基于徕卡MS60与深度图像的变形监测研究

徕卡MS60不仅能获得高精度的单点坐标,还可以得到激光点云和图像数据,各传感器的同轴性为获得同一坐标框架下的变形监测数据提供了便利。本文根据不同类型数据探测形变的优势,利用徕卡MS60的望远镜相机采集监测区域的图像拼接形成全景图像,再结合扫描得到的点云数据构建深度图像,通过多期深度图像匹配得到监测区域的三维位移矢量。试验表明,基于深度图像的监测方法为变形监测提供了新的思路。     

青藏高原东西部积雪效应的模拟对比分析

采用引入次网格尺度地形重力波拖曳的NCAR区域气候模式(RegCM2),以SMMR微波逐候积雪深度观测值为依据,加入较合理的积雪强迫,通过数值模拟,研究了青藏高原(下称高原)东、西部积雪异常对后期区域环流的不同影响。模拟结果的对比分析表明,高原西部多雪对高原东部积雪存在正的反馈作用,有利于高原东部积雪的增加,而高原东部多雪对高原西部积雪的影响很小。高原西部积雪偏多和高原东部积雪偏多对后期大气温度场和高度场的影响具有基本相同的分布形态,只是影响强度有所不同。高原西部积雪的融化要迟于高原东部积雪,高原西部积雪效应的持续性较强。另外,高原西部多雪对高原东部积雪存在正的反馈作用,高原东部积雪的增加进一步加大了整个高原积雪的异常,因此,高原西部积雪偏多对后期环流的综合影响明显大于高原东部积雪偏多的影响。     

黄河中下游地区一次暴雨过程的数值模拟和诊断

利用非静力中尺度模式WRF V3.2.1及其输出的高时空分辨率资料,对2007年7月29~30日发生在黄河中下游地区的暴雨天气过程进行了数值模拟和诊断分析。结果表明:(1)广义位温的大值中心区与相对湿度90%的高湿区相一致,暴雨区上空的广义位温等值线呈漏斗状从对流层中高层向低层伸展,在漏斗的底部,其垂直梯度也相应增大,暴雨中心位于广义位温的大梯度区;(2)P坐标下,对流涡度矢量垂直分量(Cz)与降水量随时间演变二者呈现反位相,且Cz极值的出现滞后降水峰值1 h左右;对流涡度矢量垂直分量的垂直积分的发展演变与降水落区、强度的发展变化相对应,对强降水落区、强度的发展变化具有指示意义。     

贝叶斯膨胀算法对EnSRF雷达资料同化的影响研究

本文针对2009年6月5日发生在我国华东地区的一次中尺度对流过程（Mesoscale Convective System,简称MCS）,基于集合均方根滤波（Ensemble Square Root Filter,简称EnSRF）方法同化多部多普勒天气雷达资料,引入具有时空自适应理论优势的贝叶斯膨胀算法,通过与常数膨胀算法的对比,分析了两种膨胀算法对EnSRF同化效果的影响。结果表明:贝叶斯膨胀算法同化的雷达组合反射率因子在强对流中心处有所增强,改善了基于常数膨胀算法的EnSRF同化强对流系统偏弱的问题。相比常数膨胀算法,贝叶斯膨胀算法同化的冷池结构更合理,径向风和反射率因子的均方根误差均减少。进一步探讨贝叶斯膨胀算法对同化效果改善的原因,结果发现:贝叶斯膨胀参数的分布与反射率因子的均方根误差分布十分吻合,这表明贝叶斯膨胀算法可以在背景场均方根误差较大,即背景场与观测差距较大时,给出较大的膨胀参数,进而增加集合的背景场误差,使得观测权重增大,从而给出了较大的分析增量。对集合平均分析场进行了1小时的确定性预报发现,贝叶斯膨胀算法提高了预报模式对安徽与江苏交界处的强对流系统的模拟效果,回波强度更强,冷池强度和范围更大,且对于不同组合反射率因子的阀值,贝叶斯膨胀算法的评分（Equitable Threat Score,简称ETS）均高于常数膨胀算法。这表明贝叶斯膨胀算法有效地改进了基于常数膨胀算法的EnSRF同化雷达资料的效果。     

热带海温异常影响夏季环流的机制研究

利用正压涡度方程模式对赤道东太平洋和赤道西太平洋暖池区海温异常影响夏季大气环流的机制进行了研究,结果表明:太平洋海温异常会对大气环流产生明显的影响,我国上空环流受其直接影响较小,大气对赤道东太平洋海温升高的响应比对西太平洋暖池海温降低响应明显.西太平洋暖池海温降低和赤道东太平洋海温升高都使极涡明显减弱,对中低纬度大气高度场的影响相反.赤道东太平洋海温升高,中低纬度地区槽脊活动表现不明显,而西太平洋暖池海温降低,会使大气高度场产生明显的槽脊扰动.西太平洋暖池海温降低和赤道东太平洋海温升高,会使涡度场、经向风形成沿驻波波列传播的扰动场.西太平洋暖池海温降低和赤道东太平洋海温升高同时发生时,经向风场使北半球所有的地方都产生了扰动(两条波列路径仍然清楚),沿纬圈和经向都呈有规律的正负相间的分布,扰动表现为驻波特征.     

北京7.21暴雨低涡演变的湿位涡分析

通过诊断再分析资料和数值模拟结果,从中层湿位涡守恒和低层湿位涡变化的角度分别对北京7.21暴雨过程中中尺度低涡的演变进行分析。结果表明,暴雨前期,对流层中高层高湿位涡的冷空气扩散南下,冷空气到达华北地区上空时,在有利等熵面的引导下从稳定层结向不稳定层结快速下滑,产生了剧烈的正涡度个别变化,使得低涡得到发展加强。另一方面,等熵面上冷暖空气的剧烈交汇在增强雨势的同时,也使得对流层低层至中层产生明显的涡度制造。在不考虑稳定度影响时,低层的非绝热过程引起的湿位涡制造与低涡发展有着很好的正相关,二者在位置上和量级上都有很好的对应。进一步分析表明,非绝热加热的水平不均匀分布是引起湿位涡变化的主要原因。     

臭氧卫星观测资料同化系统构建及其试验研究

为检验臭氧卫星资料同化对臭氧分析场和预报场的影响,基于集合平方根滤波(ENSRF)理论,结合通用地球系统模式(CESM),构建了CESM-ENSRF同化预报系统。系统构建过程考虑了卡尔曼滤波同化中的关键问题:利用全场随机扰动对初始场加扰,结合一般协方差膨胀和松弛协方差膨胀方法实现协方差膨胀,使用五阶距离相关函数进行协方差局地化。将构建的系统用于微波临边探测器(MLS)臭氧廓线数据的同化,分析臭氧卫星资料同化对模式预报的影响。结果表明:构建的CESM-ENSRF同化系统有效实现了臭氧资料同化,臭氧卫星资料同化对臭氧分析场和预报场精度有较大改进。     

基于卫星辐射率资料的两种三维云反演方法对比研究

基于格点统计插值分析系统（Gridpoint Statistical Interpolation analysis system,简称GSI）,利用粒子滤波（Particle Filter,简称PF）方法对卫星红外辐射率资料进行了云覆盖、云高等三维云图产品的反演研究。选取了具有高时空分辨率的静止卫星GOES（Geostationary Operational Environmental Satellites）-Imager辐射率资料进行了云反演试验,初步评估了PF云反演方法的可行性及其与多元极小残差（Multivariate and Minimum Residual,简称MMR）云反演方法的异同。结果表明:两种方法反演得到的云覆盖和云顶气压与NASA基于CO₂切片法反演得到的GOES云产品一致性较高。PF和MMR方法反演产品的优点是云图信息是三维分布的,相对于NASA提供的GOES云产品能提供更全方位立体的云信息。MMR方法需要利用一维变分逐步拟合观测来反演三维云图产品;PF方法采用不同模式垂直层的云覆盖比例作为不同粒子来近似后验概率分布,计算效率大大提高。进一步提出了一种新的基于“扰动粒子”的粒子滤波云反演方法,结果表明:在滤波过程中采用足够多的粒子样本（样本数量约为250）可以改进后验概率密度函数的估计,有效地避免了粒子发散问题,改善了云反演的结果。     

Assimilation of Doppler Radar Data with an Ensemble 3DEnVar Approach to Improve Convective Forecasting

An ensemble three-dimensional ensemble-variational(3DEnVar)data assimilation(E3DA)system was developed within the Weather Research and Forecasting model’s 3DVar framework to assimilate radar data to improve convective forecasting.In this system,ensemble perturbations are updated by an ensemble of 3DEnVar and the ensemble forecasts are used to generate the flow-dependent background error covariance.The performance of the E3DA system was first evaluated against one experiment without radar DA and one radar DA experiment with 3DVar,using a severe storm case over southeastern China on 5 June 2009.Results indicated that E3DA improved the quantitative forecast skills of reflectivity and precipitation,as well as their spatial distributions in terms of both intensity and coverage over 3DVar.The root-mean-square error of radial velocity from 3DVar was reduced by E3DA,with stronger low-level wind closer to observation.It was also found that E3DA improved the wind,temperature and water vapor mixing ratio,with the lowest errors at the surface and upper levels.3DVar showed moderate improvements in comparison with forecasts without radar DA.A diagnosis of the analysis revealed that E3DA increased vertical velocity,temperature,and humidity corresponding to the added reflectivity,while 3DVar failed to produce these adjustments,because of the lack of reasonable cross-variable correlations.The performance of E3DA was further verified using two convective cases over southern and southeastern China,and the reflectivity forecast skill was also improved over 3DVar.     

影响"05.06.25"长江流域暴雨的西南低涡特征

利用NCEP逐日再分析值资料,分析了影响2005年6月25日长江流域暴雨过程的西南低涡结构特征及其移动发展机制。结果表明:25日移出川东影响长江中游的西南低涡是一个显著不对称的斜压系统,其发展过程中始终伴随着强盛的西南低空急流;低涡移动过程中非地转平衡性很强,高层正涡度平流和低层暖平流的共同作用,是低涡移动过程中周围大气维持较大的非热成风涡度,从而造成低涡区域上空强上升运动的重要原因。