全球数值模式中的台风初始化Ⅱ: 业务应用

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.     

IMPLICIT NONLINEAR NORMAL MODE INITIALIZATION:A MULTIGRID APPROACH

The implicit nonlinear normal mode initialization (INMI) is applied to a tropical limited area shallow water modelin spherical coordinates.The boundary condition for the INMI scheme is based on the boundary formulation of themodel.The INMI scheme is found to be very efficient in suppressing spurious gravity wave oscillation and providing awell balanced initial data set for the model.The INMI scheme involves solving a number of elliptic type equations withvarying complexity.and hence an efficient numerical technique is required for solving such equations.In order to makeINMI computationally more attractive,we are employing the multigrid method for solving all the elliptic type equationsin the INMI scheme.The numerical procedures for the development of such multigrid solvers are briefly described.     

近百年中国、北半球和南半球气温内在结构比较(Ⅱ)

气温序列的变化不仅包含月、季、年、百年等不同的时间尺度,而且具有一定的局域性,全球、南半球、北半球和中国的气温变化各不相同．文中利用子波变换极大值线表征的突变点来构造一维映射动力系统的基本原理,研究中国、北半球和南半球气温的异同,从而映证了气候变化的局域性     

2001年春季中国北方沙尘暴的环流动力结构分析

通过对2001年春季中国北方5次沙尘暴的高度场，涡度场，散度场和风场的分析，研究了沙尘暴强盛期的环流动力结构。结果表明，在5次沙尘暴强盛期有相似的环流动力结构特征。在沙尘暴强盛期的高度场上，蒙古国有深厚的低值系统，乌拉尔高压发展，其间的强气压梯度是沙尘暴的动力源；低值系统有正涡度中心支持，外围是负涡度区，其间有强涡度梯度带；低值中心伴随有低层辐合高层辐散的垂直结构，易于发生近地面大风和上升气流，有利于地面起沙上扬，形成沙尘暴，大风区与强涡度梯度带一致，强风带切变形成的涡度输送有利于加强低值系统，进而增强风场。     

分位数调整法在北京动力降尺度模拟订正中的适用性评估

基于分位数调整法对变网格模式LMDZ4在中国区域进行动力降尺度模拟的北京日平均气温和降水结果进行了统计误差订正。订正后的日平均气温在年循环、平均值和频率等方面均十分接近观测值,全年平均气温偏差由-1.2℃降至-0.4℃。降水的订正过程较气温更加复杂,首先对降水日数进行订正,以消除模式产生的虚假微量降水,订正后降水日数误差由61.5%降至3.7%。此外,分位数调整法可有效订正中小型与极端降水的频率和强度,订正后全年降水误差由0.28 mm/d降至0.07 mm/d。订正后最大降水月为7月,与观测一致,消除了冬季的虚假极端降水。分位数调整法无论是对气温还是降水,其订正效果都存在明显的季节性差异。日平均气温的订正在冬、夏季要优于春、秋季,对极端高、低气温的订正更加显著。该统计误差订正方法不仅有效消除了气候平均值的漂移,同时对极值也有一定改善,是一种相对完善的订正方案。分位数调整法也存在一定的不确定性,订正效果受观测资料和模式模拟能力影响较大。     

基于MIROC/WRF嵌套模式的中国气候降尺度模拟

开展了基于嵌套的全球模式MIROC和区域气候模式WRF的动力降尺度模拟试验,检验该模式对中国气候的模拟性能,得到以下结论:全球气候模式MIROC和WRF都能较好地模拟出中国年平均地表气温(下文简称气温)分布。WRF模式对气温场的描述更为细致,模拟出了四川盆地高温和中国最北方区域的低温。两个模式总体上对南方降水模拟好于北方地区,东部地区好于西部地区。MIROC模式模拟的年平均和各季节降水与观测的 空间相关系数在0.79～0.83之间,表明它对降水的模拟较好。WRF模式模拟的降水空间分布好于MIROC模式。MIROC模式在青藏高原东南侧存在虚假降水中心,WRF能有效改进该地区降水的模拟。两个模式对年平均气温和降水年际变率的模拟能力均较差,WRF模式相对MIROC模式有一定改进。     

Spatial and Temporal Characteristics of Horizontal Rolls and Cells in the Atmospheric Boundary Layer Based on Radar and in Situ Observations

This paper is the second of a series devoted to the observation and analysis of coherent structures in the cloudy Atmospheric Boundary Layer (ABL) such as horizontal rolls or thermal cells. In the first paper, the TRAC (Turbulence Radar Aircraft Cells) experiment which is the observational support of this investigation based on coupled radar-aircraft measurements, was presented along with an overview of the main results of this campaign held in June 1993 in France. Here the analysis is focused on the spatial characteristics (length-scale, orientation ... ) of the coherent structures, their temporal evolution and vertical distribution deduced from the radar reflectivity fields acquired in clear air at several levels for five different ABLs. For that, an original and efficient image processing method able to extract the major mode of the organisation was developed. These characteristics are examined in relation to the dynamic and thermodynamic state of the ABL using mean and turbulent information as observed by the in-situ aircraft. These experimental results are the basis of a future Large Eddy Simulation modeling of an organised ABL which is in progress and will be the concern of the third paper in the series.     

大气中尺度涡旋的三维螺旋结构理论

文中应用描写大气运动的方程组求得了中尺度涡旋的三维定常流场以及相应的压力场和温度场 ,其中的三维流场构成了物理空间的一个非线性自治动力系统。理论分析和计算表明 :若中尺度涡旋的下层流体呈气旋 (反气旋 ) ,且伴有水平辐合 (散 )的螺旋转动 ,则通过上升(下沉 )运动 ,其上层流体呈反气旋 (气旋 )且伴有水平辐散 (合 )的螺旋转动 ,从而形成中尺度涡旋的三维螺旋结构。这些都与实际大气中的中尺度涡旋结构相似。它充分说明 :在旋转有粘性的大气中 ,为了保证质量守恒 ,必须有这种螺旋结构。     

西南低涡移动的初步分析

从描述西南低涡运动的中尺度原始方程组出发，对低涡系统作水平分布的零阶Ｂｅｓｓｅｌ函数近似，在铅直方向上取６层斜压模式近似；导出了西南低涡移动速度的控制方程，得到了影响低涡移动的较为全面的因子，并通过对个例进行６层斜压模式的数值计算和诊断分析，找出了对低涡移动取决定性作用的决定性因子、一般影响因子、作用较小的修正因子和贡献极其在弱的不影响因子。然后分析和讨论了各因子对低涡移动作用的物理意义，为认识西南低涡移动的物理机制及用于业务预报提供参考。     

窄吸积环动力学不稳定性的数值解

本文在细环近似和共转半么位移不为零的条件下，考虑吸积环中非轴对称动力学不稳定性的线性扰动过程，采用数值计算方法求得不稳定性的线性增长率和共转半径位移随波数的变化关系，发现线性增长率受共转半径不为零的影响较小，而共转半径位移项随波数的色散关系与线性Ｋｄｖ方程的色散关系相同，说明窄吸收环在动力学不稳定性数值模拟中出现的“行星状解”很可能是类似于Ｋｄｖ方程中的孤子解。