Lorenz 96模式中三种目标观测方法的有效性比较

目标观测是有效提升观测效能和观测质量的一种观测策略,其核心部分是敏感区的识别。本文在Lorenz-96模式上比较了奇异向量法(SVs)、集合变换卡尔曼滤波法(ETKF)和条件非线性最优扰动法(CNOP)识别敏感区的优劣,并尝试揭示ETKF方法性能不稳定的原因与机制。试验结果表明:在312h内的不同预报时刻,CNOP方法识别的敏感区范围较小且对预报效果的提升率最高;SVs方法识别的敏感区对72h内的预报有较好的改进,但72h后改进程度急剧下降,到120h后基本失效;ETKF方法识别的敏感区在72h内不如其他方法的效果好。此外,在ETKF方法识别的敏感区与随机选取的敏感区对比中发现,由于ETKF方法操作时采用顺序观测资料处理方案搜寻敏感区,本质上忽略了观测资料间的相关性,导致ETKF方法识别出的敏感区并不一定是全局信号方差最大的区域,对预报效果的改善有限,这也说明了如何优化敏感区搜寻方案是提高ETKF方法效能的关键。     

从不稳定能量角度对条件不稳定相关问题的讨论

大多数深厚的局地对流是在条件不稳定的层结中发生的,这就有必要考虑较厚气层对由底部上升气块所可能产生的总影响。从能量角度讨论了条件不稳定问题中的不稳定能量和对流有效位能,并利用观测资料、结合实例分析了单站地面湿静力能与条件不稳定中不稳定能量的关系。主要结论如下:（1）从能量观点,对对流有效位能的两种定义进行了讨论,认为对流有效位能定义为正、负不稳定能量之差时,其与动能相联系的表达式中包含了低层抬升速度,可以更全面地用于强对流天气预报,尤其是中国南方暖季的强对流预报。（2）气块从底层上升时,无论经历的是干绝热还是湿绝热过程,湿静力能守恒,所以总能量的变化就是动能的变化,等于外界合力对气块做功的大小,不存在湿静力能向动能的转换。（3）从本质上来说,单站低层湿静力能的时序变化用于对流预报的意义在于预示着正、负不稳定能量的改变,从而影响不稳定能量的值。这可以弥补由于高空探测时间分辨率较粗,不能计算逐时正、负不稳定能量的不足。      

引起舟曲特大泥石流灾害的"8·8"暴雨过程中尺度特征分析

利用常规气象资料以及FY-2E气象卫星云图、多普勒天气雷达资料和NCEP每6h一次的1°×1°格点资料,采用天气学诊断分析的方法,对2010年8月7—8日出现在甘肃省舟曲县的一次局地突发性致泥石流暴雨进行了诊断分析。结果表明:此次暴雨是在高空短波槽、东风倒槽、低涡切变线、副热带高压和地面冷空气的共同作用下发生的。对流云团发展生成MCS是暴雨发生的直接原因。对流云降水回波的发展和增强与降水强度的变化有很好的对应关系。来自孟加拉湾和东海的暖湿空气是此次暴雨的主要水汽来源。中低层辐合,高层辐散的配置和垂直涡度的显著增大,为本次暴雨的发生提供了必要的动力条件。暴雨中心位于700 hPa等假相当位温线密集带的西南侧边缘,暴雨是伴随着对流有效位能和大量不稳定能量的有效释放而发生的。倾斜涡度的活跃发展,条件性对称不稳定机制的形成可能是导致此次暴雨发生的主要触发机制。     

登陆台风内中尺度强对流系统演变机制的湿位涡分析

2005年05号台风"海棠"登陆福建后,在外围云系里有个明显发展的中尺度对流云团经过温州东部及北部地区,引起了强降水,从而造成比热带风暴环流本身更具破坏力的强烈天气,因此研究台风内中尺度对流系统(M(2S)的发展机制能够为预报台风灾害提供依据.文中使用中尺度静力模式WRF对台风"海棠"登陆过程进行了模拟,模式很好地模拟了台风登陆过程的路径、强度变化趋势和降水分布,尤其是模拟出了台风环流内的一次中尺度对流系统的发展过程,并利用模拟结果对台风环流内的这次中尺度对流系统进行了与之相关联的湿位涡分析,从而揭示了台风环流内中尺度对流系统发展演变的湿位涡特征.结果表明,在对流形成阶段,MPV1即对流不稳定为MCS的形成提供背景不稳定条件,由MPV2即湿等熵面的倾斜和水平风的垂直切变而引起的涡旋发展作为强迫机制:MCS形成的区域及东南区域中低层是强对流不稳定层,蕴含丰富的不稳定能量,倾斜上升运动把对流不稳定区具有强不稳定能量的暖湿卒气向西北中层的中性层结区输送.由于θep的减小,气旋性涡度增强,有利于形成对流,另一方面,由于湿等熵面倾斜和低空急流加强而引起的涡旋发展作为一种强迫机制激发对流不稳定能晕得到释放,从而形成对流;在对流系统的发展阶段,由于低层的对流不稳定性进一步减弱,θep一步减小,气旋性涡度进一步增强,有利于MCS的增强,中层等θe线的倾斜度比绝对动量M等值线的倾斜度大,对应有条件对称不稳定区域,满足条件对称不稳定(CSI)条件,在湿等熵面倾斜和台风低空急流作用下引起的涡旋发展强迫对称不稳定能量释放,从而使得对流得以维持和加强.通过以上的分析给出了台风环流内中尺度对流系统发生发展的概念模型.     

Measuring, understanding and visualising coal characteristics—innovations in coal geology for the 21st century

For the coal industry to remain competitive into the 21st century, particularly if coal prices remain low, it is incumbent upon the industry to understand their products and use this knowledge to improve the efficiency, environmental performance and safety with which their products are mined, processed and used. A full understanding of coal characterisation empowers the user to achieve these goals. Areas where coal characterisation is of crucial importance include integrated gasification and combined cycle (IGCC) combustion, metallurgical uses, gasification, extraction of coal bed methane and liquefaction. Future coal characterisation research avenues are reviewed. For this understanding to be achieved, radical new analytical methods that are cost effective, avoid subjective judgement, can provide prompt online measurements and are meaningful in terms of performance prediction will be required. Examples of emerging technologies are presented. Visualisation of coal quality data and the coal chain has always been important to the coal mining community. Methods of building and maintaining databases, and simulating such data are reviewed.     

"04.12"华北大到暴雪过程切变线的动力诊断

利用地面实测资料和MM5模式输出产品,对2004年12月20~22日发生在华北地区的大到暴雪天气过程的切变线进行了动力诊断分析,结果表明:此次暴雪过程与中尺度切变线的发展东移直接关联。涡度诊断表明:正涡度区的演变与切变线的发展、东移和北抬密切相关,正涡度区内“正涡度核”对预报强降雪的出现有先兆指示意义。涡度、散度垂直剖面图显示,涡度、散度场的空间配置极有利于暴雪切变线发展及暴雪形成与维持。湿相对位涡和涡度变率诊断揭示,涡度变率强度与中低空的条件对称不稳定密切相关;暴雪区上空从低层到高层存在的湿位涡负值中心是造成中低层涡度变率增大及暴雪增幅的重要原因之一;而涡度变率较涡度更能准确反映切变线发生发展的物理机制。     

Characterization of Coherent structures in the Atmospheric Surface Layer

The ramplike coherent structures, observed in the temporal series of temperature and humidity in the atmospheric surface layer, are analyzed using the intermittency function and the wavelet transforms, with Haar, D4 and Mexican Hat functions as mother wavelets, in order to find the most efficient conditional sampling technique. It was found that the intermittency function and the wavelet transform, using Mexican Hat as mother wavelet, are the only ones that sample structures that fulfill the ramplike coherent structures definition of a slow rise followed by a sudden drop in the temporal series. The conditionally averaged structures detected by both techniques were similar for temperature, humidity, and vertical velocity at heights of 3, 5, and 9.4 m. Significant discrepancies were found among the conditional averaged structures detected by both techniques for zonal and meridional components of the wind at 11.5 m. Considering both techniques, it was observed that the averagedcoherent-structure duration ranged from 23.7 ± 0.5 s to 37.8 ± 3.0 s. Furthermore, the averaged number of events per 20-minute period ranged from 20.0 ± 1.0 to 28.5 ± 1.1, and the averaged intermittency factor from 45.0 ± 0.4% to 59.1 ± 1.3%. It was also observed that the averaged duration of the ramplike coherent structures increases with height, while their intensity, number, and intermittency factor decrease. Despite the good matching obtained for temperature and humidity, the coherent-structure properties did not show the expected variation with wind speed, stability parameter, and friction velocity. The Kolmogorov–Smirnov test indicated that the intermittent function and the wavelet transform did not detect coherent structures belonging to the same population.     

强对流实时短期预报业务应用

θｓｅ特型法是一种强对流天气的短期预报方法,它把强对流天气预报化成预报引发背影条件下高能量预警型的强对流大概率事件。１９９５～１９９８年在上海地区进行强对流实时短期预报,准确率达８９％。     

MJO随机强迫对CNOP型初始误差演变的影响

用Zebiak-Cane模式和季节内振荡(Madden-Julian Oscillation,MJO)的参数化表述以及条件非线性最优扰动(Conditional Nonlinear Optimal Perturbation,CNOP)方法,分析了以ENSO事件为基态的CNOP型初始误差的空间结构增长规律。结果表明,参数化的MJO对CNOP型初始误差的发展影响较小,其影响主要是使中东太平洋的海表面温度异常增大。CNOP型初始误差比由MJO不确定性产生的模式误差的影响大,前者可能是造成ENSO事件预报不确定性的主要误差来源。由于CNOP型初始误差的局地性,本结论可用来指导ENSO的目标观测和适应性资料同化。     

"96.1"高原暴雪过程湿对称不稳定的数值研究

利用一次较成功的模拟了“９６．１”青藏高原东北部暴雪过程的ＭＭ４中尺度模式输出资料,根据条件对称不稳定（ＧＳＩ）的非线性理论判据对这次暴雪过程进行了诊断,结果表明,ＣＳＩ是“９６．１”暴雪发生和发展的一种动力机制。在诊断的基础上,用非线性对称不稳定和非纬向非平行期流对称不稳定模式对“９６．１”暴雪发生发展过程的动力学机制进行了数值试验,结果指出：用两种方法进行数值模拟时,都会出现对称环流,不仅ψ场