Three-dimensional variational data assimilation of WindSat ocean surface winds for the genesis and forecasting of tropical storm Henri

With available high-resolution ocean surface wind vectors retrieved from the U.S. Naval Research Laboratorys WindSat on Coriolis, the impact of these data on genesis and forecasting of tropical storm Henri is examined using the non-hydrostatic, fifth-generation mesoscale model (MM5) of Pennsylvania State University-National Center for Atmospheric Research plus its newly released three-dimensional variational data assimilation (3DVAR) system. It is shown that the assimilation of the WindSat-retrieved ocean surface wind vectors in the 3DVAR system improves the model initialization fields by introducing a stronger vortex in the lower troposphere. As a result, the model reproduces the storm formation and track reasonably close to the observations. Compared to the experiment without the WindSat surface winds, the WindSat assimilation reduced an error between the model simulated track and observations of more than 80 km and also improved the storm intensity by nearly 2 hPa. It suggests that these data could provide early detection and prediction of tropical storms or hurricanes.     

4DSVD分析误差与样本选取方法和样本容量的关系初探

分析误差与样本选取方法和样本容量的关系是4DSVD同化方法一个亟需研究的重要问题。获得支撑大气模式空间和观测空间吸引子的基向量是4DSVD研究的关键部分,样本的好坏和样本容量的范围是决定4DSVD基向量和分析结果质量的一个重要前提条件。首先利用Lorenz28变量模式,用4DSVD方法做了一些简单三维同化试验,探讨了Lorenz28变量模式的分析误差与样本容量和样本选取方法的关系。数值试验结果表明,对一个具体的模式,有限的样本容量就能够获得较高精度的分析结果;在模式系统和观测系统不变情况下,用一定样本容量得到的支撑模式空间和观测空间的基向量具有很好的稳定性,即一旦获得一组较好的基向量,在观测系统和模式系统不变的情况下,对同化任何时刻的观测适用;分析结果对选取方法没有太大的依赖性,但具体的样本容量要视不同模式和样本选取方法而定。用WRF模式做的4DSVD四维观测系统模拟试验结果表明,若样本选取方法得当,所需要的样本容量要远远小于模式自由度。4DSVD要真正获得较高精度的分析结果,需要的条件是尽可能的在吸引子上取样并选取充足的样本容量;间隔取样可以一定程度上减少计算量。根据数值试验结果提出了4DSVD在实际同化时样本选取的一些初步的方法。     

车载X波段双线偏振多普勒天气雷达及其数据处理系统

文章介绍了车载X波段双线偏振多普勒天气雷达及其数据处理系统,并对其资料质量和应用问题进行了分析和讨论。该雷达采用的单发双收的工作机制,实现对Z_H、Z_(DR)、Φ_(DP)、K_(DP)、ρ_(HV)(0)以及L_(DR)等参数的探测。这些信息反映了云和降水粒子的范围、大小和运动变化等特征,是研究云和降水特别是灾害性天气的形成机制及其物理过程变化的有效工具。基于该雷达的数据处理系统是在利用这些测量参数的基础上,可以实现降水处理和降水粒子相态识别功能,为用户提供有效的气象服务。     

星载合成孔径雷达海洋遥感与大数据

星载合成孔径雷达以其全天候、全天时、不受云雨影响的工作特性在空间对海观测中起到了重要作用，又以其高空间分辨率、多极化、多成像模式的特点展示了其在海洋动力要素反演和海洋多尺度动力过程研究中独特的魅力.起步于20世纪70年代末的星载合成孔径雷达技术，迎来了发展的"黄金时期"，大数据和机器学习又赋予了星载合成孔径雷达海洋遥感更强大的生命力.本文首先阐述了星载合成孔径雷达大数据的5"V"特性，进而以高分辨率海面风场反演、海洋内波中尺度动力过程观测两类典型案例，阐述了大数据、机器学习等现代信息科学技术与卫星海洋遥感结合，实现海洋环境参数高精度反演和海洋动力过程科学深层次认知的研究.最后，展望了星载合成孔径雷达海洋遥感与大数据的发展前景.     

基于地基微波辐射计资料对成都双流机场两次雷雨过程的分析

利用地基微波辐射计资料,比较了2017年7月成都双流机场的两次雷雨过程,根据天气形势分为"两高切变"和"东高西低"2类,在此基础上分析微波辐射计要素变化特征,结果表明:在垂直方向0～10 km,以相对湿度达到80%来区分干区和湿区,则两次过程前3 h,相对湿度在垂直方向均呈现"上下干、中间湿"三层结构,并早于近地层前2 h达到饱和状态;过程期间相对湿度呈现"上干、下湿"两层结构;过程结束后湿层抬高,低层变干。两次过程水汽含量充沛,保持在70 kg/m~2以上,峰值超过85 kg/m~2。每一次中阵雨发生后水汽含量都会短暂回落,但仍高于过程前的数值,不足2 h后再次发生中阵雨。由0℃线高度变化可知,降水过程中,暖区(温度≥0℃)内相对湿度≥90%;云中液态水含量主要分布于6 km以下,温度在0℃以上的液态水占比很高,故两次过程以暖云降水为主。雷雨前1 h左右有"低层气温上升,0℃层抬升,K指数、CAPE指数也明显增大"的典型特征。降水发生在相对湿度、水汽总含量、云中液态水含量和稳定度指数快速增长的波峰中。     

草海湿地黑颈鹤迁徙特性与气候变化响应关系研究

选取威宁县1985年至2020年气象资料和黑颈鹤物候观测资料,采用数理统计、Ｍ-Ｋ突变检验等方法对各气候因子的趋势变化倾向率、主要气候因子对黑颈鹤物候期的影响进行研究。根据气象要素对黑颈鹤物候期的响应模式进行逐步回归结果表明：黑颈鹤的初见期、间隔期、终见期在1985-1990年间变化幅度较大。总体而言,近35年来初见期总体变化趋于平稳,终见期呈现上升趋势,说明黑颈鹤在威宁的停留时间有缩短趋势、终见期有提前的趋势。8月平均气温每升高1℃,黑颈鹤的初见期将推后4.485天;11月的平均风速每增加1m/s间隔期将会延长16.128天;3月雨日每增加1天,终见期将会推后1.863天,间隔期延长1.482天;1月平均风速每增加1m/s,终见期将会推后8.929天。说明气候变化对黑颈鹤物候期有积极的影响,比较敏感?可为气候变化的提供一定的指示作用。     

全球大气再分析实时资料前处理关键技术研制

针对全球实时气象数据,重点研制面向全球大气再分析的观测资料前处理关键技术,主要包括实现大量实时文件快速解析分类的数据分拣技术,实现多类气象观测要素并行解码的信息提取技术,满足同化数据格式需求和实现分级分类有效存储的自定义模板统一编码技术。关键技术已于2019年6月在国家气象信息中心业务应用,为我国第一代全球大气和陆面再分析业务提供着稳定的实时观测数据支撑。     

热带气旋"凤凰"（2014）的结构演变及其引起的海洋响应分析

利用日本多功能运输卫星（Multi-functional Transport Satellite,简称为MTSAT-2）逐小时云顶亮温资料、Climate Prediction Center Morphing Technique（CMORPH）逐3小时降水资料及南海北部的现场观测资料,对2014年第16号热带气旋"凤凰"的结构演变和远距离洋面上的海洋响应特征进行了研究。结果表明:高空环流形势场的变化主导了"凤凰"的移动方向,调整其云系结构;"凤凰"过境期间测站处气压和气温明显下降,风速和相对湿度有所增加,并伴随有多次阵性降雨过程,最大降雨量可达174 mm/h;"凤凰"引起的强混合的热泵作用导致测站处海洋混合层冷却加深,三个站位观测到的最大海表面降温分别为0.53 ℃（站位2）、0.50 ℃（站位4）、1.18 ℃（站位5）;"凤凰"期间海表面盐度下降,且强降盐过程与降水时段具有较好的时间一致性,降水时段内,三个站位观测到的表层最大降盐量分别为0.557 psu（站位2）、0.407 psu（站位4）、0.773 psu（站位5）。      

Impacts of Multigrid NLS-4DVar-based Doppler Radar Observation Assimilation on Numerical Simulations of Landfalling Typhoon Haikui (2012)

We applied the multigrid nonlinear least-squares four-dimensional variational assimilation(MG-NLS4DVar) method in data assimilation and prediction experiments for Typhoon Haikui(2012) using the Weather Research and Forecasting(WRF) model. Observation data included radial velocity(V_r) and reflectivity(Z) data from a single Doppler radar, quality controlled prior to assimilation. Typhoon prediction results were evaluated and compared between the NLS-4DVar and MG-NLS4DVar methods. Compar...     

扩展水凝物控制变量的雷达资料同化对台风“天鸽”数值模拟的影响

利用WRF(Weather Research and Forecast)模式及WRFDA(WRF model data assimilation system)系统,针对2017年台风“天鸽”个例通过同化雷达径向速度(Vr)和反射率因子(RF),研究水凝物控制变量的雷达资料同化对台风分析预报的影响。研究表明：雷达径向速度的直接同化有效地改进了模式初始场中台风涡旋区的中小尺度信息,分析场中产生了气旋性的风场增量,对模式背景场中的台风有显著增强作用。通过在传统控制变量中扩展针对水凝物的控制变量可有效地同化雷达反射率因子资料,对初始场的水物质进行调整,并对随后确定性预报的台风路径和强度都有一定的正效果。此外,相比没有水凝物控制变量的雷达同化试验,加入了水凝物控制变量的雷达资料同化试验降水预报效果更好。这为将我国近海的地基多普勒天气雷达用于台风初始化分析和预报提供了一定的技术支撑和保障。