熵气象学的研究向数值天气预报的方向探试

从熵原理引申出来的约束大气的方程式是否会改进数值天气预报的质量?-这是1991年国家自然科学基金会批准研究的一项新课题。如果此研究取得肯定的结果,会为改进数值预报找出新途径。早在80年代前期,我们就开展了降水统计力学研究。其突出特点是把统计物理中的一套思路引入于大气降水现象的分析。     

数值天气预报中初值问题分析

引言所谓初值,实际上就是方程的解在初始时刻的值.如果用初始时刻的观测值直接作为初值,且不说观测误差造成的种种不准确会给预报带来较大的影响,即使观测得再准确,由于预报问题一般不是单纯的初值问题,还和其它的定解条件有关,观测值不一定能同时满足方程和其定解条件.又因预报方程根据的物理规律不是很准确的,很多与预报有关的自然现象并不能都描写出来,方程组的解和大气的解是不会完全一样的.再加上由于计算困难以及其它原因,各种预报模式又是原来方程组的进一步简化,因此不同的预报方案,须有不同的初值.近年来,预报模式采用原始方程的很     

数值天气预报概况

数值天气预报方法是根据描写大气运动规律的流体力学和热力学定律(动量增加定律、质量守恒定律、热力学第一定律)组成闭合的方程组,然后用数学方法进行求解,得出未来天气的变化。由于我们对大气演变的规律还没有完全认识,以及数学求解上的困难,因此,通常都是针对某一具体预报问题建立相应的预报模式。     

数值天气预报简介

数值天气预报是使用大型快速电子计算机,通过求解描写大气运动规律的流体力学、热力学方程组,进行天气和天气形势的预报。数值预报工作,是气象工作现代化的一个重要组成部分,是衡量一个国家天气预报发展水平的一个重要标志。现就数值预报的几个主要方面以及存在问题和发展趋势等介绍如下。     

数值天气预报的回顾与展望

一、数值预报的历史用数值方法计算天气系统的发展,最初是由理查森(Richardson)提出来的(1922)。但当时限于缺少资料和计算装备以及尚存在着其他问题必须解决,因而他的工作做为预报是一个明显的失败。但是,理查森方法的许多方面与最近的数值预报方法的发展是很接近一致的。特别是他的计算是根据原始方程,并直接根据所能导出的一切主要的物理定律,引进了一些物理过程——辐射、湍流、凝结等的影响。     

数值天气预报的发展与展望

本世纪五十年代以来,数值天气天气预报作为大气科学的一个重要成果,日益引起人们越来越多的关切和重视,作为天气预报的一种新方法,已在世界许多国家得到应用。一、数值预报的产生十九世纪二十年代出现了世界上第一张天气图,以后逐渐发展起利用天气图制作天气预报;但是把天气预报建立在物理、数学基础之上,制作定量的天气     

《数值天气预报》

G.J.霍尔蒂纳(Haltiner)著,1971年美国出版,为美国高等学校关于数值天气预报的一本教科书。内容包括:支配方程、大气波动的简单型式、尺度分析、涡度和能量的积分关系、数值方法、正压模式、斜压模式、多层模式、数值预报中包括的水分和     

数值天气预报的诞生

自1950年数值天气预报试验成功,迄今已有48年。凡是熟悉天气预报历史的人,都会深刻地感到这是气象界一次伟大的历史性技术革命,使天气预报的准确率和时效获得了长足进步,让全人类在不知不觉（甚至不无埋怨之声）中享受着这次革命的成果。同时还应看到,数值天气预报是一项巨大的系统工程。它的成功依赖于科学技术的积累和多学利的共同进步。因此,回顾数值天气预报诞生的历史,不仅可以了解一些气象珍闻,还可以增进对科学发展规律的认识。1理论背景根据哥白尼关于行星围绕太阳运动的观点,刻卜勒发现了行星运动的基本定律。牛顿更进一…     

苏联数值天气预报进展

最近世界气象组织出版了世界各国数值天气预报进展报告,现将其中苏联的报告介绍如下.一、研究与发展1.资料的同化、初值化和客观分析首先,设计出用探空压、温、湿报告和高空风报告进行二元最优内插位势和风的客观分析方案,并准备投入日常工作中使用.     

瑞典的数值天气预报

1.引言瑞典在数值天气预报方面的研究和发展有长期的历史。开端可回顾到四十年代,当时C.G.罗斯贝教授对大气的流体动力学方程的近似理论和在斯德哥尔摩建立国际气象研究所作出了重要贡献。在第二次世界大战后不久,这个研究所建立了一个气象专家小组进行数值天气预报的研究。1951年该所     

数值天气预报的新方法

基于大气运动的连续性,构造了泛函。并直接利用测站的观测资料通过求该泛函的极小值,将数值天气预报从传统的在网格点上计算改为直接在测站上计算。     

加拿大数值天气预报考察报告

加拿大数值天气预报考察报告郭肖容，陈德辉（国家气象中心，北京１０００８１）按照中加气象合作第四次工作组会议确定的计划，笔者受加拿大气象中心（ＣＭＣ）邀请于１９９４年９月１２—２２日访问了加拿大，就加拿大数值预报发展进行了考察。在加期间主要访问了数值预...     

中期数值天气预报的若干检验分析

引言正确的中期天气过程和要素预报依赖于正确的天气形势预报 ,而数值形势预报是这方面的有力工具。对此中期预报员在长期的预报实践中 ,对数值预报产品性能都积累了一定的经验。为了使这些经验得到较好的验证和提高定性定量分析的能力 ,本文特别选取了天气异常的１９９８年７ -８月和２００１年１ -２月欧洲和日本的逐日数值形势预报。分析检验了这两个时段逐日各时次数值预告的形势、系统和高度场与实况的差异 ,得出了这两个模式对天气形势和高度场预报误差的性质、特征、程度和一般性规律。这对今后结合预报经验 ,更好的应用数值形势预报…     

西大西洋锋面气旋过程的数值模拟和等熵分析

文中使用PSU/NCARMM 5非静力数值模式对 1992年 3月 13～ 15日发生在西大西洋上的一次海洋气旋爆发过程进行了 6 0h的模拟 ;基于倾斜涡度发展理论 ,从等熵面倾斜的角度研究了气旋的发生、发展、运动和变化 ,利用高分辨率模拟结果对这次过程进行了分析。模拟结果很好地再现了气旋的发生、移动、加深、气旋的热力结构以及地面环流等特征。其中主要气旋M在6 0h的模拟中共降压 4 5hPa ;第 36～ 4 2时 (模式时间 ) 6h内降压达 12hPa。剖面图及等熵面图分析指出 ,气旋的发生、发展、运动和变化与等熵面或等相当位温面的倾斜密切相关 ,气旋中心总是位于等熵面或等相当位温面近于垂直的对流中性地区 ,这与倾斜涡度发展理论的阐述是一致的。气旋在弱静力稳定度的海洋表面启动发展之后 ,气旋与大尺度环境场相互作用 ,气旋得到迅速发展。“倾斜涡度发展理论”(以下简称SVD理论 )可以很好地解释此次海洋锋面气旋的发展与移动。气旋的发展和移动与等熵面的倾斜密切相关 ,发展期气旋前部及其移动路径前方自组织的斜升气流与倾斜的等熵面相配合 ,共同构成上滑“倾斜涡度发展”(SVD理论的推广 ,以下简称USVD理论 )的必要因子 ,在一定的条件下 (C·D<0 ,CD 为SVD指数 ) ,使得气旋及其前方 ,尤其是移动路径前方出现USVD发     

数值天气预报业务模式现状与展望

短期数值天气预报模式的发展,由于具备了对动力辐合、湿物理及边界层等过程和实际地形的刻画能力,在分辨率提高到几十公里尺度时,可以对暴雨进行数值预报。经过近50 a的发展,暴雨中尺度模式经历了静力平衡到非静力平衡、粗分辨率到高分辨率、简单物理过程到细致物理过程、云雨隐式预报到显式预报、简单初始化到复杂同化等的转变。本文从暴雨中尺度模式框架、物理过程和初始化方法三个方面,回顾了国内外主要暴雨中尺度模式的发展历程和重要进展,同时指出了未来模式可能的发展趋势并给予了分析讨论。

     

数值天气预报业务模式现状与展望

采用中国气象局2014年6月1日—30日14时加密探空资料,利用华东区域中尺度数值预报业务系统比较同化加密探空观测资料前后模式预报结果的差异。研究表明, 同化加密探空资料后,对模式初始时刻不同高度的位势高度、比湿、温度、风速等变量均有一定的影响;对位势高度、温度和风场的影响在高层100—150 hPa比较显著,而对比湿的影响主要体现在低层700—750 hPa。同化加密探空资料后模式初始场更接近实况。批量数值试验的统计检验表明,同化加密探空观测资料后对强降水及形势场预报均有不同程度改进,24 h暴雨和大暴雨量级降水的预报技巧分别提高了2.5%和8.1%。

     

数值天气预报业务模式现状与展望

基于新疆区域同化预报系统（简称“DOGRAFS”）,选取新疆伊犁河谷地区2016年7月31日—8月1日的强降水过程,利用常规观测资料和卫星微波辐射资料进行同化敏感试验,其中控制试验仅同化常规地面和探空资料,敏感试验在常规观测基础上分别增加微波温度（AMSU-A）、湿度（MHS）和温、湿度（AMSU-A、MHS）资料,并对2016年7月进行连续试验,以初步探究卫星微波温、湿度资料同化对新疆降水预报的影响。从关键要素增量的垂直和水平分布来看,仅同化AMSU-A资料与同时同化AMSU-A和MHS资料对初始场温度、位势高度和湿度的调整均比较显著,其低层温度和位势高度为正增量,中、高层为负增量,湿度场增量中心集中在800—600 hPa。而仅同化MHS资料对温度和位势高度的影响较小,对湿度场有所“微调”,但可更好地修正补充降水过程中的水汽信息。从降水预报和客观检验结果来看,同化AMSU-A资料总体为负效果;而同化MHS资料对于整个降水落区和大阈值降水的预报均有明显优势。

     

数值天气预报业务模式现状与展望

动力统计结合是提高天气、气候预报水平的重要途径之一,关键问题是如何将数值模式与历史资料进行有效结合;相似预报这一传统方法与动力统计的结合是未来提高天气、气候预报水平的一个重要方向,尽管其原理目前仍停留在相似假设基础上且缺乏坚实的物理基础。文中从准确模式的初值问题出发,提出准确模式初值扰动概念,进而发展了动力统计相似集合预报（Dynamical Statistical Analog Ensemble Forecast,DSAEF）理论。DSAEF理论不仅回答了为什么可以进行相似预报,同时还指出了如何进行相似预报,即其原理是利用准确模式来做预报,并采用集合预报的方式实现预报。基于 DSAEF 理论,建立了登陆台风降水动力统计相似集合预报DSAEF_LTP （Landfalling Typhoon Precipitation,LTP）模型,该模型包括4个步骤：台风路径预报、广义初值构建、初值相似性判别和台风降水集合,其中广义初值由影响台风降水的物理因子构成。DSAEF_LTP模型具有可持续发展特性—可通过引入新因子或改善模型参数来改进模型的性能;目前该模型发布了广义初值包含台风路径、登陆季节和台风强度3个物理因子的1.0版和在此基础上改进了“相似区域”和“集合方案”的1.1版。该模型的性能提升很快,已完成的最新版本（1.1版）3次大样本预报试验均显示,与ECMWF、CMA-GFS、NCEP-GFS和SMS-WARMS （上海区域模式）对比,对≥100 mm和≥250 mm台风过程降水预报的TS评分,DSAEF_LTP模型（V1.1）排名第1。今后,围绕广义初值不断改善,研究引入更多影响登陆台风降水的物理因子,DSAEF_LTP 模型的发展前景广阔。