一种基于分析增量更新技术的台风初始化方案

台风初始化方案最大的困难在于其只能根据有限的观测资料（台风中心位置、最低气压、最大风速和大风半径等）来构造一个与模式动力-物理过程协调的涡旋模型。首先根据实际观测资料对背景场中的涡旋扰动进行重定位和风速调整,然后将分析增量更新（Incremental Analysis Update,IAU）技术应用于台风初始化方案中,将调整后的涡旋当作一个强迫项逐渐加入到模式预报过程中,通过模式自身调整来得到一个协调性较好的台风初始结构,从而改善模式对台风的预报性能。对“山竹”台风的多次预报结果表明:（1）台风初始化对于台风路径误差影响较小,对于强度预报改进则比较明显。特别是在台风生成初期,台风初始化技术能够有效地增强全球模式分析场中的涡旋强度,并解决预报过程中强度较弱的问题。（2）根据预先给定的三维风场,IAU技术能通过模式自身预报过程对其他变量进行调整,从而得到一个热力和动力协调的初始涡旋结构。相对于仅对初始风场的调整,它对24 h之后的路径和强度预报误差会有更进一步的改善。（3）对IAU中的松弛时间进行参数敏感性试验,发现该变量取3—6 h效果较好。      

Improved Tropical Cyclone Forecasts with Increased Vertical Resolution in the TRAMS Model

The numerical simulation of typhoons has been found to be very sensitive to the vertical resolution of the model. During the updating of the TRAMS model from version 1.0 to 3.0, the horizontal resolution has been increased from 36 km to 9 km, while the vertical layer number only increased from 55 to 65 layers. The lack of high vertical resolution limits the performance of the TRAMS model in typhoon forecasting to a certain extent. In order to study the potential improvement of typhoon forecastin...     

CMIP5模式对近30年沃克环流强度变化模拟的不足及成因分析 *

太平洋沃克环流(Pacific Walker Circulation, PWC)是热带太平洋上空至关重要的大气环流系统, 但其在全球变暖背景下的长期变化仍存在争议, 换而言之, 沃克环流增强或减弱仍是有待回答的科学问题之一。观测表明近30年PWC呈增强趋势, 而气候模式无法得出观测的趋势。文章分析了参加第五次耦合模式比较计划(Coupled Model Inter-comparison Project Phase 5, CMIP5)的18个耦合模式模拟的PWC变化。结果表明, 大部分耦合模式能够较好地再现PWC的气候态分布特征, 但不能给出其加强的趋势。究其原因, 主要取决于模式对海表温度(SST)变化的模拟能力, 能模拟出PWC加强的耦合模式, 其模拟的SST趋势分布与观测相近[即类拉尼娜(La Niña)型], 但仍存在一定差异; 而模拟出PWC减弱的耦合模式, 其模拟的SST趋势分布表现为类厄尔尼诺(El Niño)型, 这与观测不符。对于后者, 如果用观测的SST驱动其大气模式却能够模拟出PWC的加强, 从另一方面也说明了SST变化对于PWC长期变化的主导作用。因此, CMIP5模式要想合理地预估PWC在全球变暖背景下的变化, 需要提高对于热带太平洋SST变化的模拟能力。     

Move a Tropical Cyclone with 4D-Var and Vortex Dynamical Initialization in WRF Model

Previous studies showed that 4 D-Var technique used for data assimilation could be modified for weather control. This study demonstrates the ability of 4 D-Var to influence the future path of a tropical cyclone by calculating perturbations in WRF simulation. Given the background error covariance matrix, the initial field is improved by the vortex dynamic initialization technique. Our results show that 4 D-Var can be applied to control the trajectory of simulated tropical cyclones by producing "optimal" perturbations. In the numerical simulation experiment of Typhoon Mitag in 2019, after this kind of weather control similar to data assimilation, the tropical cyclone moved obviously,and the damaging wind over the coastline weakened. The prediction results after the initial field modified by 4 D-Var have a great change, and the position of the tropical cyclone moved about 0.5° southeastward after assimilation,which misses the southeast coast of China. Moreover, the damaging wind is also weakened. Since the 4 D-Var is premised on the assumption that the model is perfect and does not consider the model error, then the research plan to consider model error and introduce new methods is discussed in the paper.     

用年轮资料的EOF迭代方案重建中国西部近600年的气温序列

根据我国西部祁连山区一个三棵园柏平均年轮资料表、陕西一个太白落叶松(A)年轮宽度表和新疆哈密地区五个年轮年表,经过合适取样和精确定年的树木年轮序列和我国西部28个站点1951—1975年的年平均气温资料,采用一种恢复气象要素场的EOF迭代方案重建我国西部近600年的地面气温序列。初步计算结果表明:重建的气温序列反映出1432-1526年、1622-1680年、1834-1865年三个冷期以及1541-1567年、1897-1923年两个暖期。与近600年气候变迁的演变趋势基本吻合。     

月平均高度场预报的多时刻动力统计模式及其应用

本文设计了两个预报北半球中高纬地区夏季500hPa月平均高度场的多时刻动力统计数值预报的谱模式:年预报模式和月预报模式。先用变分法,推导一个含有待定系数的以混合多项式为正交基函数的谱展开系数方程组;再根据历史资料,用最小二乘法确定模式中的待定系数;用单纯形法数值求解,作出非独立样本试报。结果表明,它们的预报效果都好于气候预报和随机预报。     

IAU-Replay初始化方法在华南暖区暴雨模拟中的应用研究

基于TRAMS (Tropical Regional Atmospheric Model System)区域模式和ECMWF (European Centre for Medium-range Weather Forecasting)全球分析场资料,对一次华南暖区暴雨过程进行IAU-Replay模拟试验。由于本次个例模拟试验的分析时刻ECMWF分析场和TRAMS模式正好处于比较协调的状态,直接使用全球分析场进行冷启动也不会激发虚假高频短波,因此IAU-Replay方法对于模拟结果的初始平衡性影响较小。从动力场和水物质场的对比可以发现,IAU-Replay方法通过提前启动模式有效避免了Spin-up过程的影响,这对于降水预报具有明显的改进效果。对IAU-Replay中不同预热时间的敏感性进行测试,发现当预热时间从6 h延长至12 h后模式可以更加合理地模拟出与对流系统中直接相关的中小尺度信息,从而使降水预报效果更接近实况。连续一周的预报结果评估进一步验证了IAU-Replay技术的有效性。