一次降水过程的GPS可降水量资料同化试验

选取2005年7月23—24日北京、天津、河北地区的一次强降水过程,利用MM5模式进行数值模拟试验和GPS可降水量资料的伴随同化试验。为了检验GPS可降水量资料对模式湿度场的改善程度和伴随同化效果,采用24h降水TS评分、模拟湿度场与真实场的均方差和实况降水等检验方法,通过温度场、高度场和风场的均方差试验,结果证明加入GPS可降水量资料在改善初始湿度场的同时对初始温度场、高度场和风场也有不同程度的改善。     

中尺度模式的四维伴随同化系统及其同化试验

以中尺度模式MM4为基础，利用伴随码技术改进、完善了MM4伴随模式同化系统，并利用该系统进行了常规资料和非常规资料的伴随模式同化试验，例如加入了可降水量资料等。试验表明：在伴随模式同化系统中加入常规和非常规资料，可以改进初始场，从而改善预报场。     

四维变分同化中坐标轮转法的应用研究

探讨了下降算法的尺度化问题，试验发现尺度因子的选取对目标函数的收敛非常重要，而现有的计算尺度因子的方法并不能适用于所有的情况，因此提出将坐标轮转法应用于尺度化过程．对比试验表明了该方法有效，试验还发现将坐标轮转法和尺度化方法结合起来可以更好地提高试验效果。     

川西地区一次暴雨天气过程的动力条件分析及数值模拟

本文分析了1998年9月16日川西地区有代表性的一次暴雨天气过程的动力机制:暴雨落区出现在对流层低层涡度、散度等物理量最大值中心的下风方;对流层中低层流场的演变和大气的斜压对称不稳定使得对流旺盛发展,无辐散层高度升高,从而有利于这次暴雨的形成。NCAR/PSU非静力的MM5中尺度数值模式对本次天气过程有较好的模拟能力,数值敏感性试验揭示出在有冷空气影响的条件下青藏高原地形有减少盆地西北部降雨量的作用,而对盆地西南部雨量有增加的作用。     

中尺度业务模式系统侧边界嵌套方法的研究

为提高预报准确率，在对多种嵌套方案试验对比的基础上，选用了一种计算效果较好，方法也不甚复杂的Ｄａｖｉｅｓ物理量松弛方案，对中尺度业务模式系统进行了预报试验。其网格边界值采用Ｔ４２Ｌ９谱模式的预报值。嵌套模式与原模式用同一个例进行了预报对比试验。结果表明，嵌套方案考虑了大尺度环流背景场在边界附近对中尺度系统的强迫作用，提高了有限区域模式的实际预报能力。     

一次暴雪天气的数值模拟及诊断分析

采用MM5中尺度数值模式对河南省2006年1月18-19日的暴雪天气过程进行了数值模拟,利用模式输出的时空分辨率较高的资料.对此次降雪的水汽条件、温度条件、不稳定条件、风场等进行了分析.结果表明:中低层水汽的辐合作用是暴雪天气发生的必不可少的条件;河南省上空逆温层的上界对应西南气流,下界对应东北气流,这种流场配置对降雪最有利;高低空急流的稳定维持使高低空急流产生两个独立的次级环流,在高空急流出口区,间接环流的北部形成辐合上升气流,十分有利于降水天气的发生发展;总螺旋度的变化对降雪的强度变化有一定的指示意义;对湿位涡这一物理量的分析发现,与暴雨过程中起主导地位的MPVl不同,MPV2在这次降雪过程中作用大于MPVl.     

包含“开关”变量的MM5四维变分资料同化系统

数值模式中的湿物理过程对于模拟各种尺度的天气现象非常重要,但它会使得模式方程的状态变量不连续,这种不连续在模式程序中表现为“开关”变量。本文对包括Kuo降水参数化方案的非静力中尺度数值模式MM5的四维变分资料同化系统进行研究,利用对实际降水的模拟,比较详细地讨论了有关的“开关”变量以及切向线性化和伴随问题。结果表明：对于一个离散的数值模式,保持“开关”变量与基态一致,用伴随码方法构造的伴随模式计算的梯度值能够为最小化过程提供较好的下降方向;Kuo方案中对流每隔一个积分步的交替发生并不影响目标函数最小化的收敛速度;“开关”变量的存在也不影响将风、温度、气压和比湿结合起来同化对MM5降水预报准确性的提高。     

陕西冬季一次大雾天气生消机制的数值模拟

利用非静力平衡中尺度模式WRF、NCEP 1°×1°再分析资料及常规观测资料,对2005年12月30～31日发生在陕西的大雾天气过程进行了数值模拟,分析了大雾天气过程形成的主要原因及雾的生消机制。结果表明,WRF模式能较好地模拟出雾的水平分布特征、强度和生消过程,反映出实际雾的生消变化规律。适当提高模式水平分辨率能较明显地改进模拟效果。这次大雾为平流辐射雾,长波辐射冷却是大雾形成和发展的主要原因。逆温层的发展、维持和近地面层较高的相对湿度对雾的产生和发展起着重要作用。近地面层有弱的水汽辐合是大雾发展和维持的主要原因之一。大雾形成和发展阶段,900 hPa以下的辐合上升运动和900 hPa以上的辐散下沉运动有利于在上升和下沉运动区的界面层中形成逆温层,逆温层的形成有利于低层水汽的积累。随着高空转为辐合上升运动,900 hPa以下为辐散下沉运动,接着日出后,太阳短波辐射增温等的共同作用,使逆温减弱直至被破坏。中高云的存在影响了近地面层逆温的形成和加强,推迟了雾的形成和消散。暖平流的输入有利于逆温层的形成发展。     

华南前汛期一次特大暴雨过程的数值模拟及其诊断分析

利用WRF3 DVAR同化常规观测和全国自动站资料的WRF模拟结果,对2010年6月18—20日华南前汛期一次特大暴雨过程发生发展的动力条件和热力条件进行详细的诊断分析和研究。结果表明,同化观测资料的WRF模式能较好地模拟出特大暴雨过程的强降水中心、雨带分布及降水强度的变化趋势。稳定的大尺度环流是特大暴雨发生的背景条件。高低空急流及其耦合产生的次级环流的建立是特大暴雨过程的主要动力机制。地面不稳定能量的累积和西南急流输送的充沛水汽和不稳定能量在强垂直运动作用下形成的湿上升,以及中高层冷空气在次级环流的下沉支作用下向低层侵入是特大暴雨过程的热力条件。湿位涡和锋生函数的诊断表明,对流层中高层的干冷空气在次级环流作用下向低层侵入与上升的暖湿空气相互作用,促使斜压不稳定和对流不稳定的释放和发展,是特大暴雨发生发展的触发机制。