自适应网格技术在数值模式中的应用研究 I.一维问题

利用变分原理的自适应网格技术被应用到三个有解析解的问题上,它能根据问题 的求解、在解的大梯度区自动加密网格,从而非常成功地算出了激波。通过分析发现自适应 网格技术在提高精度、减少运行时间方面显示了优良的性能。     

The coupled characteristics of the physical process between sea ice of two poles and Tibetan land surface

In order to discuss the characteristics of sea ice change of strong signal area on Antarctic and Arctic and the correlation between the thermal state on the land surface of Tibetan Plateau and the atmosphere circulation of North Hemisphere or the climate changes in China, and to study the feedback mechanism among “three-pole” factors, the earlier stage “three-pole” strong signal characteristics by using statistic methods such as teleconnection,which affect the regional climate changes in China and East Asia. The cross-correlation feature and coupling effect between ice caps of North and South pole and water-thermal state on Tibetan Plateau surface are discussed as well. The contribution of three-pole's earlier stage factors to China's summer climate change and the influence of its dynamic structure are compared here. The formation mechanisms of global climate change and regional climate change of China are investigated from the aspect of qualitative correlation mode of global sea-land-air-ice.     

夏季青藏高原对流系统移出高原的气象背景场分析

利用1998-2004年6-8月共21个月的ISCCP对流路径集资料,结合NCEP/NCAR再分析资料和TRMM 3B42降水资料,采用合成统计分析方法,对夏季生成于青藏高原（高原）地区的对流系统进行了分类对比分析,目的在于研究各类高原对流系统动热力场的水平和垂直结构特征,探讨各类对流系统能否移出高原的气象背景场差异。结果表明,夏季高原对流系统主要生成于青藏高原中东部,存在两个高发中心。夏季高原对流系统按照对流系统的移动路径可以分为未移出高原、向南移出高原和向东移出高原3类。高原对流系统的移动、发展和生成源地没有直接关系,主要决定于气象背景场。当生成的高原对流系统上升运动强、水汽条件优越时,其强度不断增大,利于对流系统维持发展并移出高原,如果这类高原对流系统处于强西风气流控制下,容易向东移出高原,如受较强偏北风气流影响,则容易向南移出高原;而当生成的高原对流系统上升运动弱、水汽条件不理想时,其强度不断减弱,不利于对流系统发展移动,高原对流系统在高原区逐渐消亡。      

青藏高原冬春积雪异常对中国东部夏季降水频次和强度变化的影响

基于多种大气再分析和降水资料、青藏高原台站、卫星观测等高原冬春积雪资料,采用合成分析、相关分析、回归分析等多种数理统计以及理想数值模拟试验等方法,分析了青藏高原冬春积雪异常与中国东部夏季降水频次和强度变化的关联及可能原因。分析表明：（1）基于站点观测的高原积雪年际变化特征显著,大气再分析数据、卫星反演资料分析呈现出一致性变化趋势。（2）高原积雪异常对中国夏季降水频次与强度分布的影响具有显著的空间差异。高原冬春积雪偏多,使得我国华北、长江中下游地区夏季降水发生频次增加,但华北中雨和小雨类型的增加占比较大,而长江中下游地区则主要表现为大雨和暴雨发生频次增加的贡献。（3）积雪异常偏多年,高原热源作用减弱,500 hPa位势呈现清晰的“负—正—负”异常波列结构,西风急流位置偏南并加强,副高脊线偏南。在上述环流条件下,西北太平洋异常反气旋北侧的气旋性环流使得水汽输送停滞在长江中下游流域,伴随大气垂直运动增强,导致该区域强降水的强度增强、频次偏多;华北地区受“鞍型”场环流结构控制,虽然较小量级降水频次增加,但水汽输送较弱,降水强度变化不显著。上述研究结果,可为高原积雪异常相关的中国夏季降水变化及其...     

行星尺度定常波经向波列波射线路径及截获带的季节特征

本文采用平均西风廓线的实际资料，对冬夏季节遥相关经向波列特征进行了研究，本文数值分析表明，由于冬夏平均西风廓线的季节差异，遥相关波列也呈显著的季节特征:波射线的传播、截获范围、波折射率随纬度变化状态、大地形与海洋热源因子引起经向波列共振特征均表现出明显的季节差异。本文还探讨了大地形、热源因子与遥相关经向波列特征的相关关系。     

TCM－90现场科学试验台风FLO“β陀螺”“通风流”非对称动力结构特征

采用ＴＣＭ－９０台风现场科学试验期间加密观测资料,揭示出目标台风Ｆｌｏ非对称动力、热力结构及其转向运动的特征,尤其通过分离处理的偏差场,突出了ＴＣＭ－９０现场试验有关飞机下投（ｄｒｏｐｓｏｎｄｅ）加密探测资料对台风Ｆｌｏ内部非对称结构物理图象的描述,提出了实际台风动力结构存在类似Ｇｒａｙ认为的非对称偶极子型,即中低层“β陀螺”偶极子型（β－ｔｏｐｄｉｐｏｌｅ）,及其“通风流”（Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｆｌｏｗ）特征,高层辐合－辐散结构的变形偶极子系统概念模型,并认为这类三维非对称结构对台风运动（转向现象）有一定“引导”作用。文中还强调了“β陀螺”偶极子非对称结构的垂直差异,并揭示了目标台风暖心结构及其热力非对称结构特征。     

风云静止卫星资料在一次暴雨云分析中的应用

基于LAPS系统和WRF模式,开展卫星、雷达、探空、地面等多源观测资料融合同化对暴雨过程云结构和模式模拟效果分析研究。介绍了卫星等观测资料在LAPS云分析和湿度分析中的应用方法,根据融合同化观测资料种类设计数值试验方案,研究我国风云卫星资料在LAPS云分析系统中的作用。结果表明,风云静止卫星图像资料的融合可明显改善暴雨过程LAPS云顶高度及总云量等二维云结构分析,并订正中高层及云顶的云量、云水、云冰、云分类等三维云结构的垂直分布,可描述暴雨过程三维云结构的发展演变特征。融合雷达回波资料可调整中低层三维云结构,并分析出雨水和雪等水物质参数。LAPS系统融合同化的观测资料越多,湿度场误差越小,可改进模式对强降水区的模拟,提高降水TS评分。     

地表粗糙度非均匀性对模式湍流通量计算的影响

理论分析和数值试验结果表明,地表参量的不均匀性对网格区地表湍流通量的计算有重要影响。近中性大气层结条件下,次网格粗糙度长度的变差系数、网格平均粗糙度及参考高度的选取是影响网格湍流通量计算的主要因素,其中次网格粗糙度长度的变差系数对计算偏差起主要决定作用。实际计算表明,某些特定地区(如植被气候过渡带)粗糙度的地表非均匀性引起的计算相对误差可达40%以上,选取特定的参考高度能改善高网格湍流通量计算的效果。非中性大气层结条件下,由地表粗糙度不均匀性所致的平均风速、位温梯度以及近地层大气稳定度的次网格分布都对网格湍流通量(感热通量)计算产生影响,比较而言,相对误差大小对大气稳定度的次网格分布最为敏感。所以,在目前的数值模式中有必要进一步对湍流通量计算过程中由于地表不均匀性产生的计算偏差加以考虑。     

气候模式一重,二重区域嵌套方案的试验研究

本文采用美国俄勒岗州立大学(OSU)两层大气环流模式,进行一重、二重嵌套区域气候模式的试验研究。研制细网格区域模式是目前气候模式发展的一个重要方向。本文实施一重、二重嵌套方案的月平均模拟结果表现了实现多重嵌套区域气候模式的可行性,即模拟平均场能够描述区域气候特征,且具备在细网格(d/2或d/4)感兴趣区域添加更详细资料(地形、植被等)的条件;本文运用An(?)hes等(1989)提出的张弛逼近方案处理侧边界,在一重、二重嵌套试验中均取得较佳计算结果。