非稳定风场作用下太湖梅梁湾流场、散度场的研究

利用太湖区域三维大气边界层数值模式和二维水动力学模式,研究了非均匀、非定常风场作用下的太湖梅梁湾流场和散度场的分布特征,得到了一些有意义的结论。     

太湖区域三维湖陆风场数值模拟

本文考虑太湖周围实际地形，建立了一个适合太湖区域复杂地形，满足静力平衡条件的三维非定常大气边界层数值模式，计算表明:模式运行十分稳定，与实际观测资料吻合较好。     

梅雨涡旋与环境场动能的相互作用

在过渡湍流理论基础上建立二维非局地闭合模式，并用所建模式研究沿海地区中尺度海陆风环流和内国界层结构，得到了合理的平均场和湍流场。     

对T106分析／预报场可预报性的初步分析

本文围绕日常天气预报的需求和为区域数值天气预报模式定义天气背景场和初值场的需要，针对9210工程MICAPS系统中T106谱模式的客观分析场和预报场的可预报性进行了初步诊断，定量分析比较了T106、欧洲中心ECMWT、华盛顿KEBC和日本JAPAN数值模式对天气环流形势和预报的统计误差，并初步探讨了模式误差的自身预报问题。文中指出了T106模式的误差源主要来自于其客观分析场的固定误差，提出了以集成客观分析场作为客观分析，提供预报员预报参考或作为数值预报的背景初值场。     

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。     

卫星资料反演湿度场改变模式初值对降水预报的影响

为探讨初始场资料在数值预报中的重要性，用高分辨率卫星T_BB资料反演的云内湿度场来改进模式初值，初步研究分析了改进的模式初值对降水预报的影响。以湿绝热过程的变态方程为积分方程，由卫星T_BB资料反演出大气中各等压面层湿度场。通过对比分析反演的湿度场与客观分析 (T106) 的水汽场，发现两者有较大区别，前者更加合理地反映出降水区域高空湿度场的分布。利用中尺度模式MM5将有限区域的常规探空资料和非常规资料进行同化，并对暴雨个例进行预报对比试验。不同初值的对比试验表明，在模式的初始场中引入卫星资料反演的湿度场后，明显地改善了模式降水预报的强度和落区，比仅使用常规探空资料更接近于实况。     

云系模式研究:云场的宏微观结构模拟

用计算物理方法设计构造了一个云系模式，并用一个实例作为初始场进行了模拟，模拟的云场宏观特征与实况观测比较一致，微观结构比较合理，配套的模式输出数据处理和绘图程序包能给出云系的点（粒子谱）、线（垂直廓线）、面（结构剖面）、体（云场，云型，云量，云系形状）的多维宏微观结构的云场图象。     

初始场结构对台风路径影响的数值试验

设计了一个套网格的准地转正压模式，对模式的可用性进行了检验。用该模式实施了两组不同初始场的试验，分析了初始场结构对台风路径的影响，指出台风移动具有内在随机性的特征。     

湿Q矢量散度场与ω场的比较

结合1991年7月5日20时至6日20时一次典型的江淮梅雨锋暴雨过程实况资料，系统、细致地比较分析了实时分析的湿Q矢量散度场与同时次改进后的MM4（MMM4）模式实时分析输出场之间的差异。结果表明：在整个梅雨锋暴雨过程中，湿Q矢量散度辐合场与同时刻地面雨区之间的对应关系较ω场优越；700hPa湿Q矢量散度辐合区对同时刻地面降水场有指示作用，尤其在梅雨的发展阶段及强盛时期，它对实际降水的落区及强度指示作用更为明显：MMM4模式中关于垂直速度计算的方法方案有待进一步改进。     

用非线性模型研究环境温度场和涡度场对台风发生、发展的影响

本文采用二维板对称高截断谱模式研究了环境温度场和偶度场对台风发生、发展的影响，指出整层平均的环境温度场的水平梯度和涡度场是影响台风重要因子。较强的环境温度汤梯度的作用类似于水平方向不均匀加热场的作用，能造成暖区上升、冷区下沉的热力直接环流，并且温度场的梯度越大，环流越强。对于整层平均的绝对涡度场而言，只有弱的正的平均绝对涡度才有利于台风的维持。     

MICAPS中T106分析/预报场的“快照”效果

围绕日常天气预报的需求和为区域数值天气预报模式定义天气背景场和初值场的需要，针对9210工程的MICAPS系统中T106谱模式的客观分析场和预报场的数据存储及显示中截断误差问题，提出了改进的方案，并定量分析比较了T106、欧洲中心ECMWF、华盛顿KWBC和日本JAPAN数值模式对天气环流形势的“快照”效果和统计误差。     

925hPa资料对高度场分析和预报的影响

通过连续１５天的平行业务数据预报试验，详细地分析了９２５ｈＰａ资料的应用对高度场分析和预报的影响。结果表明，９２５ｈＰａ资料的加入对印度洋西北部及马来西亚至菲律宾以南热带地区的分析影响较大，对其余地区影响较小。总的来说对形势场分析影响不很大，且对低层的影响大于中高层。同时，可以明显地减小从Ｐ面分析场到模式σ面的垂直插值误差。此外，对２４小时预报场的影响小于对初始场的影响，同时对模式积分的平稳性和预     

夏季地面温度场月预报的统计模式

用15年北半球夏季地面温度的资料分析了月平均场与该月前后一周左右的逐日平均场在时间和波数上的相关。发现越新、越靠后的日平均场与该月的平均场相关越强。用第0天外推的未来30天平均场与实况的相关比用前30天平均场作外推的相关要显著得多。由此得出结论认为各种预报方法的效果检验应与前者定义的惯性预报作比较。文中提出了几个用于作月预报的统计模式，分别用不同时间或不同波数作预报因子。其结果均使预报准确率有所提高。既用不同时间又用不同波数作预报因子的模式更为理想。文中最后讨论了一个源于动力学考虑的统计模式。近1400个月预报例子的结果与实况的平均相关系数高达0.75，显著优于惯性预报。     

西北太平洋地区台风环境场的预估研究

本文择优选取了国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）中19个气候模式的试验数据，预估了RCP4.5和RCP8.5典型浓度路径情景下21世纪末（2080～2099年）西北太平洋地区（0°～40°N，100°E～180°）台风环境场和台风生成潜力指数（I_GP）变化。结果表明，相对于1986～2005年参考时段，21世纪末西北太平洋海洋表面温度（SST）增加，垂直风切变（VWS）和向外长波辐射（OLR）均在其与台风频数呈显著负相关的区域减少，有利于台风生成和发展；由大陆向南海延伸的低压系统减弱，不利于台风活动。总体上，在RCP8.5情景下台风环境场的变化较RCP4.5情景相对更大。利用信噪比进一步考察了模式间差异性，SST变化的信噪比在大部分地区大于3.0，在低压系统控制区海平面气压变化的信噪比大于1.0，模式间一致性较好；对于VWS和OLR，信噪比小于0.6，模式间差异较大；但在与台风频数显著负相关的地区，对OLR变化方向的模拟在模式间高度一致。与以上环境场变化相对应，未来西北太平洋I_GP显著增加。     

冬季青藏高原对东移大槽动力影响的研究（Ⅱ）理想初始场,地形场的构…

为了以数值试验手段定量地再现青藏高原地形对冬季东移大槽的影响，也同时讨论冬季亚洲不同高空环流形势下地形对东移槽影响的差别，本文使我所６层有限区域格点模式，首先根据该模式对初始场的需要，也源于冬季亚洲地区高空流型的特点，了以基本斜压西风气流加高空西风急流，并在其上迭加正弦波槽扰动为主要特征的环境流场等的理想初始场及理想地形场。然后，根据不同流场成员和地形的组合，设计了１３个数值模拟试验着，利用整层无     

变分同化中使用背景场时尺度匹配的数值研究

分资料同化方法运用于中尺度系统的分析时，粗网格模式的输出经常被用作背景场，此时分析场和背景场之间存在尺度不一致的问题。为了让二者的尺度相匹配，文中提出可以在目标函数中增加一个过滤算子适当滤除分析场中的短波成分。应用浅水方程模式和模拟资料所作的数值试验表明，该方法可以明显地改善分析的效果。     

不同初始场条件对新疆区域数值模式预报性能的影响

初始场条件直接影响到区域模式的预报性能。基于GRAPES_GFS和NCEP_GFS两种初始场，详细比较了两者之间的差异，随后分别利用两种初始场驱动新疆区域数值模式（RMAPS-CA V1.0），对2021年4月整月的数值预报结果以及2021年4月21日一次暴雨过程模拟结果进行了MET（Model Evaluation Tools）对比检验。结果表明：（1）两种资料位势高度扰动场、温度扰动场、湿度扰动场存在明显差异，其相关系数分别为0.26~0.60、0.05~0.24和0.01~0.12，导致次天气尺度上存在着较大差异，并由此造成了模拟结果之间的差异，反映了区域模式对初始场和边界条件的敏感性；（2）从高空位势高度、风速、温度的预报结果看，NCEP_GFS初始场在新疆区域模式中高空要素的预报效果均要优于GRAPES_GFS初始场，均方根误差分别降低35.5~37.2%、7.6~12.6%和6.0~17.2%。从地面常规预报量的检验看，GRAPE_GFS初始场对2 m温度和10 m风速的预报效果则要优于NCEP_GFS初始场，均方根误差分别降低14.3%和6.8%；（3）从降水检验评分看，两种初始场的降水预报整体为漏报现象，NCEP_GFS初始场针对各降水阈值及不同时效的预报降水评分要高于GRAPES_GFS，0.1 mm/6h、6.1 mm/6h和12.1 mm/6h的TS评分分别提高22.5%、16.1%和150.8%；（4）从一次暴雨过程预报的检验结果看，GRAPES_GFS对于24小时为小量级降水预报效果优于NCEP_GFS,准确率分别为61.4%和40.0%；而NCEP_GFS对于大量级的降水预报则要优于GRAPES_GFS,准确率分别为66.7%和33.3%。两种初始场对降水个例检验偏差以空报现象为主，NCEP_GFS的TS评分整体高于GRAPES_GFS。     

用GMS双谱资料估计湿度场及其在数值预报中的应用

对GMS红外和可见光两个通道的资料进行了处理，并估计出了700 hPa和850 hPa两个层次的湿度场。将卫星资料估计的湿度场取代数值模式通常的客观分析湿度场进行了对比业务试验。业务运行表明，应用卫星资料后，预报结果有较大改进。     

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。     

人工订正位涡改进模式初始场技术研究

面对数值天气预报模式发展中的制约,如今气象界提出了预报员数据同化(data assimilation,DA)的理念,即将预报员的能力有机地融入到数值预报模式中以便发挥各自的优势。人工订正位涡改进模式初始场技术即充分体现了这一理念,其原理是利用了在中、高纬度气旋性环流场中,位涡(potential vortictiy,PV)场和卫星水汽图像(satellite water vapor imagery,WV)较好的对应关系检验数值预报,进而利用位涡的可反演性通过人工修改位涡场来订正数值预报,并已在部分国家实践中证明有着显著的改进模式预报性能的效果。本研究将通过分析对流层中高层的动力活跃区、位涡分布和卫星水汽图像暗区的关系检验模式偏差,进而通过人工订正位涡场和位涡反演,实现对模式初始场的修改,为预报员主观订正模式初始场、改进模式预报能力提供完整的技术流程。