伴随模式同化系统在修正模式误差中的应用研究

资料误差和模式误差都是制约数值预报结果准确性提高的关键因素,传统四维资料同化都是假设模式完全正确仅对初始资料进行修正,忽略了模式误差本身造成的预报误差。伴随模式同化系统不仅具有修正资料误差的能力,也可应用于修正模式误差方面的研究。本文将卫星中心导风系统提供的GMS5卫星风场与非常规温度资料用于MM5伴随同化系统修正模式地形误差进行试验性研究表明,该方法能够反演出一个既与初始气象要素场相匹配,又与模式更协调的地形场,得到比一般包络地形更好的效果,改善模式对强降水中心及降水区域的预报;数值试验结果还揭示模式误差对模式预报造成一定的影响,用伴随方法对观测资料进行修正的同时也对模式误差进行修正的方法是可行的。     

华南前汛期福建一次致洪暴雨过程的中尺度结构特征

利用FY-2E卫星云顶亮温资料、全国加密自动站资料和NCEP再分析资料,对2010年6月19～20日华南前汛期福建一次特大暴雨过程的中尺度对流系统的演变及其结构特征进行了分析和讨论。结果表明,特大暴雨发生在稳定的环流背景下,整个过程有4个主要的中尺度对流系统,沿着低层切变线东移和发生、发展,为强降水的发生提供了有利条件;高层辐散和低层辐合促进了强降水区中的上升运动,低层辐合的水汽在强上升过程中释放凝结潜热,进一步促进了水汽的上升运动和低涡的发展,是强降水发生的动力特征;地面不稳定能量和西南暖湿气流在强上升运动作用下,与中高层沿等θse线向低层侵入的干冷空气在对流层中层相遇并形成锋区,是特大暴雨过程的热力特征;湿位涡的诊断分析表明,对流不稳定和条件性对称不稳定的发展促使强降水区附近的涡旋发展,上升运动的加强,对强降水的发生和持续起了重要作用。     

卫星资料的非线性反演同化与一次强降水预报试验

利用地球同步气象卫星红外资料,通过优选BP人工神经网络和最优拟合回归这两种非线性方法,建立了反演宁夏大气相对湿度场的数学模型。反演湿度场经过变分同化与质量控制后,代入中尺度数值预报模式MM5,对一次突发性强降水过程进行了预报试验。结果表明,使用该资料后,数值预报模式对这次突发强降水过程的预报能力明显提高,模式输出产品具有预报指示意义,spin-up问题得到了一定程度的改进。     

2007年华南一次强飑线过程的雷达回波分析及数值模拟

2007年4月17日华南发生了一次强飑线天气过程.利用常规气象资料、多普勒雷达资料分析了这次强飑线过程的成因,并用高分辨率中尺度数值模式WRF对该过程进行数值模拟.结果表明:这次强飑线过程发生在欧亚中高纬地区两槽-脊的经向环流形势下,西风槽、地面冷锋为其主要的影响系统.雷达回波显示,这次强飑线过程的雷达回波具有典型的三体散射和弓形回波特征.此外,WRF模式能成功地模拟出本次飑线过程的中β尺度结构特征.数值模拟结果显示,飑线发生的带状区域内有明显的低层气流汇合和切变以及中低层的大气对流性不稳定结构,强对流带内有东北-西南走向的气流汇合线,汇合线附近有强的辐合,辐合中心强度达-0.8x10-3s-1,表明WRF模式对强对流天气系统有一定的模拟能力.     

干空气侵入对河南省2006年1月18-19日暴雪形成的作用

利用NCEP再分析资料和常规气象观测资料,分析了2006年1月18-19日发生在河南省的一次暴雪过程,结果表明,这次暴雪过程中存在干侵入现象。干侵入的发生发展对暴雪过程具有重要作用:干侵入沿相当位温密集带向下向北传播,引起对流层低层气旋性涡度发展,增强辐合上升运动,导致降水的增强;高层干冷空气向下注入,引起温度场扰动,在对流层中低层形成逆温层,有利于暴雪天气的发生;高空急流入口区北侧的下沉运动为对流层高层干空气和高位涡的下传提供了动力条件。     

江南丘陵和云贵高原地形对一次西南涡暴雨影响的数值试验

运用MM5数值模式对1998年7月22~23日一次由西南涡引发形成湖南大暴雨的个例进行了数值试验。模式中设计了全地形、去掉江南丘陵地形、去掉江南丘陵和云贵高原地形三种方案。对比试验表明:在去掉江南丘陵和云贵高原后,由于地形的狭管作用消失,南北热力差异减弱,低空急流随之减弱;由于低空急流对西南涡和切变线的正涡度平流输送减弱,以及500 hPa高空槽引导切变线向南移与西南涡结合,造成西南涡增强,切变线减弱、消失。同时,本文还对三种模拟试验中地形作阶梯化处理,进一步验证江南丘陵、云贵高原对偏南风存在狭管作用,对低空急流的形成有促进作用。     

区域模式的嵌套边界条件研究

在对现今常用的几种嵌套边界条件进行对比研究的基础上，提出一种普遍边界条件，它可以在不同的假定转变成各种常用的嵌套侧边界条件。由此可清晰地分析对比各种常用嵌套边界条件作用时的优缺点以及应注意的问题。     

自适应网格模式在暴雨数值模拟中的应用

基于变分原理，自适应网格技术能根据数值模式的特点，在模式解梯度大的地区自动加密网格，提高模式的分辨率。将其应用于MM4模式中，采用多重网格法以加速自适应网格的生成。对1996年8月4日至5日发生在华北的特大台风暴雨过程，用自适应网格模式和均匀网格模式进行了数值模拟和动力诊断分析，以研究自适应网格模式在天气预报和模拟应用中的特点。试验表明，采用自适应网格后计算稳定，对所关心的天气系统及其降水的模拟精度均高于均匀网格模式，对形势场、风场的模拟精度也有明显改善。     

云导风资料同化在伴随模式同化系统中的应用

以一次发生在长江流域的暴雨过程为例,设计了几种数值试验方案,并进行模拟。结果表明,MM5伴随模式同化系统能有效改善初始场与模式的协调能力,提高模式对于降水场和其它要素场的预报;使用云导风资料修正初始场后直接模拟的效果比未使用时直接模拟的效果要好,对部分区域的强降水预报精度有一定程度的改善;使用伴随模式同化系统后,加入云导风资料的同化试验对其它要素的改善与直接同化常规资料的效果相比,改善优势不明显,但从各要素的误差来看,对于风场的改善最好。     

气象资料同化的研究进展

回顾了国内外有关气象资料同化的研究进展，介绍了当前资料同化主要方法的理论基础、优缺点及应用研究。重点介绍了伴随方法和遗传算法在四维变分同化中的具体应用。其中，遗传算法的引入为资料同化的研究提出了新的思路。