JSCORS系统实时定位性能测试与分析

对典型观测条件下的初始化时间进行全面的测试和分析,对比分析JSCORS实时定位的内符合精度和外符合精度,另外,利用多日定位结果的比较进行系统的稳定性分析。测试结果表明,系统定位的稳定性良好,实际性能指标达到设计要求,大多数观测条件下优于设计精度。     

The initialization of nonlinear water waves in a numerical wave flume

This study investigates the initialization of nonlinear free-surface simulations in a numerical wave flume.Due to the mismatch between the linear input wavemaker motion and the kinematics of fully nonlinear waves,direct numerical simulations of progressive waves,generated by a sinusoidally moving wavemaker,are prone to suffering from high-frequency wave instability unless the flow is given sufficient time to adjust.A time ramp is superimposed on the wavemaker motion at the start that allows nonlinear free-surface simulations to be initialized with linear input.The duration of the ramp is adjusted to test its efficiency for short waves and long waves.Numerical results show that the time ramp scheme is effiective to stabilize the wave instability at the start of the simulation in a wave flume.     

全球数值模式中的台风初始化Ⅰ:方案设计

由于缺少大量有效的观测资料,台风初始化对数值天气预报业务模式而言,仍然是一个悬而末决的难题.中国国家气象中心自从1996年将台风数值预报系统投入业务运行以来,一直使用经验的人造bogus涡旋台风初始化技术.实际上,不同时期的台风有着不同的环流结构,即使同一个台风在不同的生命期也具有不同的结构特征,而这些结构特征的差异并不能依靠现有的bogus涡旋技术体现出来,这种主观方法的统一性与台风在时空上的差异性形成了强烈的反差.最近,基于国家气象中心全球资料分析同化-预报循环系统,设计和发展了一套新的台风初始化业务方案,它主要由初始涡旋形成、涡旋重定位和涡旋调整3部分过程组成.相比于业务中使用的人造bogus涡旋台风初始化方案,新方案在很大程度上减少了人为因素对台风涡旋结构的影响,而更多地是依靠数值模式自身的动力和物理过程来协调约束产生三维空间的涡旋结构.应用新方案,文中对生成于西北太平洋的2006年0605号台风格美(Kaemi)进行了数值试验,初步分析表明,新方案在实现台风涡旋环流结构的初始化方面效果较好,同时,对台风格美多个时次的预报结果也显示,相比于业务使用的bogus方案而言,新方案对台风路径平均预报误差有了大幅度的降低.     

基于海气耦合环流模式的ENSO预测

Predictions of ENSO are described by using a coupled atmosphere-ocean general circulation model. The initial conditions are created by forcing the coupled system using SST anomalies in the tropical Pacific at the background of the coupled model climatology. A series of 24-month hindcasts for the period from November 1981 to December 1997 are carried out to validate the performance of the coupled system. Correlations of SST anomalies in the Nino3 region exceed 0.54 up to 15 months in advance and the rms errors are less than 0.9℃. The system is more skillful in predicting SST anomalies in the 1980s and less in the 1990s. The model skills are also seasonal-dependent, which are lower for the predictions starting from late autumn to winter and higher for those from spring to autumn in a year-time forecast length. The prediction, beginning from March, persists 8 months long with the correlation skill exceeding 0.6, which is important in predictions of summer rainfall in China. The predictions are succesful in many aspects for the 1997-2000 ENSO events.     

2016年GRAPES_TYM改进及对台风预报影响

为了进一步提高国家气象中心区域模式台风数值预报系统（GRAPES_TYM）的预报能力,2016年对模式参考大气廓线以及涡旋初始化方案进行了改进:由模式初始场水平方向平均的一维参考大气代替原来的等温大气,涡旋初始化方案取消了原涡旋重定位并将涡旋强度调整半径由原来的12°减小到4°。对2014—2016年的生命史超过3 d的所有台风进行了回算,路径及近地面最大风速统计误差分析表明:参考大气的改进可以减小模式对台风预报路径预报的系统北偏和平均路径误差,尤其是140°E以东的转向台风。涡旋初始化方案中强度调整半径的减小会进一步减小模式预报路径的北偏趋势,从而进一步减小平均误差。同业务系统预报结果相比,改进后的GRAPES_TYM（包括参考大气和涡旋初始化）可以使平均路径误差分别减小10%（24 h）,12%（48 h）,16%（72 h）,14%（96 h）以及15%（120 h）。同美国NCEP全球模式路径预报相比,GRAPES_TYM在西行、西北行登陆我国的台风路径预报有一定优势。     

数字滤波初始化对台风“烟花”数值模拟的影响

基于中尺度数值模式WRF（Weather Research and Forecasting）,分析在逐小时循环同化系统中,高频多次应用数字滤波初始化方案对台风“烟花”模拟结果的影响。结果表明：（1）数字滤波能够产生与天气现象相关的滤波增量。晴空区域由于向后积分过程中辐射等重要过程未开启,后向积分结束时近地面温度变化较小,在向前积分时白天到达地表的太阳短波辐射过度累积,夜间地表热辐射过度释放,造成晴空区白天2 m温度升高,夜间2 m温度降低。台风对流区域受后向积分为绝热过程的影响,原本上升运动中水汽凝结释放潜热脱离气块的降水无法在绝热下沉增温中吸收热量变为水汽,在后向积分时产生了热量的异常累积以及水汽的减少,导致强对流区域热力结构发生变化。（2）统计结果显示,随着数字滤波应用次数的增加,初始化过程对初始场和预报的影响逐渐积累,造成的预报差异持续整个模拟过程。（3）在循环同化的基础上多次应用数字滤波初始化,数字滤波初始化显示出较好的抑制高频噪声的作用。多次滤波后台风环流中心暖心增强引起台风强度增强,最低气压更加接近最佳路径资料;暖湿气流向鲁南地区输送的减弱造成鲁西南地区特大暴雨漏报;台风环流位置的偏南影响了后期与西风槽结合的时间导致后期移速偏慢。     

应用粒子群算法的遥感信息与水稻生长模型同化技术

在研究遥感信息和水稻生长模型的同化过程中, 最小化遥感反演与生长模型(RiceGrow)输出的水稻生长 信息差值绝对值时引入了一种新的优化算法-粒子群算法(PSO), 并对比了其与模拟退火算法(SA)的优缺点; 探讨 了叶面积指数(LAI)和叶片氮积累量(LNA)分别作为同化参数时的同化效果。结果表明, PSO 无论是从同化效率还是 反演精度上都要好于SA, 粒子群优化算法是一种可靠的遥感与模型同化算法; LAI 和LNA 作为外部同化参数时各 有优势, LAI 作为同化参数可获得较准确的播期及播种量, 而LNA 作为同化参数可获得更为准确的施氮量信息。但 是LAI 作为外部同化参数时的反演结果总体要优于利用LNA 作为同化参数时的反演结果。利用试验资料对该技术 进行了测试和检验, 结果显示反演的模型初始参数的平均值与真实值的相对误差(RE)均小于2.5%, 均方根误差 (RMSE)为0.7—2.2, 产量模拟值与实测值之间的相对误差为5%左右, 模拟与实测相关指标值吻合度较高, 该同化 技术具有较好的适用性。从而为生长模型从单点扩展到区域尺度应用奠定了基础。     

云物理初始化对一次强对流天气数值预报的影响研究

基于第二代华东快速更新循环同化预报模式系统,针对2015年4月28日华东强对流天气,分析了云初始化对强对流数值预报的作用和影响。有无云初始化试验对比结果表明,在循环系统中使用云初始化,能够显著提高0~6 h的降水预报评分,强降水的位置预报更接近实况。云初始化能较好地改善初始场水凝物的质量分布,提供较准确的相关对流系统的初始信息,改进强对流区域内水凝物的预报效果,有效避免了模式初始阶段的降水滞后现象,缩短了模式由于初始微物理信息缺失引起的“spin-up”时间。而积分6 h以后的结果与无云初始化的结果差别不大。      

紧急救援下障碍空间分析技术的应用

灾害紧急救援提出了对地理信息技术新的急迫要求：即动态GIS中的动态数据模型和“0”初始化计算问题障碍空间路径规划问题、“安全岛”问题——障碍空间最大（小）间隙问题、与安全区的k阶邻近问题,本文给出了这些问题的解决途径和解算实例。     

三维变分和物理初始化方法相结合同化多普勒雷达资料的试验研究

以美国新近研发的天气研究预报模式(WRF)配置的三维变分(3D-Var)同化系统WRF 3D-Var为平台,结合物理初始化方法(Physical Initialization,简称PI)来同化多普勒雷达径向风和回波强度观测资料.其基本做法是首先用物理初始化方法由雷达回波资料估计出比湿、云水混合比和垂直速度,然后用估计的比湿和云水混合比对模式的相应变量进行调整,最后再将估计出的垂直速度作为一种新的观测类型添加到现有的WRF 3D-Var目标函数中,同时以WRF 3D-Var提供的方法直接同化径向风.针对2002年6月19日的一次强对流性降水过程和2003年7月5日的一次梅雨锋暴雨过程进行了一组同化多普勒雷达径向风和回波资料的试验研究.同化结果表明:分析变量的增量场和观测的雷达回波有很好的对应关系.在雷达回波区,有正的比湿增量、云水含量增量和垂直速度增量,并且水平风增量在此辐合;在没有雷达回波的地方有负的垂直速度增量.预报结果表明,调整云水含量对降水预报改善不明显,调整比湿对降水预报改进明显,直接用物理初始化估计出的垂直速度替代模式的初始垂直速度,对降水预报改进不明显,但以新的方案同化雷达资料能有效地缩短模式的起转时间(spin-up time),明显改进短时降水预报.