北半球温带气旋活动和风暴路径的年代际变化

基于欧洲中心再分析数据ERA40的海平面气压场和高度场,本文分别采用拉格朗日和欧拉方法研究分析了1958～2001年北半球的不同季节温带气旋活动和风暴路径的年代际变化,以及可能的原因.以客观判定和追踪温带气旋为基础的拉格朗日方法得到了北半球的两个温带气旋主要活动中心,即北太平洋地区和北大西洋/北美地区,同时以500 hPa位势高度天气尺度滤波方差为基础的欧拉方法得到了同主要气旋活动中心相吻合的两条风暴轴.研究表明,44年中北大西洋/北美地区温带气旋活动北移加强,以春季最为显著.风暴轴也同样存在着向极移动并加强的特征,并且温带气旋和风暴路径两者移动趋势的相关性很高.作为一个典型地区,北大西洋/北美地区的气旋活动体现了风暴路径的北移,以及温带地区向极地的扩展.但有意思的是北太平洋的情况完全不同,即北太平洋地区的温带气旋活动和风暴轴向低纬度偏移并加强,以春季的南移趋势最为显著.对于此结论,两种方法也有很高的统计相关性.虽然大量研究表明北半球整体上呈现出风暴路径北移的变化特征,但对于具体地区情况有明显差异.另外,400 hPa最大Eady增长率和气旋活动频率的经验正交展开函数 (EOF) 第一模态的空间分布和时间序列非常相似,北太平洋地区和北大西洋地区风暴路径相反的变化趋势很可能同其大气斜压性的同位相的变化有着密切的关系.这也从另一个方面支持了本文对温带气旋和风暴路径年代际变化的分析.     

5月孟加拉湾风暴不同移动路径典型个例的大气环境场对比分析

利用JTWC最佳路径数据集及欧洲中心ERA-Interim再分析资料,分析了5月孟加拉湾气旋和风暴的活动特征,并重点分析了4个不同路径的典型孟加拉湾风暴大气环境场差异,初步探讨了影响风暴移动的关键大气环流因子。研究表明:5月孟加拉湾风暴路径分为北上、东北移、西北移、转向4种,其中东北移路径最多,北上路径最少;孟加拉湾风暴的生成和移动与阿拉伯副热带高压和西太平洋副热带高压的相对强弱和位置,以及中高纬度槽脊波动密切联系,同时还与孟加拉湾风暴的生成位置有一定关系,10°N以北孟加拉湾海域生成的风暴容易东北移,10°N以南孟加拉湾海域生成的风暴却容易西北移,这与西太平洋副热带高压边缘不同引导气流的作用有关;孟加拉湾风暴移动路径还与高空急流变化有关,风暴有趋于高空急流右侧辐散区运动的趋势;孟加拉湾风暴生成于弱的垂直纬向风切变区,纬向风移动增强的方向指示孟加拉湾风暴移动的方向。     

客观分析和资料同化中求解超大型病态线性方程组的新方法

根据Ｄａｖｉｄｏｎ最优条件迭代校正准则,对无约束最优化问题构造了一个不必贮存校正矩阵的三步拟牛顿法,用于求解超大型病态线性方程组。数值试验表明,此方法除对病态方程具有计算简单、收敛速度快、抗病态能力强、可与递推型算法相媲美的特点外,而且对良态方程也具有计算速度快、内存较少等特点。并能进一步提高客观分析中利用非常规资料的能力,提高分析中小尺度天气系统的能力及分析场的质量。     

9516号强热带风暴路径与暴雨的分析

对9516号强热带风暴的地面、高空形势及物理量的进行分析，得出了造成该强热带风暴路径变化及其暴雨的主要原因，为提高预报热带气旋的准确率提供了一些依据。     

9516号强热带风暴路径与暴雨的分析

对９５１６号强热带风暴的地面、高空形势及物理量的进行分析，得出了造成该强热带风暴路径变化及其暴雨的主要原因，为提高预报热带气旋的准确率提供了一些依据。     

Four-dimensional variational data assimilation experiments for a heavy rain case during the 2002 IOP in China

A heavy rainfall event along the mei-yu front during 22-23 June 2002 was chosen for this study. To assess the impact of the routine and additional IOP (intensive observation period) radiosonde observations on the mesoscale heavy rainfall forecast, a series of four-dimensional variational (4DVAR) data assimilation and model simulation experiments was conducted using nonhydrostatic mesoscale model MM5 and the MM5 4DVAR system. The effects of the intensive observations in the different areas on the heavy rainfall forecast were also investigated. The results showed that improvement of the forecast skill for mesoscale heavy rainfall intensity was possible from the assimilation of the IOP radiosonde observations. However,the impact of the IOP observations on the forecast of the rainfall pattern was not significant. Initial conditions obtained through the 4DVAR experiments with a 12-h assimilation window were capable of improving the 24-h forecast. The simulated results after the assimilation showed that it would be best to perform the intensive radiosonde observations in the upstream of the rainfall area and in the moisture passageway area at the same time. Initial conditions created by the 4DVAR led to the low-level moisture convergence over the rainfall area, enhanced frontogenesis and upward motion within the mei-yu front,and intensified middle- and high-level unstable stratification in front of the mei-yu front. Consequently,the heavy rainfall forecast was improved.     

一个分析和预报热带气旋路径的交互系统

该文描述了一个分析和预报热带气旋路径的交互系统的设计概念和业务试验。设计概念强调了一种交互系统,在这种系统中预报员能客观地试验各种设想,而不必从来自标准方法的相互冲突的预报中主观地作出选择。该系统是为放在预报工作台上的个人计算机或工作站而设计。Barnes或者统计内插方案可用来分析预报员选定的任何大气高度或各层平均的原始或仿造的观测。然后通过积分无辐散正压模式来制作路径预报。 1990年西北太平洋热带气旋外场试验期间的业务试验表明该系统能有效地实时应用。文中还给出一系列个例研究的例子。     

热带气旋路径客观预报的若干问题

对多时刻环境因子与热带气旋路径相关的统计分析表明，初始时刻环境场因子对热带气旋路径的预报能力随预报时效的增长而下降；未来时刻环境因子的预报能力高于初始时刻环境场因子；对于一定预报时效的热带气旋路径，具有较高预报能力环境场因子出现时刻大多不与预报时效同时刻；对于４８￣１２０小时的预报时效，初始时刻后４８－７２小时的环境场因子具有较高的预报能力。对ＮＷＰ产品进行统计释用的热带气旋路径预报模式优于用初如     

云迹风在热带气旋路径数值预报中的应用研究

通过一系列四维变分同化试验对GMS5卫星资料反演的云迹风资料在西北太平洋热带气旋的初始化及路径数值预报中的作用进行研究,同化资料为中国国家卫星气象中心提供的GMS5水汽和红外云迹风资料,其中70%在400hPa以上,50%集中在200～300hPa。应用美国NCAR/PSU中尺度模式MM5及其四维变分同化系统,同化窗口为6h,对初始时刻和6h后的云迹风进行同化。同化前对云迹风资料进行了简单的类似ECMWF初值检验方法的质量控制。对2002年8个西北太平洋热带气旋共进行了22组试验。结果表明,采用四维变分同化技术同化云迹风对热带气旋路径预报有一定改善,12,24,36和48h预报的平均距离误差分别降低5%,12%,10%和7%,但同化云迹风的作用与初始气旋强度有关。选择初始中心海平面气压960hPa作为强、弱气旋的分类标准,则11个较强气旋平均路径误差12h减小了13%,12h以后的预报误差减小率维持在20%以上。而对于11个较弱气旋,平均路径误差反而略有增加,说明同化云迹风资料对不同初始强度的气旋作用也有所不同。其主要原因是由于强度较强的热带气旋往往具有较为深厚的垂直结构,因此受高层大气流场的影响更明显;同时,较弱热带气旋的云迹风观测相对稀少且凌乱,并且更容易受环境气流的影响,因此对于较弱的热带气旋,当模式变量与模式或变量之间在同化后不够协调的话,就会产生负效应。     

9516号强热带风暴路径与大暴雨分析

1概况9516号强热带风暴是一个路径少见的南海热带气旋。1995年10月9日08时生成于永兴岛东南方约600公里的海面上，生成后迅速西移，11～13日经过海南岛南部、西部、西北部海面加强北上。13日02时，中心附近最大风力达10级，15时在广西合浦登陆，然后东北移与西风槽合并减弱消失（见图1）。在这个强热风暴西移北上的过程中，广东西南部和广西东南部地区出现了大暴雨，12日暴雨是台风倒槽造成的，14日暴雨则是台风槽与500hPa西风槽共同作用的结果，三天雨量在100～400mm之间（见图2）。暴雨中心出现在阳江市西北部八甲镇，总雨量为385．7mm，…     

影响桂东南的南海热带气旋分析

以0214号强热带风暴为例，分析影响桂东南的南海热带气旋的移动路径、速度和强度变化特征以及其对玉林市暴雨和大风天气的影响。     

北半球温带气旋的模拟和预估研究Ⅱ:6个CMIP5耦合模式预估的未来RCP4.5情景下的变化

利用 CMIP5（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5）的6个气候耦合模式中等排放情景———RCP4?5（典型浓度路径4?5）下的模拟结果对北半球温带气旋数目、风暴路径和强度的未来变化进行了研究分析。结果表明：（1）相对于20世纪后半叶,RCP4?5情景下的2053—2100年,虽然各模式的模拟结果存在一定的区域性差异,但共同显示了至21世纪末北半球整体温带气旋生成将减少,较低纬度减少得更显著。（2）模式较一致地模拟出未来北半球温带气旋的中心气压有降低的趋势,涡度强度将线性减弱。大多数的模式模拟得到北大西洋风暴轴未来将继续向极地偏移,但强度主要将减弱;过半的模式显示北太平洋风暴轴也将向极地偏移,强度变化则随季节的不同而不同。（3）6个模式的模拟结果均显示对流层中高层斜压区未来将向高层和高纬度扩展,南半球的变化更为显著。斜压区的变化在某种程度上反映了风暴轴的类似变化,因此, 这也支持了北太平洋和北大西洋风暴路径未来可能向极地偏移的结论。RCP4?5情景下北半球整体温带气旋活动将显著减少,但斜压区和风暴轴向高纬度的偏移将使较低纬度未来温带气旋活动减少得更为显著。     

渤海湾对流风暴的个例分析

对１９９８年５月２０日渤海湾上空一次向西移动的对流风暴进行个例分析,讨论了其特点及成因。     

0308号强热带风暴天鹅路径和降水分析

详细分析了0308号热带气旋天鹅在南海中部加强为强热带风暴后云系的演变以及对路径和降水产生的影响，结果表明：强对流云团的“吸附”作用是天鹅登陆后路径南折的主要原因；垂直速度场对热带气旋路径短期偏折方向有较好的预报指示意义，热带气旋有向强上升运动区偏折的趋势；中尺度暴雨出现在强对流云团中小涡旋的螺旋云带上或云顶亮温的梯度密集区与地面风向辐合区重叠处。     

利用非流体静力伴随模式同化大气无线电折射率

近来，基于全球定位系统（ＧＰＳ）提出了一种遥感水汽的新途径。根据ＧＰＳ折射率测量结果能够反演出温度和水汽和垂直廓线。对于气象部门来说，这是一种有价值的潜在资料源。基于宾州／ＮＣＡＲ的中尺度模式的绝热版本及其伴随模式发展了一种四维资料同化系统。然后，进行了一系列观测系统模拟试验来评估ＧＰＳ推算的大气折射资料的效果。结果表明，大气折射率同化在反演水汽垂直廓线中是非常有效的。推算出的水汽场的精度明显比用传统反演技术得到的精度要好。大气折射率同化也能提供有效的温度信息。资料同化结果对于附加在模拟折射率观测值上的随机误差较不敏感。而它们对于观测值的空间分辨率却非常敏感。谱分析表明，湿度场具有较小尺度的变化且对大气折射率观测值的分辨率比温度更敏感。当折射率观测值分辨率较粗时，单个观测值同化得到的结果比在模式格点上内插的观测值同化的结果要好。沿大约２４０ｋｍ距离（ＧＰＳ折射率观测的特征尺度）平均的折射率观测值的同化对温度和湿度场的反演仍得到相当好的结果。     

温带气旋诱发的渤海风暴潮天气分析

通过对2007年3月4日渤海风暴潮天气过程进行分析,结果表明,强烈而持久的向岸大风是造成风暴潮的重要因素;气旋四周较强的气压梯度力是风暴潮的主要强迫动力;风应力增水作用与天文大潮相叠加直接加剧了风暴潮的强度;渤海特殊的地形特征有利于形成风暴潮天气,渤海地区风向的变化是导致渤海沿岸各地出现高潮位时间差的主要原因,当地面风由东北转为西北后,渤海湾的潮位开始回落,渤海海峡的潮位继续升高,其最高潮位出现时间与潮位回落时间均滞后于渤海湾;由于气旋的移动路径和影响时间造成渤海海峡的风速极值滞后于渤海湾,而其增幅却远远大于渤海湾.     

客观分析和四维同化——站在新世纪的回望（Ⅱ）客观分析的主要方法（1）

该文专论客观分析的数学模型或方法的第1部分，多项式插值法，逐步订正法，最优插值法，并阐述了每种方法的数学原理，评论其估缺点，指出迄今为止它在应用中的价值。