中尺度降水集合预报随机参数扰动方法敏感性试验

中尺度降水模式预报具有很大的不确定性,为更好地描述与模式降水预报密切相关的物理过程关键参数的不确定性,基于中国气象局GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction System）中尺度区域集合预报模式,从对模式降水预报不确定性有较大影响的积云对流、云微物理、边界层及近地面层等4个参数化方案中选取了18个关键参数,设计了一种随机参数扰动方案（Stochastically Perturbed Parameterization,SPP）,并通过2015年6—7月总计10 d的随机扰动集合预报试验,对比分析了SPP方案对不同物理过程参数扰动敏感性、随机场时、空尺度敏感性、能量变化特征及其集合预报效果。结果显示,对所选择的任一物理过程参数化方案增加SPP扰动后,降水及等压面要素的概率预报技巧优于无SPP扰动的预报,而扰动积云对流和边界层过程中的参数较扰动云微物理过程中的参数影响更显著,且同时扰动积云对流、云微物理、边界层及近地面层参数化方案中的18个参数的集合预报效果优于扰动任何单一物理过程中的部分参数,表明SPP方案能够有效地提高中尺度降水概率预报技巧;从能量变化特征可知,不同物理过程的参数扰动对动能、内能和总能量的影响层次和特征有所不同,但总体而言,扰动前后各项能量基本相同;随机场时、空尺度敏感性试验发现,SPP扰动随机场时间、空间相关尺度对集合预报效果有明显影响,当扰动随机场选用12 h抗相关时间及截断波数20时,集合预报结果最优。上述结果表明,SPP随机参数扰动方案不仅能够有效提高集合概率预报效果,还能够提高集合降水概率预报技巧,具有良好的业务应用与发展前景。      

南极洲乔治王岛柯林斯冰帽小冰穹顶冰芯数学模式初步断代

冰芯钻取后，样品截取原则和环境记录的初步解释要求对年代－深度剖面有一初步了解，即要求建立冰体随深度变化的时间尺度。根据柯林斯冰帽一年多野外实测资料所揭示的小冰穹运动状况、温度分布、物质平衡和动力学特征，本文采用Ｄａｎｓｇａｒｒｄ－Ｊｏｈｎｓｅｎ模型和等温冰体流动模型（ｎ＝３），分别对一支８０．２ｍ冰芯的时间尺度进行初步估算。结果表明两种模型断代结果非常接近，在距冰床１０ｍ深度处，两模型分别给出１８９７年和１８５４年的冰龄。对比指出两种模型计算出的冰帽各深度冰龄最大误差不大于２％。与冰芯中上部含深褐色火山灰冰层的历史记录年代相比误差小于３％。     

海洋对ENSO和其他时间尺度上风应力振荡的响应

利用带通滤波方法，将FSU风应力资料分离成ENSO时间尺度上的分量及其剩余部分，将这两部分分别作用于模式海洋（2层热带太平洋区域模式），研究海洋对不同时间尺度大气变化的响应。结果表明：尺管ENSO时间尺度上的风应力分量只占风应力扰动总方差的30％左右，它却能激发出全部异常风应力强迫海洋时所产生的El Nino/La Nina现象和十分相近的SSTA变化周期与振幅。而其余占总异常风应力方差60％以上的部分强迫海洋仅能产生振幅较小的海表温度异常，在非ENSO和ENSO时间尺度上的风应力强迫下，海洋中可产生相近振幅的Kelvin波，但SSTA振幅却存在显著差别，表明海洋对大气扰动信号的频率非常敏感，这里从理论上对该现象作了解释和说明。     

佛山降水变化的小波特征

文章利用Morlet连续小波变换分析了佛山市1957－2000年降水的多时间尺度变化特征，结果显示，佛山市44年降水变化的能量主要集中在较小时间尺度的演变上，因此旱年或涝年的形成与较小时间尺度的周期振荡关系密切，自20世纪90年代以来，佛山市降水主要表现为年际尺度的周期变化，而年代际尺度的周期信号不明显，年际尺度周期的小波系数的零点就是突点，而年代际尺度周期不一定存在这种对应关系。     

海洋风暴形成的一种动力学机制

文中从观测统计学、瞬变涡动能量学和 MM5中尺度数值模拟角度 ,研究了海洋风暴 (爆发性气旋 )形成的气候特征及其可能的动力学机制 ,揭示了一幅爆发性发展的物理图像。结果表明 ,在冷季大气特别是日本以东洋面上大气特有的热力气候背景下 ,通过同海洋风暴过程相联系的涡动热通量 vθ的向极地输送 (- vθ· θm>0 ) ,将季节尺度的时间平均有效位能向瞬变涡旋时间尺度的涡动有效位能转换 ,是海洋风暴形成的主要动力机制。在该过程中转换来的具有最大贡献的涡动有效位能 ,连同具有次大贡献的积云加热制造的涡动有效位能(q3 )一起 ,通过暖异常区 (α >0 )暖湿空气上升运动 (-ω >0 )的斜压转换 (-ωα) ,促使涡动动能增长。同时 ,补充的涡动有效位能又加强了暖异常区的暖湿空气上升运动 ,进而产生积云对流活动及其潜热释放的正反馈过程 ,最终导致涡动动能急剧增长和海洋风暴的形成。海-气潜热输送的作用是在风暴形成初期提供后来积云尺度对流活动及潜热释放的水汽潜力。研究还表明 ,海洋风暴主要发生在冷季月份 1 3 0°E以东的中高纬洋面上 ,这种对特定季节和特定海域的依赖性是大气和海洋气候背景的动力 /热力共同作用的结果     

90年代长江中游异常多雨的气候变化背景分析

利用小波变换技术, 对与长江中游地区夏季降水密切相关的赤道东太平洋海温、西太平洋副高、南海夏季风等物理因子进行时间变化的尺度分离.通过对年代际变化和长期趋势等不同尺度变化的分析, 揭示出90年代长江中游异常多雨和频繁洪涝产生的气候变化背景.     

ENSO循环的数值模拟(Ⅱ)──变化性及时间尺度选择机制

利用热带太平洋海气耦合异常模式的３０ａ模拟结果，对模式ＥＮＳＯ的变化性及多重时间尺度过程进行了细致分析，建立了一ＥＮＳＯ循环多重时间尺度过程相互作用的非线性相似（Ａｎａｌｏｇ）模型，并提出了ＥＮＳＯ循环主周期形成的一种可能机制。指出：和观测事实类似，模式ＥＮＳＯ过程确实涉及到三种时间尺度，即３—４ａ主周期振荡（ＬＦ）、准两年振荡（ＱＢ）和年循环（ＡＣ）；其中，ＱＢ过程是线性海气耦合系统的本征模态，年循环（ＡＣ）对其形成没有本质的影响；３—４ａ主周期振荡（ＬＦ）是一非线性系统的自激振荡现象，其形成是线性系统的本征模即ＱＢ过程通过非线性机制尤其是通过大气辐合反馈加热的“单向性”过程在ＱＢ的暖态产生的减频增幅所致；平均年循环（ＡＣ）虽然不能对ＥＮＳＯ循环形成有本质影响，但它可明显影响ＥＮＳＯ循环的具体振幅和位相，使得ＥＮＳＯ循环具有明显的不规则性并对季节循环具有明显的“锁相”特征；ＥＮＳＯ变化性确是ＬＦ、ＱＢ以及ＡＣ多重时间尺度相互作用形成的。本文提出的ＥＮＳＯ循环时间尺度选择机制不仅解释了主周期振荡的形成过程，而且也较好地解释了ＥＮＳＯ变化的谱，因此，这一机制更接近于观测事实。     

青藏高原现代降水中dδ^18O／dT的变化

不同时间尺度ｄδ＾１８Ｏ／ｄＴ的天气气候意义是不同的，其数值大小也是不一样的。本根据对青藏高原沱沱河、德令哈、西宁三站大气降水中δ＾１８Ｏ与温度关系的分析，并与具有长序列资料的地区进行比较。初步给出了青藏高原不同时间尺度ｄδ＾１８Ｏ／ｄＴ之间的差异。     

用墨西哥帽小波函数研究雅安降水变化

利用1951～2006年月平均降水和年平均降水资料,采用墨西哥帽小波函数,对雅安56年来降水的季节变化和年际变化时间序列进行了小波分析,揭示了雅安降水变化的多时间尺度的复杂结构,分析了不同时间尺度下降水序列变化的周期和突变点,并根据主周期对未来降水变化进行了预测.结果表明,各季节和年降水均存在8～12年左右时间尺度的周期特征;其次,4～6年左右时间尺度的周期特征也较明显.夏季和年降水变化趋势一致,均有1年和12年尺度的主周期,夏季降水完全控制年降水. 经降水变化趋势分析,预测2006年前后雅安降水将偏少,大约在2008～2010年雅安降水将偏多.