超强厄尔尼诺事件“春季可预报性障碍”及其误差增长动力学分析

基于一个中等复杂程度模式(ICM)集合预报系统(EPS)产生的海表温度距平(SSTA)预报产品,从误差增长的角度探讨了2015/16超强El Nio事件的"春季可预报性障碍"(SPB)问题.通过分析集合预报成员预报误差的增长倾向,发现了2015/16 El Nio事件的预报误差增长呈现显著的季节依赖性,且在春/夏季具有最大增长率,表明ICM-EPS对2015/16 El Nio事件的预报发生了明显的SPB现象.进一步分析表明,上述SPB现象不是由ICM初始场的不确定性引起,而是由其模式误差导致,而ICM-EPS集合预报成员的平均滤掉了部分模式误差的影响,减弱了SPB现象,从而使得2015/16 El Nio事件的预报产生较小的预报误差.通过探讨由海温方程的倾向误差表征的模式误差,该研究揭示了导致SPB现象发生的倾向误差的主要空间特征,并阐明了ICM-EPS低估2015/16El Nio事件强度的原因.此外,本文也揭示了导致显著SPB现象,尤其是导致最大预报误差的SSTA倾向误差的结构特征.该倾向误差的SSTA分量具有赤道中东太平洋负异常,西太平洋正异常的纬向偶极子结构,与Duan等提出的最敏感非线性强迫奇异向量(NFSV)-倾向误差高度相似,从而表明NFSV-型倾向误差也存在于实际的El Nio预报中.该研究也探讨了其他超强El Nio事件,如1982/83和1997/98事件,得到了类似的结果.因此,如果利用NFSV-型倾向误差校正ICM模式误差,ICM-EPS可大大提高超强El Nio事件的预报技巧.     

风切变对飞行的影响及其预报时效分析

利用NCEP再分析资料和AMDAR资料,对2008年11月1日首都机场冷锋过境前后风切变现象及其可预报时效进行分析。分析认为:在冷锋过境前后,首都机场存在多种形式的风切变,有高空槽前后的水平风切变、高层和中层急流轴引起的水平风切变、冷锋前逆温层顶上下的水平风切变和地面锋面过境时跑道面上的水平和侧风切变。对各种风切变的可预报时效进行了分析。     

初值和海温强迫对延伸期可预报性时空分布的影响

利用全球谱模式T106L19和增长模繁殖法,分别在气候海温和预测海温强迫下,进行了动力延伸集合预报试验.基于方差分析思想,利用集合预报结果,定义和计算了初值影响指数、海温强迫影响指数、潜在可预报性指数以及波动活动指数.通过分析四个指数,揭示了初值和海温强迫对延伸期可预报性时空分布以及潜在可预报性的影响,并探讨了其影响机理.结果表明：初值影响指数分布具有地域和季节的差异,初值的影响在中高纬度地区大于热带地区;相同季节,海温强迫影响指数分布与初值影响指数分布相似;潜在可预报性指数呈带状分布,大值集中在热带地区,且在低纬度地区,高层的潜在可预报性大于低层;初值和海温强迫对延伸期可预报性时空分布的影响,依赖于大气环流形势,初值和海温强迫影响的显著区正是大气长波的活跃区和西风急流区,急流区的强风切变为长波活动提供了斜压不稳定能量,而长波的发展调控着初值和海温强迫的影响,这说明延伸期的可预报性具有明显的流依赖性,大气外强迫的作用也与大气内部的动力过程密切相关.     

初始误差和参数误差对混沌系统可预报性影响的比较

利用非线性误差增长理论,以Lorenz系统为例比较研究了初始误差和参数误差对混沌系统可预报性的影响．结果表明：在初始误差和参数误差单独存在时,系统的可预报期限随误差大小的变化规律基本上相同;对于相同的误差大小,初始误差和参数误差对系统可预报期限的影响几乎相同,这一结果基本上不随参数范围的变化而变化．当初始误差和参数误差同时存在时,两者对可预报期限影响所起的作用大小主要取决于初始误差和参数误差的相对大小．当初始误差远大于参数误差时,Lorenz系统的可预报期限主要由初始误差决定,可以不用考虑参数误差对预报模式可预报性的影响;反之,当参数误差远大于初始误差时,Lorenz系统的可预报期限主要由参数误差决定;当初始误差和参数误差大小相当时,两者都对系统的可预报期限起重要作用．在后两种情况下,在考虑初始误差对可预报性影响的同时还必须考虑参数误差的作用．这提醒我们在作实际数值天气预报的时候,不仅要重视初值的确定,也要重视数值模式控制参数的确定．     

基于多正则化参数约束的四维变分同化方法及其对台风预报的影响

Tikhonov正则化反问题思想应用于变分同化时,通常引入的单正则化参数并不能同时满足不同观测资料的误差特性.针对传统四维变分同化(4D-Var)中不同观测资料分别引入不同正则化参数,提出基于多正则化参数约束的4D-Var(Tikh-4D-Var);同时,鉴于实际维数巨大同化系统中多正则化参数难于计算问题,基于同化系统后验估计信息,引入一种新的多正则化参数选择方法,相比于传统正则化参数选择方法,该方法计算量较小.基于WRF3.3.1 4D-Var同化系统,利用2010年Chaba台风个例开展bogus资料同化台风初始化应用试验,结果表明:结合引入的多正则化参数选择方法,Tikh-4D-Var方法相比于传统4D-Var方法更快达到收敛标准,迭代次数更少;同时,相比于传统4D-Var方法,Tikh-4D-Var方法呈现出更优的同化和预报效果,使得72 h路径和强度预报误差减小的同时,进一步改善了台风的内部结构信息;多正则化参数在一定程度上可反应同化系统中观测资料误差方差给定的准确性.     

WRF模式不同陆面方案对一次暴雨事件模拟的影响

本文利用中尺度模式Weather Research and Forecasting Model (WRF) 3.1版本及National Centers for Environmental Prediction (NCEP)分析资料,就2003年6月下旬我国江淮及南方地区的强降水事件, 以24 h短期天气模拟的方式,研究了模式中四个不同陆面方案对降水模拟的影响.结果表明,此次暴雨事件模拟对不同陆面方案是比较敏感的,模拟区域内雨量级别越高,不同方案的TS评分差异就越大,较大范围雨量可存在30%的差异,四种方案的暴雨中心值可存在100%～150%的较大差别;不同陆面方案还导致了模拟平均感热通量及潜热通量的系统性差异,这些差异的分布具有地域特点;陆面方案通过两种机理对模拟降水产生重要影响,即主要影响地表蒸发量,以及主要影响低层环流及水汽辐合,从而分别影响模拟的较大范围降水(如,平均约7%、最大约30%的较大范围雨量差异)及包含模拟降水中心的较小范围暴雨(如,方案间暴雨中心雨量可存在100%～150%的较大差别).可见,不同陆面过程可从不同空间尺度、不同程度上影响暴雨天气,改进陆面方案可以提高WRF模式对暴雨的模拟能力.     

CG-5重力仪一次项系数变化特性分析及其对观测数据的影响研究

采用线性回归方法分析2015—2018年云南区域内相对重力观测数据,分析获取到的云南省2台CG-5相对重力仪3年内一次项系数变化差异,发现段差与互差呈线性关系;利用线性回归方法获取3年内每个观测周期的一次项系数,结合绝对重力点资料,对得出的一次项系数进行验证;对比一次项系数修正前后3年期的变化趋势,分析重力变化与2018年地震相关性。结果表明:2台CG-5重力仪一次项系数在3年内均发生变化,且变化规律不一致,一次项系数变化差异最大达到0. 000 2;在一个观测周期内,一次项系数随时间及测值段均未发生明显变化;一次项系数修正前后对重力观测数据最大影响能达到100×10^-8m/s²以上,且修正后的数据与绝对重力观测值符合性更好,与地震的相关性也更加明显。     

东北地震区小震资料完整性分析及其对地震活动性参数的影响研究

以东北地震区为例,基于G-R关系的震级-频度分布原理,研究了东北地震区最小完整性震级MC的时间分布特征和各时段的空间分布特征,统计了研究区内的地震活动性参数,探讨了小震资料完整性分析对地震活动性参数和地震危险性计算结果的影响。研究表明：对区域小震资料进行完整性分析,可以在低地震活动地区获得较准确的地震活动性参数,更好地反映了该区未来的地震活动趋势。本文的研究方法和结论可供地震资料完整性分析和地震活动性分析时参考。     

东北地震区小震资料完整性分析及其对地震活动性参数的影响研究

以东北地震区为例,基于G-R关系的震级·频度分布原理,研究了东北地震区最小完整性震级MC的时间分布特征和各时段的空间分布特征,统计了研究区内的地震活动性参数,探讨了小震资料完整性分析对地震活动性参数和地震危险性计算结果的影响.研究表明,对区域小震资料进行完整性分析,可以在低水平地震活动地区获得较准确的地震活动性参数,更好地反映了该区未来的地震活动趋势.本文的研究方法和结论可供地震资料完整性分析和地震活动性分析时参考.     

极端降雨事件对南方红壤区径流和输沙的影响——基于赣江支流濂江上游流域的长序列分析(1984—2020年)

为探究极端降雨对南方红壤区流域水沙的影响,本文基于江西省鄱阳湖水系赣江上游濂江流域1984—2020年逐日降雨量、径流量和输沙量数据,使用95百分位法计算极端降雨,并采用最小事件间隔时间法分割降雨事件,综合应用Pettitt检验和线性回归方法对水沙突变、影响因子进行定量分析。结果表明:(1)发生极端降雨事件的时期是流域泥沙输出的关键时期,极端降雨对输沙量的贡献率达85.58%～87.79%,而对径流量的贡献为38.33%～43.42%。(2)在极端降雨情景下,年径流量从1984—1995年的209.21×10⁶ m³下降到1996—2020年的165.23×10⁶ m³,而年输沙量从1984—1995年的3.65×10⁴ t增加到1996—2020年的12.8×10⁴ t,相比于1984—1995年,1996—2020年的极端降雨所产生的径流量和输沙量占比有缩小趋势,分别表现为从43.42%到38.33%和从87.79%到85.58%。(3)极端降雨情景下...