探空气球漂移及其对数值预报影响的研究

为了考察探空资料随高度的漂移对高分辨率数值预报模式的影响, 充分发掘探空资料的应用价值, 根据探空资料的探测原理, 设计定位方案, 计算出了各气压层上探空气球所处的实际位置。对位置订正前后的资料分别用3D-VAR系统进行同化, 将同化结果作为WRF模式的初始场进行数值预报并对预报效果进行对比分析。结果表明:探空气球在施放过程中的漂移距离远远超过目前数值模式可取的水平分辨率; 所设计的探空气球定位方案对水平分辨率为10 km ×10 km的数值预报模式基本是可用的; 总的来讲, 位置订正对分析增量场的改变与原分析增量场相比小一个量级。模式预报结果显示, 探空资料的定位使降水预报效果得到了改善。研究表明, 将各气压层上探空资料订正到实际位置对高分辨率数值预报模式的预报效果有一定程度的正面影响, 但仍需要更多的个例来验证。     

雷达反射率因子在中尺度云分辨模式初始化中的应用Ⅰ：云微物理量和垂直速度的反演

对于水平网格距小于10 km的高分辨率非静力平衡的显式云分辨模式,云微物理量的初始化以及物理量之间的相互协调是十分重要的,并且一直是云分析领域的一个难题。考虑在云雨处于定常状态的前提下,根据暖云过程,可得到云中水成物之间相互转化以及与垂直速度的约束关系,而雨水含量跟雷达反射率因子(Z)有关。因此,采用合肥新一代天气雷达2003年7月5日02时(北京时)的观测资料,针对雷达探测的特点对雷达原始数据进行了坐标转换,并进行了插值处理和简单的质量控制,然后依据Z-qr关系和定常暖云方案,反演了雨水混合比(qr)、云水混合比(qc)、水汽混合比(qv)和垂直速度(w)。结果表明,由此得到的雷达回波主要特征及量值分布与雷达站的CAPPI图像基本一致;水汽、云水、雨水和垂直速度量值大小的分布与雷达回波强度的分布也是吻合的,体现出了云中水成物和垂直速度的三维分布结构;各物理量的量值也符合梅雨锋暴雨的特点,梅雨锋积层混合云系中层状云和对流云的差别十分明显。在较强的回波区,雨水在6 km以下含量较大,最大值位于4 km左右,可超过3.0 g/kg;上升速度在5 km左右最大,最大值超过5 m/s;云水含量大值区位于5 km以上,在7 km高度上达到最大,超过3.0 g/kg;雨滴末速度虽然上下比较一致,一般几米每秒,但在5 km左右为大值区。     

下垫面强迫对京津冀大暴雨作用的数值研究

使用MM4对1992年7月23日发生在京津冀地区的大暴雨过程进行了数值模拟;利用模拟得到的高时空分辨率资料,通过使用Mass模式所进行的几组试验以及用MM4所做的敏感性试验,说明了在该次大暴雨过程中下垫面的动力及热力强迫作用。指出:下垫面强迫所导致的辐合上升运动是这次暴雨过程的触发机制。     

0519号台风"龙王"登陆福建沿海前后结构特征分析

通过利用双向嵌套中尺度非静力数值预报模式MM5V3对0519号台风"龙王"登陆福建前后过程(2005年10月2日08:00-3日08:00)进行了数值模拟,在模拟效果较理想的基础上利用其输出的高时空分辨率资料对"龙王"台风登陆福建沿海前后结构特征进行分析.结果表明:(1)登陆前后除暖中心在台风中心最强外,其它物理量的极值一般都出现在离台风中心100～200km区域;(2)台风登陆福建沿海后虽然在热力、动力和环流上还保留有热带气旋的一些分布特征,但在强度和空间分布上已经发生了明显的变化.     

非纬向基流中爆发性气旋的数值研究

利用以 Ｍ Ｍ ４ 为基础的自适应网格模式,对 １９８１ 年月１２ 月 ２０ 日 ２０ 时—２１ 日 ２０ 时一次太平洋西部气旋强烈爆发的过程进行了数值模拟研究得出：（１）气旋强烈爆发的过程是非常短暂的,是非地转调整的结果;（２）气旋爆发过程中基流由西南风转为准西风;（３）基流的反气旋性弯曲和非热成风空间分布不均匀性与气旋的强烈爆发有明显的联系。关键词：自适应网格,爆发性气旋,非地转调整,高空急流。     

中尺度数值模式的自适应网格设计

引进了自适应网格设计的方法。自适应网要生成行技术基础变分原理,所生成的网格具有光滑性、一定程度的正交性和机调节网格疏密程度的优点,这种新技术可任意加密局地网格,从而达到以较小的计算量获得较高的计算精度的目的。将自适应网格技术应用于ＭＭ４中,并用来模拟１９２年６月１４日这次大范围暴雨过程。结果表明,采用自适应网格后计算稳定,２４ｈ降水预报得到明显改善。     

自适应网格与均匀网格在数值模拟中的对比研究

采用自适应网格和均匀网格两种模式，对1996年8月3—4日发生在山西、河北、河南三省交界地区的暴雨个例进行模拟和对比研究。结果表明，自适应网格模式对所关心的天气系统及其降水的模拟精度高于均匀网格，特别是对降水、风场、急流、涡度场的模拟精度改善显著。这说明自适应网格模拟的中尺度系统特征更清晰。     

中尺度数值模式的资料同化系统——(二)伴随模式系统的检验与试验

在《中尺度数值模式的资料同化系统——（一）伴随模式的设计》一文的基础上,进一步对伴随模式码的检验问题做了讨论。表明采用共轭码方法是可行的。其导出的伴随模式与理论推导的共轭方程是相容的。试验发现该同化系统有消除随机干扰的能力,同化效果好。在同化过程中,系统是先同化大尺度信息,然后逐步同化中小尺度信息。     

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。