风应力的旋转和辐散分量在ENSO循环中作用的数值试验研究

将 1 960～ 1 991年的月平均 FSU风应力资料分解为旋转部分和辐散辐合部分 ,分别用以强迫模式海洋。所用的模式为一个 2层热带太平洋区域海洋模式。结果表明 ,就季节变化而言 ,不论是用旋转分量还是散合分量强迫海洋 ,都不能产生合理的冷舌 ,哪怕将旋转或散合分量放大一倍或缩小二分之一 ,也不能使冷舌的强度和分布得到合理的改善。若采用气候平均的含有季节变化的风应力 (未对旋转和辐散分量进行分离 ) ,则可产生与实际相符的海表温度分布。在此基础上 ,分别叠加旋转和辐散分量的年际异常部分 ,通过对海洋的强迫 ,可产生海表温度异常。在年际异常旋转分量的强迫下 ,可产生较强的 SSTA振荡且具有明显的 ENSO周期 ;而在辐散辐合年际异常风应力的强迫下 ,则产生较弱的 SSTA,且振荡频率较高 ,ENSO周期不很明显。这些结果说明 ,风应力的涡旋和辐散辐合分量在海温季节变化和年际变化的形成中具有不同的作用 ,即合理的冷舌分布需要风应力旋转分量和散合分量同时作用于海洋方可产生 ,而仅有异常风应力的旋转强迫就可产生合理的 EL Nino/ La Nina现象。同时 ,风应力的辐散辐合分量在海洋平均状态的形成过程中是重要的 ,但在 EN-SO过程中就对海洋的作用而言则不如旋转分量重要。     

第五讲 OLR反演热带散度风及垂直环流

第五讲ＯＬＲ反演热带散度风及垂直环流蒋尚城（北京大学地球物理系，１００８７１）热带地区常规观测资料稀少，而且由于那里盛行对流活动，非地转运动较强，风的辐散分量不仅可以和旋转分量相比，甚至还可以超过旋转部分。常规风的观测其辐散分量往往比实际的偏小，因而...     

风应力的旋转和辐散分量有ENSO循环中作用的数值试验研究

将1960－1991年的月平均FSU风应力资料分解为旋转部分和辐散辐合部分,分别用以强迫模式海洋,所用的模式为一个2层热带太平洋区域海洋模式。结果表明,就季节变化而言,不论是用志分量还是散合分量强迫海洋,都不能产生合理的冷舌,哪怕将旋转或散合分量放大一倍或缩小二分之一,也不能使冷舌的强度和分布得到合理的改善,若采用气候平均的含有季节变化的风应力（未对旋转和辐射分量进行分离）,则可产一与帝际相符的海表温度分布。在此基础上,分别叠加旋转和辐散分量的年际异常部分,通过海洋的强迫,可产生海表温度异常。在年限异常旋转分际异常风应力的强迫下,则产生较弱的SSTA,且振荡频率较高,ENSO周期不很明显。这些结果说明,风应力的涡旋和辐散辐合分量在海温季节变化和年际变化的形成海洋方可产生,而仅有异常风应力的旋转强迫就可产生合理的FL Nino/La Nina现象,同时,风应力的辐散辐合分量在海洋平均状态的形成过程中是重要的,但在EN－SO过程中就对海洋的作用而言则不如旋转分量重要。     

登陆台风“凡亚比”(1011)合力散度特征诊断研究——垂直分布特征

本文利用2010年1011号台风“凡亚比”登陆过程高分辨率数值模拟资料,诊断分析了“凡亚比”台风环流合力散度的垂直分布及其演变特征。结果指出,合力散度的显著区一直与台风系统相伴随,可以有效地示踪热带气旋（Tropical Cyclone,简称TC）的移动,并能较好地识别TC强度、结构的发展演变。台风中心偏东一侧流入层的合力散度异常信号首先出现并发展,反映出环流的非对称特征。随着台风趋于成熟,合力散度逐渐增强,高度扩展,对称性也逐渐增加;台风中心上空为合力辐合,外围为合力辐散,垂直方向上合力辐合与辐散相间的结构对应上升运动极值区及强降水,即对应台风眼墙位置。合力散度面积指数和强度指数的分析指出,垂直方向上辐合与辐散面积指数负相关;各层的合力辐合强度指数普遍大于辐散强度指数,垂直方向上两强度指数呈显著的正相关关系;结合面积指数与强度指数,可知垂直方向上合力辐合与辐散此消彼长。运用合力散度方程对该垂直分布特征的成因展开分析,发现风速u分量平流随经度变化项和风速v分量平流随纬度的变化项是TC眼区合力辐合部分的主要贡献项,垂直运动项决定了TC眼墙的合力辐合与辐散相间的垂直分布特征。     

热带地区的客观分析

本文对热带地区的客观分析所遇到的几个特殊问题,例如观测资料不足,初估场的系统误差、风与气压场的平衡与风的辐散分量的分析、水汽与下垫面状态分析等进行了讨论。同时探讨了解决这些问题的可能途径。      

Potential vorticity analysis of quasi-biweekly rainfall events over the Yangtze Basin in summer 2014

2014年夏季长江流域(YRV)发生的多次阶段性强降水事件显著地受10-20天准双周振荡所调控.代表性振荡过程与合成分析表明,准双周湿位相主要取决于对流层高层南侵的高位势涡度(PV)与低纬度向西南平流的高PV导致南亚高压形态改变而产生的YRV高空辐散.高空向南的正PV平流与低层南风输送的负PV平流在YRV上空形成正的PV平流垂直梯度,激发出等熵面位移的上升运动分量;高空的高PV同时向中低层伸展,导致等熵面坡度增大从而增强气块沿等熵面上滑的上升运动分量,由此产生更强的非绝热有关的上升运动分量.干位相情况则相反.     

梅雨前后亚洲季风区平均散度风环流和水汽输送的研究

分析了１９８３年江淮流域梅雨期及其前后亚洲季风区平均散度风环流和垂直积分水汽输送的辐散分量。在入梅前强水汽辐合中心位于华南，出梅后则位于印度季风区，梅雨期这两地区都存在着强水汽辐合中心，并且强水汽辐合区和中国东部雨带的位置变化及热源分布有着密切关系。同时指出，江谁流域梅雨与大尺度辐散环流的变化、热源的配置及水汽辐合的位置有着较好的对应关系。     

热带印度洋偶极子事件期间印度洋大气的变化——大气流函数场和势函数场的分析

大气环流的变异是热带印度洋偶极子（IOD）事件研究中的一个重要问题。本文从风场旋度分量和散度分量角度出发,利用观测资料和大气环流模式,对IOD事件发生时热带印度洋海区上空的大气环流变化进行了分析,揭示出风场不同分量在IOD事件期间的变化特征。研究结果表明,热带印度洋大气环流系统在IOD事件期间,旋度分量和散度分量在垂直方向上呈现明显的一阶斜压形式,而在水平方向上呈现明显的对称分布特征。对低空（850 hPa）来说,无辐散流函数距平场在IOD事件正位相期间表现为关于赤道对称的一对反气旋式环流;无旋度分量在IOD事件正位相期间的响应表现为东印度洋辐散、西印度洋辐合;大气环流的两种分量场均可以在赤道印度洋地区产生距平意义下的纬向东风,正是这种形式的距平东风使得IOD事件依靠海气系统正反馈机制得以维持和发展。而高空（200 hPa）大气环流形式刚好与850 hPa相反。     

不同边界层参数化方案在暴雨数值模拟中的对比分析

本文利用非静力平衡的中尺度模式(MM5),通过对一次华南锋前暖区暴雨的数值模拟,比较了3种边界层参数化方案的作用。结果表明：从24小时累积降水的分布来看,MRF方案的预报与实况对比效果最好,其次是Blaekadar高分辨率PBL模式,最差是no PBI,方案。分析MRF方案的输出结果,发现对应每个时刻的累积雨团上空,925hPa都有较强的辐合辐散偶极子与之相配合,而在300hPa则有较强的辐散。不同边界层方案模拟的辐散场有一定的差别,导致了降水的不同预报效果。     

无旋转风分量在台风"桑美"急剧增强和急剧减弱过程中的分析和应用

利用日本气象厅区域谱模式(RSM)的20 km分辨率再分析资料,对2006年第8号台风"桑美"在近海急剧增强和登陆后急剧减弱时的高低层辐散、辐合特征进行了对比分析.结果表明,利用调和-余弦计算方法得到的无旋转风分量较散度场能更明显地反映台风"桑美"在近海急剧增强和登陆后急剧减弱时的风场变化特征.在台风急剧增强过程中,台...     

Multivariate Objective Analysis of Wind and Height Fields in the Tropics

ＭｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅＯｂｊｅｃｔｉｖｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＷｉｎｄａｎｄＨｅｉｇｈｔＦｉｅｌｄｓｉｎｔｈｅＴｒｏｐｉｃｓＳ．Ｋ．Ｓｉｎｈａ，Ｓ．Ｇ．ＮａｒｋｈｅｄｋａｒａｎｄＳ．Ｒａｊａｍａｎｉ（ＩｎｄｉａｎｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｒｏｐｉｃａｌ...     

卫星OLR资料在低纬风场分析中的应用

目前,几乎所有的数值预报试验和业务模式对热带地区的预报效果都不如中高纬地区那样令人满意。其原因是多样的,也是很复杂的。如对物理过程的参数化不可能很完善,象辐射、凝结潜热等这些非绝热过程的处理都还存在许多问题,而这些物理过程的作用在热带地区更为重要。这样也会导致一些物理量的初始化不准确。另外,热带地区的常规观测资料远少于中高纬地区。上述因素所带来的困难     

热带风压场平衡特征及其对GRAPES系统中同化预报的影响研究Ⅱ:动力与统计混合平衡约束方案的应用

研究I的结果表明:线性平衡方程(LBE)在热带地区不适用,而进一步改进方向是削弱LBE在该区域的约束程度。本文以此为基础,在GRAPES(global/regional assimilation and prediction system)全球变分同化系统中引入动力与统计混合平衡约束方案。新方案在逐层求解LBE的基础上增加垂直方向的线性回归,回归系数随纬度和高度变化。针对背景误差协方差的分析表明,新方案可以更好的保证独立分析变量间预报误差不相关的基本要求,并大幅度减小热带地区平衡气压预报误差方差的量值和占总方差的比例。单点试验结果表明,与LBE方案相比,新方案对中、高纬影响很小,但在热带地区成功实现了风、压场分析的解耦,两者分析更为独立。并且,虽未考虑具体波动模态,但新方案给出的风、压场协相关结构与研究I的理论分析结果相近。一个月的同化循环与预报结果表明,引入新方案后,赤道外地区的同化预报效果为中性偏正,而热带地区风场的同化预报效果显著提高,LBE方案中平流层低层的风场同化预报异常被基本消除。     

GRAPES变分同化系统中动力平衡约束的统计求解

该文在GRAPES (Global/Regional Assimilation and PrEdiction System) 模式面三维变分 (3D_Var) 框架中引入了一种描述不同控制变量之间动力平衡约束的新方案。新方案采用统计得到的流函数和模式气压变量 ( π ) 之间的回归系数代替原方案中的线性平衡方程,来表达旋转风和质量场之间的平衡关系;采用流函数和势函数之间的回归系数,补充表达了原方案中所没有的旋转风和散度风之间的平衡关系。与原方案相比,新方案算法简单,避免了垂直方向的反复插值,减少了插值误差的引入。通过随机扰动试验和单点试验可以发现,在地转关系成立较好的区域,新方案中旋转风和质量场的耦合程度与原方案接近一致;而在地转关系不适用区域,新方案可以有效减小两者的耦合程度。此外,由于新方案中添加了旋转风和散度风之间的动力平衡约束,边界层的风场分析也更加接近大气真实状况。     

On the impact of divergent part of the wind computed from INSAT OLR data on global analysis and forecast fields

Summary In this paper, a procedure for the computation of the divergent part of wind from Outgoing Longwave Radiation (OLR) data is described. This divergent part is included in the global analysis scheme and its impact is studied by computing the vertical velocity, velocity potential etc., using the analysed fields with and without modifying the divergent part and also making 24 hr and 48 hr rainfall forecasts.Results show that magnitudes of vertical velocity were increased when the divergent part was modified in the wind analysis. There were also changes observed in the analysed wind field over convective regions and the changes over the oceanic regions were higher, suggesting that the impact of divergent part is more pronounced over data sparse regions. Marginal increase was observed in 24 hr and 48 hr rainfall forecast over the Indian region. The area averaged rainfall forecast at each time step in the first 6 hours of model integration was also higher in the case when the wind field contained the divergent part.To sum up, it can be stated that the inclusion of the divergent part from OLR data in the initial wind field has brought out positive impact on the wind analyses and rainfall forecast.With 12 Figures     

高分辨率GRAPES-GFS的动能谱及其转折特征分析

大量观测数据的计算表明,在对流层高层和平流层低层,大气动能谱在大尺度的斜率近似为k^-3,到中尺度转换为近似k^-5/3,动能谱的斜率及其转折特征可作为大气运动的基本规律检验数值模式。利用这一特征对GRAPES-GFS全球中期数值预报模式产品进行了检验评估。采用0.25°分辨率GRAPES-GFS模式2013年5月的预报场,分析了模式动能谱的垂直分布及动能谱的辐散分量和旋转分量。结果表明:在对流层高层和平流层低层(225—10 hPa),模式的动能谱曲线能较好地再现大气动能谱从大尺度过渡到中尺度的斜率转折特征,特别是在100 hPa附近动能谱的转折特征比较明显,但是动能谱斜率的绝对值较通常的观测结果(k^-3和k^-5/3)偏大;在大尺度范围,旋转分量在总动能谱中占优,随着波数的增大(尺度的减小)辐散分量逐渐与旋转分量相当甚至超过旋转分量。基于条件极值的思想提出一种计算转折点(拐点)的新方法,该方法能够较准确地计算出动能谱曲线拐点的位置,而且拐点位置随高度的变化与辐散和旋转分量谱交点位置随高度的变化一致。此外,还计算了辐散分量谱的斜率,发现其在中尺度范围内非常接近k^-5/3, 验证了其对总动能谱转折过程中的关键作用。综上,GRAPES-GFS模式能够准确地再现大气动能谱由大尺度到中尺度的斜率转折特征;与旋转分量相比,模式对动能谱辐散分量的描述更为准确,而且模式对旋转分量的较大误差导致了总动能谱的斜率绝对值偏大。     

Assimilation of ERS‐2 scatterometer winds using the Canadian 3D‐var

Abstract

The goal of this study is to evaluate the impact of incorporating the marine surface winds retrieved from the ERS‐2 scatterometer in the Canadian three‐dimensional variational analysis system, (3D‐var). The aspects of the 3D‐var most relevant to the assimilation of surface ‐wind observations and a general method for resolving the directional ambiguity of the retrieved scatterometer ‐winds are first described. A comparison ‐with 6‐h forecasted winds is then made to demonstrate that these data are of high quality, but exhibit a speed bias that can be removed by increasing their amplitudes by about 5%. The analysis increment from a single scatterometer wind observation is calculated to illustrate the response of the 3D‐var to surface wind observations. As a consequence of the forecast error covariance model, the assimilation of surface wind observations produces meteorologically consistent increments for both the rotational and divergent wind components and the mass field. The results from a series of cross‐validation experiments using ship‐based wind data demonstrate a positive impact of assimilating scatterometer winds and the effectiveness of a simple method for estimating and removing the speed bias. The impact of assimilating scatterometer data within a short assimilation cycle is also evaluated. Overall, the results show that including scatterometer data in the analysis decreases the 6‐h forecast error of surface wind by 13%. Over the northern extra‐tropics the improvement is only 4% and for the southern extra‐tropics it is 16%. Results from a series of two‐day forecasts produced using the analyses from the assimilation cycles with and without retrieved scatterometer winds included are also presented. Using radiosonde observations at 850 hPa, 500 hPa, 250 hPa and 100 hPafor verification, the impact on the forecasts is nearly neutral in the northern hemisphere and the tropics. Conversely, a significant positive impact is found on both wind and mass fields in the southern hemisphere over the entire two‐day forecast.