(1981)的波饱和概念来描述曳力效应。这一关于地形重力波曳力参数化的作法已在加拿大气候中心的大气环流谱模式中广泛试验,在加拿大气象中心的业务的谱数值预报模式中也正在普遍进行试验。本文的目的所在于概述在这些模式中正在普遍使用的波的曳力方案,并且证明这一方案在消除中期预报和大气环流模拟的系统性误差方面的用处。     

提高分辩率对GLA四阶模式预报影响的二个个例分析

为了说明加倍GLA四阶GCM的水平分辨率,从4°(纬度)×5°(经度)到2°×2.5°网格如何能显著地提高该模式的预报能力,这里介绍两个例个。 第一个个例是1978年9月9日1200GMT的GLA分析后的36小时预报。在这期间位于加拿大的新斯科舍(Nova Scotia)南岸的一个1004hPa弱低压在向东北东移动过程中强烈地发展到987hPa(见图1a和图1b)。这个被称为伊利沙白Ⅱ皇后的风暴的发展被2°×2.5°网格模式非常好地模拟出来。这个模式预报出的中心气压是987hPa,这比4°× 5°模式的预报低10hPa(见图1c和图1d)。这个风暴模拟中的地表强迫和高空涡度收支的相对重要性,将在这次会议上讨论。     

海面风场的数值预报业务模式

海面风场的业务数值预报，经过六年的运行和不断改进，目前已建立了包括资料处理、客观分析、大气模式和边界展模式在内的数值预报业务化系统，它能提供１５°～４５°Ｎ、１ｈ５°～１４１°Ｅ海域内１°×１°经纬网格点上的７２小时的预报风场，该风场除为日常业务预报提供参考外，还为海浪和海冰业务模式提供强迫场。本文主要介绍大气模式和边界层模式的概况以及系统的运行结果。     

南半球平流层大气环流的若干特点

利用欧洲中期预报中心(ECMWF)5°×5°格点场南北半球6层位势高度场资料计算分析了南半球平流层100hPa平均地转西风随纬度的分布特点、平均地转西风季节变化特点、厄尔尼诺年前后西风廓线形态差异计算分析了南半球位势高度对纬向平均的偏差,分析了超长波的分布特征.以上结果均与北半球同期计算结果作了对比比较,指出了南北半球大气环流在这几方面的异同点.     

南海及邻近海域大气-海浪-海洋耦合精细化数值预报系统研制

本文主要介绍了南海及邻近海域大气-海浪-海洋耦合精细化数值预报系统的研制概况。预报区域为99°E~135°E,15°S~45°N,包括渤海、黄海、东海和南海及其周边海域。为了给耦合预报模式提供较准确的预报初始场,在预报开始之前,分别进行了海浪模式和海洋模式的前24小时同化后报模拟。海浪模式和海洋模式都采用了集合调整Kalman滤波同化方法,海浪模式同化了Jason-2有效波高数据;海洋模式同化了SST数据、MADT数据和ARGO剖面数据。为了改进海洋温度和盐度的模拟,我们在海洋模式的垂向混合方案中引入波致混合和内波致混合的作用。预报系统的运行主要包括两个阶段,首先海浪模式和海洋模式进行了2014年1月至2015年10月底的同化后报模拟,强迫场源自欧洲气象中心的六小时的再分析数据产品。然后耦合预报系统将同化后报模拟的结果作为初始场进行了14个月的耦合预报。预报产品包括大气产品（气温、风速风向、气压等）、海浪产品（有效波高和波向等）、海流产品（温度、盐度和海流等）。一系列观测资料的检验比较表明该大气-海浪-海洋耦合精细化数值预报系统的预报结果较为可靠,可以为南海及周边海洋资源开发和安全保障提供数据和信息产品服务。     

南海罗斯贝变形半径的地理及季节变化

根据南海 1°× 1°网格的标准层季节平均温、盐度资料 ,在未引入Boussinesq近似条件下 ,采用改进的Thompson Haskell算法求解线性化斜压海洋水平大尺度波的垂直结构方程 (重力内波方程 ) ,从而得到了南海各网格点的第一斜压重力波相速度和相应的罗斯贝变形半径 ,并探讨其地理分布和季节变化特征 ,以期有助于南海环流和中尺度涡旋以及有关海洋侧边界效应的研究。     

北太平洋海浪数值预报试验

本文利用美国华盛顿数值天气预报中心(KWBC)的3—5天预报的1000hPa等势面的格点高度场(5°×5°)资料,由“海上风的边界层模式”计算的风场,应用“一个参数的大洋波谱模式”,进行了北太平洋海浪数值预报的试验,试验结果表明,尽管输入风场资料存在一定误差,计算的浪场与3─5天后的实测浪场仍有较好的吻合。     

一种台风浪的数值预报方法

本文介绍由台风实时预报气压场资料、海上风的数值模式和台风浪数值模式三者构成的一种台风浪数值预报方法.在西北太平洋-中国近海20m以上深水区采用1°×1°网格“新型混合型海浪数值模式”[1,2],而在南海和东海近海台风浪多发区内(含浅水区),分成若干小区块,采用(1/4)°×(1/4)°细网格,分别嵌套浅水WAM模式[3].小区域的边界条件由大区域得到的计算结果提供.该方法经过1990、1991、1992年的试报[4]、改进和完善后,于1993年6月开始进入国家海洋预报台的海浪预报业务.已对22个台风过程的台风浪进行模式跟踪预报,即准业务化预报.该方法运行稳定、预报结果也令人满意.1994年7月10日该方法的数值预报产品已在中央电视台午间新闻播出.     

东太平洋赤道海温对大气环流的影响

东太平洋赤道冷水区海温(0°—10°S,180°W—90°W57纲格历年逐月海温距平和,本文用SST表示),是三大洋中海温变化最大的海区。研究表明,SST变化对世界及我国天气、农业和海洋渔业等均有显著的影响。因此,近年来SST对大气环流影响的研究颇受重视。本文在前人研究的基础上,进一步分析了1950—1980年间,SST对     

海洋上巨盐核特性的研究

于1986年10—12月和1987年9—11月分别在西太平洋热带海域(5°N—6°S,21—3°N)作巨盐核观测,资料分析结果表明,10°N以北海域大气中巨盐核浓度大于赤道海域。海洋虽是巨盐核的源地,但其浓度却低于沿海和海岛。而高于内陆。无论是内陆,还是海洋和沿海,大气中的巨盐核浓度都与风向风速有关。在陆地和沿海,相对湿度对巨盐核浓度影响较大,而在海洋地区这种影响并不明显。     

赤道太平洋海表面温度同南方涛动和副热带高压的相互关系

本文选用1951—1986年赤道太平洋(10°S—10°N,180—85°W)海表面温度(SST)与南方涛动指数及副热带高压特征指数,重点探讨了海洋与大气之间的相互作用过程,得出了起主导作用的因素,认为与选取代表赤道太平洋平均海面温度的海区范围和选用代表南方涛动的两个气压站有直接关系。     

北太平洋夏季热带海区大气运动的平衡关系

利用1998~2003年6~8月的NCEP/NCAR再分析资料(1.0°×1.0°经纬度网格),以对流层中部500 hPa高度层为重点,利用北半球夏季(6~8月)低纬度(0°~30°N)太平洋地区(160°E-120°W)各物理量(水平速度u,v,P-坐标垂直速度ω等)计算了水平运动方程中各分量的大小,通过比较对热带大尺度运动方程进行了简化,并给出了相应的简化方程,认为纬向风在除了赤道这一奇异带以外都是满足地转平衡的,而经向风则在离开赤道30°以外达到地转.由于热带太平洋地区是台风的重要发源地之一,因此弄清此地区的大气运动基本平衡关系有助于台风形成机制的研究.     

预报南海热带气旋的综合流程

本文是在过去多种方案的基础上,经提炼、修改、补充就其南海热带气旋从其生成开始到发展阶段,对其移动过程中的具体路径、强度变化及影响的地区范围等方面,按区、类分别研制出一套定性判断和定量预报相结合的客观预报流程,全流程分四个子系统执行。 资料选取（970-1979）十年7—9月份的天气图资料。取样范围为进入10°—23°N, 110°—120°E海区的103个南海热带气旋作样本。并用（1980-1985）六年 11个南海热带气旋作独立样本检验、以鉴定所建方程的稳定性和正确率。从试报效果看,本方案具有一定的预报能力,使客观预报方法在应用于南海热带气旋的多种预报方面,显示它的系统性,并具有一定的实用价值。     

黑潮及邻近海域铯-137的分布

1986年5-6月,在黑潮及其邻近海域(28°28′—36°31′N,126°29′—145°00′E)调查了~(137)Cs的活度分布。从采集34个站区表层水样的分析结果表明,~(137)Cs的活度范围为(0.55—7.6)×10~(-2)Bq/L,平均值为2.43×10~(-2)Bq/L,~(137)Cs的分布趋势是本州东南部海区~(137)Cs放射性水平略高于日本南部海区和东海东北部海区,海水中~(137)Cs的活度与盐度之间没有明显的相关关系。     

黑潮地区表层水温的月趋势预报

表层水温长期预报问题的研究已有多年历史。早期的学者主要用相关分析和水温长期变化的规律来制作月、季或更长期的预报,如Hatanka(1948),Watanabe和Hirao(1955), Kolesnikov(1947,1953)以及Milar(1952)等。六十年代以来,不少学者采用数值计算方法,预报北太平洋及全球范围内的月际温度变异,如Adem(1969,1970),J.Jacobs(1967)和Shigeo Moriyasu (1969,1970)等,他们在数值模式中,考虑了海洋与大气之间的热量交换,洋流与风海流的热量输送及其搅拌作用,以及水平与垂直方向上的涡动扩散;从大范围看,得到了较好的预报效果。Namias(1972)在分析北太平洋海面温度的时空分布及其与海平面气压场的关系时,发现可以根据水温变化的时间持续性和空间相关性及其与海平面气压场的关系,预报月平均水温及相应的海平面气压。以上所述及其他许多研究成果,目前能用于常规预报的,主要仍然是经验方法。本文通过分析黑潮地区表层水温与前期大气环流的相关,选取相关系数高的站点,用阶段回归方法,建立了本海区各月的水温月趋势预报方程。 文中采用的水温资料(1951-1974年)取自日本及美国发表的北太平洋海面水温资料,计算过程中对前后12年资料的系统误差进行了校正,500亳巴高度场资料取自上海中心气象台。黑潮地区的表层水温用20°N,125°E;20°N,130°E;25°N,125°E;25°N,130°E;30°N,130°E;30°N,135°E等六个站的平均资料来代表。     

崂山湾附近海域内波的侧视雷达(SLAR)图像信息研究

在1987年5月进行的海洋航空遥感实验中,获得了黄海西部崂山湾附近海域(36°16′—36°30′N 120°45′—121°05′E)的内波侧视雷达(SLAR)图像。这组由8个波组成的内波,平均波长为1.32±0.24km,向岸传播的平均相速度为38cm/s,平均周期为57min;波峰线与等深线平行,图像上记录的波峰线长达40km。分析表明,这组内波可以用最低型内波理论模型来描述。     

垂直园柱群波浪作用力的研究(英文)

在波浪槽中进行了三个园柱的单排桩群和4×4个园柱的桩群所受波浪作用力的实验研究。单排桩的波浪入射角为0°、45°和90°:4×4桩群的波浪入射角为0°和45°。通过研究给出了三个园柱的单排桩群和4×4桩群的总干扰系数以及各个组成桩的干扰系数随Keulegan-Carpenter数、相对桩距和波浪入射角的变化;找出了桩群中承受最大波浪作用力的组成桩;提出了遮蔽效应、整体效应、射流效应和抑制效应等四种效应以解释所得到的结果。     

台风加(减)速运动的诊断预报方法及路径预报

本文用1980～1986年20时欧洲中心的1000、850、700、500、300、200及100hPa共7层的网格点资料,挑选了进入南海的若干个台风个例对台风中心运动方程进行了诊断分析,求出了台风前后12及24h的移速(V)、移向(θ)、移速差(ΔV)及移向差Δθ,分析得到,台风主要在气压梯度力、地转偏向力及阻力三力等的作用下运动.当气压梯度力和地转偏向力近于平衡时台风减速移动;当气压梯度力和地转偏向力不平衡时台风将加速运动.计算的12hΔV与实际的ΔV(≥5km/h)的符号相同者达90%,平均移向差Δθ为13°:计算的24hΔV与实际的ΔV的符号相同者达88%,平均移向差Δθ为15°.预报路径与实际路径比较接近.     

多向不规则波作用下斜坡式建筑物护面块体的稳定性

试验研究了扭工字块体、钩连块体、四脚空心方块和块石等四种护面块体在五种波向角(0°,15°,30°,45°和60°)的斜向波和多向不规则波作用下的稳定性,给出了四种护面块体稳定重量的实用计算方法.     

用简单海气耦合模式研究西太平洋暖池的形成机制及其对大气扰动的影响——Ⅰ.简单海气耦合模式的建立(英文)

试图建立一个简单海气耦合模式,其中大气垂直分为两层,为－β平面近似线性模式。在非绝热加热项中包含了对流凝结潜热与大尺度流场之间相互作用的ＣＩＳＫ机制以及蒸发、感热与扰动风场之间的反馈机制,并考虑了东风区与西风区的不同。由于只研究大气的平均纬向运动,故模式大气中仅含有Ｋｅｌｖｉｎ波。海洋模式为一约化重力模式,只保留了Ｒｏｓｓｂｙ波。对这一海气耦合模式进行特征波动分析,发现考虑海气耦合效应并不影响大气波动的性质,在东风区大气Ｋｅｌｖｉｎ波仍然增幅和东传;在西风区大气Ｋｅｌｖｉｎ波振幅衰减。但海气耦合效应却使得大气Ｋｅｌｖｉｎ波的传播速度减慢,周期增大。当考虑海气耦合效应时,海洋Ｒｏｓｓｂｙ波的稳定性质发生变化,由原来的中性波动变为非中性波动。在西风区,波数小于某临界波数的长Ｒｏｓｓｂｙ波振幅增大,而短的Ｒｏｓｓｂｙ波振幅衰减。在东风区结论相反。对海气耦合模式中波动的分析,为数值模拟西太平洋暖池的形成及其对大气扰动的影响建立了理论基础。