FY-2C静止气象卫星资料对不透明云云顶气压的反演研究

采用红外窗区通道法尝试对FY-2C静止气象卫星图像上的不透明云的云顶气压进行反演,并结合MODIS反演产品和CloudSat/CPR雷达探测产品对反演结果进行对比分析。结果表明:（1） 对于厚实密蔽的云层,不透明云云顶气压的反演结果与MODIS反演结果一致性较好,特别是对于发展较强的对流云和厚实密蔽的多层云,易满足云层比辐射率近似为1的条件,可近似看作黑体;（2） 对于单层云和光学厚度不够厚的云层,反演结果更接近辐射中心,尤其是对于锋面云带暖水云上空覆盖卷云的情况,由于FY-2C对于薄卷云的检测不如MODIS细致,导致反演结果与MODIS和CloudSat存在一定偏差。      

基于EOS/MODI图像资料的多光谱云分类技术

利用EOS/MODIS图像资料,采用逐个修改聚类和模糊聚类的分类器,设计了基于统计模式识别的云分类技术,并将其应用于2002年6月10日0200台风云系的云理识别,同时借助GMS-5图像资料进行了对比分析.结果发现台风云系的分类结果与台风云系的概念模式存在较好的对应关系,逐个修改聚类和模糊聚类的分类器对典型台风云系有较好的识别能力,极轨卫星的分类结果好于静止卫星,纹理特征的引入对分类结果有一定的影响.     

对流能量计算及强对流天气落区预报技术研究

文章分析了两种典型的大气湿绝热过程及其处理方法,对大气对流能量参数的计算技术进行了研究。结合实际个例,利用可逆饱和绝热过程,对包含液态水重力拖曳作用的修正对流有效位能(MCAPE)和修正下沉对流有效位能(MDCAPE)进行了定量计算。文章结合数值模式输出探空分析,预报不稳定和对流能量的区域分布,在此基础上建立了综合多指标叠套强对流天气落区预报方法,用MM5 及国家气象中心T106模式输出及诊断产品预报强对流天气落区,并检验强对流落区预报技术。     

物理初值化与短时强对流降水数值模拟研究

ADAS(ARPS Data Assim ilation System)云综合分析采用的是一种物理初值化技术。本文以ARPS(Advanced Regional Pred iction System)云综合分析为基础,设计了一组非常规资料的应用试验,应用ARPS模式对一次典型的短时强降水个例进行了数值模拟研究。结果表明:(1)在ADAS云分析中引入雷达及卫星资料可对湿度场的水平、垂直结构有一定的调整,改善了与对流降水有重要关系的高湿区的分析;(2)引入雷达和卫星资料的云综合分析,可以明显改善强降水发生时间相对迟缓以及模拟前期降水量偏少和降水覆盖面积偏小的现象,使模拟降水场与实际观测较为接近;(3)物理初值化能有效提取非常规资料中的云微物理信息,提高了模式初值质量,从而明显改善模式对强对流降水系统的短时模拟效果。     

GRAPES-3Dvar雷达资料直接同化对江淮暴雨数值预报影响的分析研究

使用具备多普勒霄达资料直接同化功能的GRAPES-3Dvar同化系统,对2007年7月江淮流域连续性暴雨过程中4个个例进行了数值预报试验,结果表明多普勒径向速度以及基本反射率因子的直接同化可以有效改进中尺度降水数值预报的效果.对7月3 日雷达资料联合同化以及单独同化对分析和预报影响的进一步分析显示,联合同化能够有效改善初始分析场中的风场和湿度信息,激发模式降水,减小SPIN-UP现象,中尺度系统降水的发生发展以及强度、走势和落区的预报得到较为准确的表征,显著改善了中尺度强降水数值预报效果.径向速度的直接同化主要贡献表现在风场上,能够在初始场中增加气旋性涡旋等中小尺度风信息,改善三维风场分析.反射率直接同化的主要影响体现在湿度场上,改进了初始场中的湿度参数,对降水预报影响明显.     

FY-2D红外亮温模拟及对WRF模式云预报误差的响应

基于WRF和RTTOV模式实现了FY-2D红外模拟亮温图的制作,侧重分析了WRF模式微、宏观云参量模拟误差对FY-2D红外模拟亮温精度的影响.结果表明,在0~48h模拟时效内,本文模拟亮温的均方根误差基本上控制在10~27K,好于以往20~40K的研究结果;在0~24h,各通道模拟与观测亮温值的相关系数均大于0.5;相比其他3个通道,水汽通道模拟性能比较稳定,效果最好.4种云微物理方案的模拟结果均显示云区亮温模拟值偏大,云系分布不够饱满,尤其是在台风区;其中THOM方案的模拟效果最好;数值范围253~273K是各方案存在偏差最大的区间.微观方面,THOM方案的雪水物质混合比远大于其他方案,提高云微物理方案中云中固态水的生成效率或保有量是有必要的,但对亮温模拟影响不大.宏观方面,本文云量诊断方案获得云量数值偏小,对高云诊断方案的改进十分必要,选取精准的云量诊断方案更有利于提高模拟精度.研究结果可为预报员研判未来天气提供了一种更直观的参考资料,也可为开展FY-4红外模拟亮温图制作奠定了技术积累.     

强对流天气临近预报技术研究

强对流天气是严重危害人民生活的危险性天气,特别是对于空中飞行有重大影响。目前,国内外主要的临近预报技术包括利用雷达资料的雷暴识别和跟踪技术、利用卫星资料的强降水估计,概率预报技术、概念模型和数值模式预报技术等。本文重点介绍近年来发展起来的强对流天气临近预报方法和主要业务系统,分析了临近预报技术中存在的主要问题并对未来发展趋势进行了展望。     

基于混合集合—变分同化方案对台风“布拉万”模拟中协方差权重系数的选择

利用WRF以及WRFDA3.6.1的ETKF-3DVAR混合集合—变分同化方案,对2012年第15号台风"布拉万"进行了模拟,并分析协方差权重系数对"流依赖"属性和台风强度、路径的模拟效果的影响。通过单点实验发现:随着集合协方差权重系数增加,分析增量的"流依赖"属性就越发明显。当集合协方差权重系数大于0.5时,由于集合成员数量以及预报质量的限制,将会引入虚假的"流依赖"信息,使得分析增量的范围形状不再发生变化,强度有所减弱。在对台风"布拉万"路径和强度的模拟中发现:集合协方差权重系数取0.5以下的预报结果普遍好于系数大于0.5的预报结果,其中,当集合协方差权重系数取0.25时路径预报误差最小,当集合协方差权重系数取0.2时强度预报误差最小。     

多物理ETKF在暴雨集合预报中的初步应用

基于集合转换卡尔曼滤波（ETKF）的初值扰动方法是目前集合预报领域热点方法之一,但应用在短期集合预报中仍存在离散度不够、误差较大等问题。考虑到在区域短期集合预报中,模式不确定性和边界不确定性的影响不能忽略,本文尝试在ETKF生成分析扰动的过程中,同时考虑初值不确定性、物理不确定性与边界不确定性,进而构建多初值、多物理、多边界ETKF集合,并以2010年9月30日到10月8日海南岛特大暴雨作为研究个例,对其在暴雨集合预报中的应用展开初步研究,重点分析多种物理参数化过程对预报结果的影响。结果表明,多物理过程的ETKF（多物理ETKF）和单物理过程的ETKF（单一ETKF）均优于对照预报,多物理ETKF优势更加明显,其均方根误差、离散度等指标均得到很好的改善;对于降水采用SAL方法进行检验,发现多物理ETKF对于降水位置的预报有明显的改善,对于特大暴雨的强度预报也略有改善。研究表明,在ETKF初值扰动中加入多种物理过程,可以有效改善短期集合的离散度,提高预报准确率,有良好的发展前景和应用潜力。     

长时间强度维持台风内核区位涡的中尺度分布特征及诊断

本文分析长时间强度维持"菲特"台风不同发展阶段的位涡分布特征发现：台风内核区中尺度高值PV带及其变化与台风强度变化具有伴随关系,即高值PV区与内核区强对流不仅具有对应关系;而且其生命史与台风强盛维持期一致;此外在眼墙区附近位涡梯度最大.分析还指出：垂直剖面上的高值PV呈现由单极位涡态（台风发展加强期）向中空位涡态（台风强盛维持期）的转变,到台风快速衰减期,又形成PV量值较小的单极位涡态.位涡收支方程诊断表明：内核区域水平平流、垂直输送和凝结加热的初始增强和大值收支带不仅对台风内中尺度高值位涡分布及长时间强度维持具有重要影响,而且具有伴随关系.此外,位涡收支各项对位涡态的转变起着不同的作用,其中凝结加热在台风强盛期中空位涡塔的建立中作用明显,水平平流项则在眼墙区的位涡塔中上层有着正贡献,垂直输送在高值PV分布的再分配中起中介作用.