The feasibility of estimating large-scale surface wind fields for the summer MONEX using cloud motion and ship data

Cloud motion data were compared to ship observations over the Indian Ocean during the summer monsoon, 1 May to 31 July 1979, with the objective of using the cloud data for estimating surface wind and ultimately the wind stress on the ocean. The cloud-ship comparison indicated that the cloud motions could be used to estimate surface winds within reasonable accuracy bounds, 2.6 m s^-1 r.m.s. speeds and 22° to 44° r.m.s. directions (22° r.m.s. for winds < 10 m s^-1). A body of statistics is presented which can be used to construct an empirical boundary layer with the eventual goal of producing a stress analysis for the summer MONEX from cloud motion data.     

THE ROLE OF CLOUDE/RADIATION IN LONG-RANGE NUMERICAL WEATHER PREDICTION*

We investigate the role of clouds and radiation in the general circulation of the atmosphere using a model designed for 30-day predictions.Comprehensive verifications of 30-day predictions for the 500 hPa geopotential height field have been carried out,using the data from ECMWF objective analyses that cover the period from May 5 to June 3,1982.We perform three model simulations,including experiments with interactive cloud formation,without clouds,and without radiative heating.The latter two experiments allow us to study the effects of cloud/radiation interactions and feedbacks on the predicted vertical velocity,and the meridional and zonal wind profiles,averaged over a 30-day period.We demonstrate that the Hadley circulation is maintained by the presence of clouds.The radiative cooling in the atmosphere intensifies the vertical motion in low latitudes and,to some extent,also strengthens the overall meridional circulation.The meridional winds are correctly reproduced in the model if clouds are incorporated.The zonal winds are significantly affected by clouds and radiative cooling.Without an appropriate incorporation of these physical elements,the model results would deviate significantly from observations.The presence of clouds strengthens the westerlies in middle and high levels.In May,the northerly movemen of the jet stream over eastern Asia is,in part,associated with the presence of clouds.     

利用静止卫星窗区红外亮温反演晴空区风场的初步研究

云导风反演明显的局限是在晴空区无法获取风场。为克服这种局限,提出利用静止卫星红外图像资料反演晴空区风场的方法—时间序列差值法,利用LOWTRAN7对其进行可行性分析,并应用云导风实验系统CWIS进行晴空区导风实验。结果表明：实验结果与NCEP资料低空风场有很好的一致性。因此,在传统的“云导风”基础上,增加晴空区卫星导风,可为卫星遥感资料在台风、梅雨和强对流等天气系统分析预报中的定量应用提供更多的卫星风矢。     

利用云导风矢量的台风中心自动定位

文中提出了一种利用云导风矢量图进行台风中心自动定位的方法。云导风矢量通过对具有一定时间间隔的两幅相关卫星云图进行模板匹配而得出。模板匹配就是根据已知模式的图像在一幅陌生图像中寻找对应于该模式的子图像的过程。根据气象知识 ,台风云系运动的特点是中心平移量大而自旋很弱 ,且台风中心与台风云系整体的移动方向一致 ,因此求出云导风矢量图中与台风整体移动矢量大小和方向一致的矢量集合的最密集区 ,经过数学形态学处理后便得到台风中心     

Equatorial Indian Ocean evaporation estimates from operational meteorological satellites and some inferences in the context of monsoon onset and activity

The estimation of evaporation from the sea surface is not yet achieved adequately by remote sensing techniques, in general. However, for approximate averaged estimates over moderate space and time scales over a specific tropical region, e.g., weekly values over the Indian Ocean as needed in monsoon moisture diagnosis, it may be possible to extrapolate satellite wind and humidity data to the ocean surface and then use bulk aerodynamic parameterization for estimating evaporation. In the present investigation, GOES low-level cloud winds and TIROS-N moisture profiles over the Indian Ocean are extrapolated to the ocean surface. The planetary boundary layer (PBL) wind shear is obtained over different sub-regions and periods during the monsoon season, by reference to objectively analysed fields. These shear values are applied to GOES satellite winds to obtain sea-surface winds. The humidity extrapolation was based on (i) an exponential fit for water vapour density and (ii) a vertical distribution of relative humidity approximately proportional to atmospheric pressure. The exchange coefficient is varied slightly depending on wind speed and boundary-layer stability inferred approximately from TIROS-N sea surface temperatures and temperature profiles. The evaporation estimate as based on these satellite parameters is assessed by comparison with ships' surface observations. Sensible heat exchange is also estimated and assessed. Some inferences based on these estimates are also presented, in relation to monsoon onset and activity.     

在台风业务系统中使用卫星云导风资料的试验

在国家气象中心台隐数值预报业务系统中引入国家卫星气象中心提供的卫星云导风资料,进行两项预报试验。第一项是把卫星云导风资料作为观测资料进行最优插值客观分析;第二项是将云导风资料加入到轴对称的人造台风模型风场上,使之产生非对称风场。试验结果表明：卫星云导风资料作为观测资料进入模式后对减小台风路径预报误差效果明显;用云导风形成人造台风模型非对称风场可进一步提高台风路径预报精度。     

基于配料法的“08.6.3”河南强对流天气分析和短时预报

采用基于构成要素的预报方法(配料法),使用业务中能够及时获取的常规观测资料、静止气象卫星云图和多普勒天气雷达资料,对2008年6月3日下午发生在河南大部的以雷暴大风为主的强对流天气进行分析.针对2008年6月3日08时500、700、850 hPa和地面图上温、湿、风等的配置,结合探空、水汽云图和多普勒天气雷达回波图,对构成强对流天气的几个主要因素:层结稳定度、水汽、触发机制、垂直风切变、对流层干层等进行分析,结果表明:河南大部处于较强的条件不稳定、强烈的深层(地面到500 hPa)垂直风切变和明显的高空干平流的环境中,这种环境有利于高度组织性的超级单体风暴的产生和发展,导致雷暴大风和冰雹天气.而地面冷锋、辐合线和高空次天气尺度涡旋伴随的正涡度平流共同作用产生的上升气流导致雷暴在山西中南部生成,然后向东南方向移下太行山.进入河南有利的环境下获得猛烈发展.在充分利用"配料法"的主要思路和现有观测资料条件下,结合预报经验,2008年6月3日强对流过程可以提前数小时进行正确的短时预报.     

南海季风爆发与风向改变指数关系初探

通过定义一个风向改变指数,探讨了该指数与南海夏季风爆发之间的关系,得到以下主要结论:利用Yamamoto突变检验,定义了南海关键区,南海季风爆发时,850 hPa上的风场在该关键区确有突变发生;南海夏季风爆发时的风场突变是全球风场突变的一部分;分析了南海关键区上该指数的空间分布和时间演变,发现30～300 hPa平均于5月初风场开始反向,其早于低层风场反向约2周,这对预报南海季风爆发具有启示意义.     

一次华北暴雨过程中边界层东风活动及作用

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°逐6 h分析资料、微波辐射计资料及FY-2E气象卫星及雷达探测资料,针对2013年6月4日发生在北京及周边地区的一次暴雨过程中边界层东风活动及作用进行了天气学诊断分析,结果表明:对流性暴雨过程伴随有源自东北平原的边界层东风活动,东风活动具有尺度小、降温明显和湿度大等特点。暴雨过程是边界层东风和中低空暖式切变线、偏南风急流和500 hPa短波槽共同作用的结果;东风湿冷空气的锋面抬升和地形抬升作用共同加强了中低层暖湿气流的辐合上升运动,同时东风冷垫和地形抬升作用触发了雷暴的再次发生,相应雷暴具有高架对流特点。东风气流起到了边界层水汽输送作用,中低层偏南暖湿气流为暴雨的产生提供了充足的水汽和不稳定层结条件。     

云迹风反演中高密度示踪云选取技术的研究

云迹风反演中的一项很重要的工作是选取随风移动、变化缓慢的云,即示踪云。文中设计了一种示踪云选取算法,以改善云迹风的质量和密度分布。该算法的特色是反演风的位置并不固定在反演网格的中心位置,而是通过梯度分析的方法使反演风的位置得到优化,再经过积雨云检测和灰度分布均匀程度检验,剔除不适合用来反演的目标物。对用该方法选取的示踪云进行云迹风反演,然后对反演出的云迹风进行环流分析,并与探空风进行比较。结果表明,反演出的云迹风质量好,密度很高,清晰地反映出天气系统的风场结构。     

Use of Surface Observations to Estimate Upper Air Humidity for the Objective Analysis of Relative Humidity over Indian Region

In the present study objective analyses of relative humidity (RH) at surface and at the levels of 850,700 and 500 hPa have been made using Gandin’s (1963) optimum interpolation scheme. As the horizontal resolution of the radiosonde stations is rather inadequate for upper air humidity analysis, a scheme has been developed, following Rasmussen (1982) to estimate the upper air RH from the surface observations like surface RH, present weather and cloud cover. The relative humidities at the levels 850, 700 and 500 hPa were related to the surface observations through three separate regression relations. The RH values at 850, 700 and 500 hPa levels were estimated from the surface RH, cloud coverage and present weather using the above regression relations and subsequently the objective analyses at 00 GMT for the period from 4 July to 8 July 1979, were made using these estimated data along with the observed radiosonde data. Objective analyses were also made for the same period using only the radiosonde data for comparison to study the impact of those estimated data. Root mean square errors were computed for all the five days by interpolating RH at the observing stations from the objectively analysed field and comparing them with the actually observed RH to examine how best the analyses (with and without estimated data) fitted the observations. Lastly they were compared with satellite cloud pictures. This study shows that the estimated upper air RH values have positive impact on the analysis of upper air RH and could be used over radiosonde date sparse region and even over oceanic regions.     

A comparison of satellite winds and surface buoy winds in the northeast Pacific: Research note

Abstract

Cloud‐motion winds measured from organized and disorganized cumulus cloud fields are compared with winds measured at collocated buoys in the northeast Pacific Ocean. Findings suggest that an automated tracking algorithm using GOES satellite imagery can measure cloud‐level winds at these latitudes. Comparisons with buoy wind measurements show that the influence of boundary‐layer stability should be included in estimates of surface winds from cloud‐motion data.     

广西区域极端特大暴雨成因个例分析

利用常规观测资料、FY-2E卫星观测资料、雷达探测资料以及自动站雨量资料等,对2010年6月28日广西极端特大暴雨过程进行分析;结果表明：①暴雨灾害具有区域小、降雨时段集中、过程雨量大、短历时降雨强及引发次生灾害特别重等特点;②亚欧中高纬度500 hPa呈两脊一槽型、200 hPa南亚高压脊线贯穿广西上空及西南季风活跃是暴雨的环流背景;高空低涡、地面干线是主要天气系统配置,属低涡暴雨型;③强不稳定能量及层结的存在、850 hPa以下低层辐合、700 hPa附近明显涡旋、整层大气上升运动、850 hPa以下层高湿及水汽强烈辐合是主要物理量特征;④中尺度低压、低涡及气流辐合等是中尺度对流触发条件.FY-2E红外云图上对流云团生成、合并对强降雨有重要指示意义,暴雨发生在云团合并发展阶段,FY-2E的TBB值小于200 K可以作为短历时强降雨的指标.低质心雷达回波产生的列车效应和地形作用是造成强降雨的重要因素,低层辐合、高层辐散导致的强烈上升运动,有利于强对流的发展与维持.     

莱州湾西北与山东半岛北部强海效应降雪个例分析

利用常规资料、NCEP再分析资料和加密自动站资料对2011年12月8日莱州湾西岸一次强海效应降雪过程进行了诊断分析。结果表明:此地的海效应降雪与山东半岛北部的海效应降雪都是在适宜的背景场、有利的海气温差及较强的低空冷平流等基本条件下发生的。但是具体到风场配置、海气温差强度、水汽分布及动力、热力条件等方面存在着差异。在这次过程中,900 hPa以上为西北风,以下维持持续的东北风,是造成此次强海效应降雪的主要原因。这种风场结构与半岛北部的高、低空均要求西北风不同。结合物理量场的诊断分析认为,莱州湾西岸的海效应降雪与山东半岛北部的同属于浅对流降雪。本次过程中900 hPa以下存在上升运动、水汽辐合中心、不稳定层结和大的海气温差,近地层的切变线触发了不稳定能量的释放。强降雪区出现在1000 hPa相当位温暖舌的区域,暖舌的位置与山东半岛北部发生强海效应降雪时的不同,前者在莱州湾,后者在半岛北部沿海。从云图上看,冷流低云在海面上表现为一条条顺气流方向的云线,云的个体呈细胞状,接近陆地时,由于海陆下垫面的差异使得云层加厚,云的走向发生偏转,降雪加大。     

两种导风方法在台风路径分析中的 应用比较研究

基于云导风使用的最大相关法（已经广泛应用）和TCFM法（傅立叶相位分析法和最大相关法相结合）两方法的原理,开发了利用FY-2C静止气象卫星30min间隔卫星云图资料获得云迹风的可视化导风实验系统。利用该系统处理2005年夏季麦莎、卡努、龙王等3个台风期间的卫星云图,对得到的云迹风进行台风路径反演分析。结果表明,TCFM导风方法得到的结果优于最大相关法。     

Multivariate Objective Analysis of Wind and Height Fields in the Tropics

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

逐时云迹风资料同化对暴雨预报的模拟试验

文中基于不同的云迹风同化方案,用GRAPES模式对2005年7月11-12日长江中下游一次暴雨强降水过程进行了云迹风资料同化试验及数值模拟,通过对比分析不同方案所得的分析场及预报场的差异,研究逐时云迹风资料三维变分同化对分析场及暴雨预报的影响.首先,根据连续性原理及双通道各层次云迹风资料的误差分析,分3个步骤对7月11日00:00-12:00 UTC共12个时次的双通道云迹风资料进行了初步的质量控制;然后,把经过质量控制的云迹风资料放入基于GRAPES 3D-VAR三维变分同化方案开发的逐小时循环同化系统中进行同化,将得出的分析场与单一时次未经质量控制的云迹风资料同化得出的分析场进行对比,探讨了逐时云迹风资料同化对数值预报分析场的影响;最后,把同化后的分析场作为初始场,用 GRAPES模式对 2005年7月11-12日长江流域暴雨过程做24 h降水预报试验,分析两个同化方案所模拟得到的预报场的差异.结果表明,经资料的筛选、同经纬度单点通道的选择及资料的稀疏化3个步骤控制后,各层次云迹风资料的误差有明显减小;加入经质量控制的逐时云迹风资料其三维变分同化可以提高分析场中风压场及水汽场的质量;而且在暴雨预报试验中可以相对更准确地预报暴雨落区及雨强.     

2019年台风利奇马引发山东特大暴雨成因分析

利用地面观测资料、雷达资料、FY-2G卫星云图资料及欧洲中心细网格资料,对台风利奇马登陆北上引发山东特大暴雨的成因进行分析。发现:利奇马登陆北上过程中,冷空气先后从台风的西部、西南部与南部侵入至台风中心内部,使其暖心结构逐渐减弱,其变性时段发生在10日20:00至11日08:00。山东的特大暴雨主要出现在台风变性前12h至台风变性后6h。变性之前的暴雨主要是由于台风螺旋云带与高空槽尾部云系相叠加造成的,变性之后的暴雨则是由于冷空气侵入致使台风外围云系演变成强对流复合体造成的。变性之前,对流层内800～500hPa风速小,500～250hPa风速大,气层内有暖平流,整层的上升运动,降水以暖区对流降水为主;变性之后800～500hPa风速大,500～250hPa风速小,500hPa至地面是上升运动,以上为下沉运动,降水以斜压锋区附近的对流降水为主。当500hPa至地面气层内出现冷平流时,湿层变薄,降水趋于减弱。特大暴雨区出现在台风中心西北方向,与850hPa假相当位温锋区与水汽通量散度辐合大值区相吻合。     

物理协调大气变分客观分析模型及其在青藏高原的应用II:那曲试验区云—降水、热量和水汽的变化特征

本文利用约束变分客观分析法构建的物理协调大气变分客观分析模型,通过融合地面、探空、卫星等多源观测资料和ERA-Interim再分析资料,建立了青藏高原那曲试验区5年（2013～2017年）长时间序列的热力、动力相协调的大气分析数据集,并以此分析那曲试验区大气的基本环境特征与云—降水演变和大气动力、热力的垂直结构。分析表明:（1）试验区350 hPa以上风速的季节变化非常明显,风速在冬季11月至次年2月达到最大（＞50 m s?1）,盛夏7～8月风速的垂直变化最弱,温度的垂直变化最强,大气高湿区在夏秋雨季位于350～550 hPa,在冬春干季升至300～400 hPa。（2）试验区6～7月上旬降水最多;春、秋、冬三季,300～400 hPa高度层作为大气上升运动和下沉运动的交界处,是云量的集中区;夏季,增多的水汽和增强的大气上升运动导致高云和总云量明显增多,中、低云减少。（3）夏季的地表潜热通量与大气总的潜热释放最强,大气净辐射冷却最弱,高原地区较强的地面感热导致试验区500 hPa以下的近地面全年存在暖平流,500 hPa以上则由于强烈的西风和辐射冷却存在冷平流。此外,试验区整层大气全年以干平流为主,但在夏季出现了较弱的湿平流。（4）视热源Q₁具有明显的垂直分层特征:全年500 hPa以下大气表现为冷源,300～500 hPa和100～150 hPa表现为热源,150～300 hPa则在冬春干季表现为冷源,在夏秋雨季表现为热源,不同高度层的冷、热源的形成原因不同,其中夏季由于增强的上升运动、感热垂直输送和水汽凝结潜热以及高云的形成,因此几乎整层大气表现为热源。