区域气候模式中侧边界地形缓冲区作用的数值试验

利用区域环境系统集成模式以1998年夏季为例,通过数值试验研究了侧边界地形缓冲区对区域气候模拟结果的影响。结果表明,设置侧边界地形缓冲区使模拟场和观测的均方根误差都有所减小,区域平均中尺度动能也减小,从而有利于维持区域模式长期积分的稳定性。设置地形缓冲区并不改变模拟降水分布格局,但对主要降水区各降水时段降水强度的模拟有不同程度的改进。     

NUMERICAL SIMULATION OF TYPHOON WAVE UNDER THE INFLUENCE OF WINNIE （NO. 9711）

In this paper, the wind field provided by a meso-scale atmospheric model is employed. When main physical processes, including wave-current interactions, are considered, the latest version of the third generation wave model SWAN is applied to simulate the typhoon wave generated by Typhoon Winnie. The model results are compared with the TOPEX/POSEIDON and ERS-2 satellite altimeter data and analyzed in details. Then the distribution of wave fields are analyzed, with the results showing that applying SWAN to simulate large-scale domain can also fairly reproduce the observed features of waves and realistically reflect the distribution of typhoon waves.     

位涡倾向分布与台风Megi(2010)移动的关系及其影响因子

结合数值试验结果对台风Megi(2010)不同半径内的位涡倾向(potential vorticity tendency,PVT)质心位置变化与台风移动的关系进行了探讨,并对PVT方程中不同因子影响PVT质心位置的作用范围进行了研究。结果表明,较小台风半径内的正PVT质心位置变化与台风移动具有较好对应关系,可指示"Megi"转向,较大台风半径内的PVT分布变化虽不直接指示"Megi"转向,但可反映对应区域内大气动力、热力状况发生了有利于"Megi"转向的调整。PVT质心移动受位涡水平平流项的影响较大,受垂直平流项和非绝热加热项的影响相对较小,PVT方程中与台风内部对流活动有关的垂直平流项和非绝热加热项可对"Megi"中心附近PVT分布产生影响,而与台风水平环流有关的水平平流项除可对较小台风半径内PVT分布造成影响外,还可将台风位涡向外输送,是导致不同半径内PVT质心位置差异的主要原因。     

WRF模式对中国夏季降水的动力降尺度模拟研究

采用NCEP的FNL再分析资料驱动WRF模式,对中国10 a(2000—2009年)夏季降水进行双重动力降尺度(双重嵌套)模拟,将子、母区域模拟结果和观测进行对比,以检验双重动力降尺度对中国夏季降水模拟的"增值"能力。结果表明:单重动力降尺度(单重嵌套)方法能较好模拟出中国10 a夏季平均降水的空间分布,对季风雨带"北跳"特征模拟较好,但模拟降水具有系统性正偏差。在母区域的强迫下,双重动力降尺度模拟的降水分布与单重动力降尺度相比,没有发生根本性变化。但由于子区域的分辨率要高于母区域,双重动力降尺度比单重动力降尺度能提供更多有价值的降水细节。双重动力降尺度的这种"增值"能力存在地域依赖性,在华南地区和江淮地区,双重动力降尺度模拟出的降水分布、量值和逐日演变都要好于单重动力降尺度。但在华北地区,双重动力降尺度没有表现出明显的"增值"。     

东亚地区加热场对西太平洋副高东西进退影响的数值试验

用混合坐标系五层原始方程模式模拟了热带辐合带异常加热及江淮流域季风雨带异常加热激发的异常环流特征,进而分析了两个加热带对西太平洋副热带高压东西进退的影响。试验表明,两个加热带独立存在或共同作用都有利于引导西太平洋副热带高压西进,而上述两个地区异常冷却则促使西太平洋副热带高压退出东亚大陆。      

基于ConvLSTM的西北太平洋海表温度中短期预报

尽管海表温度(Sea Surface Temperature,SST)短期变化较小,但这种变化对海洋涡旋、海洋锋以及热带气旋的发生发展仍有着重要的影响,因此短期SST预报意义重大,且对预报精度的要求较高。本文基于ConvLSTM的深度学习模型,利用SST和温度平流双预报因子对西北太平洋划定区域内SST进行7 d的连续预报,将其结果与仅使用SST预报因子ConvLSTM以及混合坐标海洋模型(HYbrid Coordinate Ocean Model,HYCOM)的预报结果分别进行了对比。结果表明,在7 d的预报时效内,温度平流预报因子的加入可使得ConvLSTM模型预报技巧大幅提升,明显优于HYCOM模式。此外,本文将预报时效进一步延长至30 d,对模型在不同季节的预报能力进行了分析,发现ConvLSTM模型在春、秋季(夏、冬季)的预报效果相对较好(差)。     

背景流场对台风风暴潮数值预报的影响研究

选取了3个穿过台湾海峡的台风引起的台风风暴潮为算例,分别用SODA月平均流速资料做垂向平均后构建了台湾周边海域的大尺度背景环流场,利用国家海洋环境预报中心业务化的台风风暴潮模式对经过该海域的台风个例进行风暴潮数值模拟。将结果与验潮站潮位实测资料进行对比发现,在加入了背景流场后,能更好地模拟整个风暴潮过程,模拟结果更接近真实值,特别是对于原模式风暴增水峰值容易偏大的问题得到了改善,而且整体相对误差更小,提高了风暴潮模式的业务稳定性。     

Comparison Study on Wind Input and Whitecapping Dissipation Expressions in Numerical Simulation of Typhoon-Generated Waves

In order to investigate the effect of wind input and whitecapping dissipation on the simulation of typhoon-waves, three experiments are conducted with the latest version of SWAN (Simulating WAves Nearshore) model.The three experiments adopt the Komen, Janssens, and Westhuysen expressions for wind input and whitecappingdissipation, respectively. Besides the above-mentioned source terms, other parameterization schemes in these experiments are the same. It shows that the experiment with the Westhuysen expression result in the least simulationerrors while that with the Janssens expression has the most. The results from the experiments with Komen and Westhuysen expressions show that the differences in significant wave height (SWH) have good correlation with thedifferences in dissipation energy caused by whitecapping. This indicates that the whitecapping dissipation sourceterm plays an important role in the resultant differences of the simulated SWH between the two experiments.     

副热带高空急流的非地转平衡特征

利用数值模式的高分辨率模拟结果研究了夏季东亚副热带西风急流短期强度变化过程中的非地转平衡特征。结果表明,急流区为非地转风的正值区,最大值区域位于急流中心北侧,主要的负值区位于急流入口区附近。急流核南侧非地转风呈反气旋式切变,入口区呈反气旋式切变,入口区北侧和出口区北侧有弱气旋式切变。非地转风对急流的强度变化及其程度均有一定的指示性,地转偏差与急流短期强度的变化有密切的联系。最大偏差风的变化超前于纬向风的变化约6h。非地转风涡度的分布存在着中尺度的特征：极值区域大小只有中尺度的范围,且正负相间。中尺度涡度极值区主要集中于3个区域：太行山脉、长白山脉以及日本本州岛。这3个区域均对应于高度超过1000m的中尺度地形区域,高空急流的非地转涡度大值区与中尺度地形对应相关。中尺度降水区分别与非地转风涡度极值密集区相对应。     

降尺度方法对中国未来两种情景下降水变化预估

利用1951-2000年中国160个气象站的降水资料和美国GFDL-CM2.1模式输出的500 hPa位势高度资料,建立了一个统计降尺度模型,并利用该模型对中国2011-2100年的降水进行了降尺度预估,分析了CO2浓度变化对中国未来降水变化的可能影响.结果表明,在未来A1B和A2情景下,中国各气候区各季节的降水都发生了变化,两种情景下的降水变化格局和变化幅度非常相似,但由于A2情景下的2011-2100年平均CO2浓度比A1B情景高,故其降水变化的幅度更为剧烈.CO2浓度的增加是中国未来降水变化的主要贡献因子,但它不会从根本上改变中国未来降水的分布格局,只会增强降水本身的自然变化幅度,是降水自然变率的放大器,且放大的幅度远远大于自然变率本身.CO2浓度变化引起的降水变化一般比CO2浓度变化滞后20～30年.CO2浓度增加引起的气温升高会导致中国大部分地区500 hPa等压面的抬升和环流形势的改变,从而对未来降水产生影响.