THE EFFECTIVENESS OF GENETIC ALGORITHM IN CAPTURING CONDITIONAL NONLINEAR OPTIMAL PERTURBATION WITH PARAMETERIZATION “ON-OFF” SWITCHES INCLUDED BY A MODEL

In the typhoon adaptive observation based on conditional nonlinear optimal perturbation (CNOP), the ‘on-off’ switch caused by moist physical parameterization in prediction models prevents the conventional adjoint method from providing correct gradient during the optimization process. To address this problem, the capture of CNOP, when the “on-off” switches are included in models, is treated as non-smooth optimization in this study, and the genetic algorithm (GA) is introduced. After detailed algorithm procedures are formulated using an idealized model with parameterization “on-off” switches in the forcing term, the impacts of “on-off” switches on the capture of CNOP are analyzed, and three numerical experiments are conducted to check the effectiveness of GA in capturing CNOP and to analyze the impacts of different initial populations on the optimization result. The result shows that GA is competent for the capture of CNOP in the context of the idealized model with parameterization ‘on-off’ switches in this study. Finally, the advantages and disadvantages of GA in capturing CNOP are analyzed in detail.     

干冷空气侵入在2005年12月山东半岛持续性降雪中的作用

利用常规资料和NCEP再分析资料分析了2005年12月山东半岛持续强降雪事件发生的环流背景及干冷空气活动特征,并运用湿位涡和锋生理论,研究了干冷空气在降雪事件中的作用.分析表明:低层湿度场的演变可以很好地反映山东半岛地区降雪的变化,但降雪事件与高层干冷空气紧密相连.对流层高层高位涡区与相对湿度小值区相对应,干空气主要来源于北侧(高纬度)对流层高层.高位涡区与低湿区都向下向南伸展,与低层MPV1<0的湿对称不稳定区对应.强降雪是低层饱和湿空气受地形强迫、锋生强迫的抬升作用及湿对称不稳定能量释放的共同作用造成的,而干冷空气的侵入是锋生和不稳定能量释放的触发机制.     

2015年5月18—19日江西南部区域性暴雨天气过程成因

利用常规气象观测资料及NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料,对2015年5月18—19日发生在江西南部的区域性大暴雨天气过程的雨情及影响系统进行了分析。结果表明,中高纬度地区东北冷涡东移南调,引导其南侧高空槽东移,并引发弱冷空气南下;副热带高压偏强且维持在18°N附近。弱冷空气与副热带高压北侧西南急流持续交汇有利于江西南部地区出现大暴雨的稳定环流型。副热带高压西北侧旺盛的水汽输送及辐合在江西南部的维持为大暴雨的发生提供了充足的水汽条件。多尺度系统相互作用导致江西南部的东北部局地较强的静止锋锋生作用是此次大暴雨天气过程发生的主要天气学成因。     

2012年初夏滇中首场暴雨过程诊断分析

利用地面加密观测资料、多普勒天气雷达回波强度、卫星云图TBB资料和NCEP 1°×1°分析资料,应用滤波和广义位涡理论, 对2012年6月1—2日云南省中部的首场切变冷锋型暴雨天气过程进行诊断分析。结果表明:中尺度天气系统是该次暴雨产生的直接原因, 强降水均发生在云顶亮温等值线梯度较大一侧,回波强度空间分布不均匀,回波发展高度较低,但回波结构致密,低质心,以液态降水粒子为主,因此降水分布不均匀,但降水效率高;水汽源地为孟加拉湾;低层水汽通量辐合带与冷锋、切变线、中尺度辐合线以及β中尺度低涡位置有较好的对应关系;700 hPa,850 hPa水汽通量强辐合区中心位置叠加时,其所在区域地面降水增强;强降水区域上空中低层广义湿位涡的正异常现象体现了降水区中低层高水汽集中特征;单站上空低层的广义湿位涡正异常增加时,地面降水强度增加,反之减小;800 hPa广义湿位涡正异常区对地面降水分布有一定指示作用,但暴雨中心与广义湿位涡强中心并不完全重合。     

浙江2011-01—20强降雪过程降雪带南压成因的诊断分析

利用自动站、Micaps、雷达风廓线等资料和6h间隔的NCEP1°×1°再分析资料,对浙江2011年1月20日强降雪过程中降雪带南压的成因进行了诊断分析。结果表明：高空槽、中低县切变配合近地面的冷空气渗透影响是强降雪发生的有利天气尺度背景;强降雪发生在低空西南急流左侧水汽通量散度的辐合区内,且低空西南急流的南压领先于降...     

2015年梅雨期长江下游地区两次暴雨天气过程的成因对比分析

利用基本气象站观测资料、ECMWF ERA资料和NCEP FNL资料,通过对强降雨时刻的多种物理量场诊断,分析了2015年梅雨期发生在江苏省沿江地区的6月16—17日和27—29日两次大暴雨的形成原因。结果表明,两次大暴雨过程均发生在西太平洋副热带高压稳定维持、西南气流强盛、高层有冷空气不断入侵的大环流背景下,受中低层江淮切变线和西南急流共同影响,冷暖空气一直在沿江一带交汇,造成沿江地区持续强降水过程。两次大暴雨发生时32°N附近梅雨锋很明显,锋面随着高度的升高向北侧冷区倾斜,强降水主要位于梅雨锋南侧的暖区内。该侧700 hPa高度层以下湿位涡为负值表明大气为对流不稳定,且随着降水的发生,中层有弱冷空气入侵,使得大气的对流不稳定性进一步加强。强的降水区主要位于低空急流的左侧和高空急流的入口区右侧,高低空急流的这种配置带来了风场高层辐散、低层辐合,有利于垂直上升运动加强。同时低层暖平流和中高层正的相对涡度平流交汇于32°N附近,也有利于暴雨区的上升运动加强。暴雨区与850 hPa水汽通量散度负值中心相吻合,表明低层西南急流为暴雨区源源不断地提供水汽。     

MOIST POTENTIAL VORTICITY DIAGNOSIS OF A MEIYU FRONTAL HEAVY RAIN PROCESS SIMULATION DURING SUMMER,1991

In this paper,the heavy rain process from June 30 to July 2,1991,has been simulated by MM4.and three-dimensional moist potential vorticity distribution of the simulation results has beencalculated.It is shown that moist potential vorticity is an important physical variable to reveal heavyrain structure and dynamic mechanisms.Negative moist potential vorticity corresponds to the Meiyufront-wind shear line system and the negative center corresponds to the heavy rain center.Negativemoist potential vorticity mainly attributes to the effects of meridional baroclinic term and convectiveunstable term.The former is favourable to the maintenance of zonal precipitation and the latter is themechanism of the heavy rain center propagating along the rain belt.The heavy rain is contributed bythe cooperative effects of conditional convective instability,baroclinic instability and upper air inertialinstability.     

大兴安岭地区的一次暴雪天气诊断分析

利用常规观测资料、FY-2气象卫星水汽云图、多普勒雷达资料、NCEP(1°×1°)逐6h再分析资料对2016年11月13—14日东北冷涡背景下的大兴安岭地区暴雪天气过程进行分析。结果表明:高空冷涡后部横槽南摆,使干冷空气南下以及冷涡前部西南低空急流北上且辐合急剧加强为暴雪天气提供了非常有利的环流背景;≥20m·s-1的西南低空急流作为水汽输送带,为暴雪区提供了充足的水汽来源;垂直上升运动中心和散度辐合辐散中心基本耦合且加强,为暴雪提供了强有利的动力抬升条件,有利于上升运动的增强发展;暴雪是发生在条件对称不稳定的(湿位涡MPV2<0)的背景下,暴雪中心位于MPV2等值线密集带以及MPV2绝对值得到较大增长的区域。水汽图像上有表征干侵入特征的干缝、斧形暗区等;雷达回波显示低层东南风急流非常显著,低层强烈发展的东南暖湿气流与东北—西南走向的大兴安岭山脉相垂直时,地形强迫抬升不仅使迎风坡的垂直上升运动迅速加强,而且使低层水汽辐合得到加强和维持为暴雪提供了充足的水汽,这也是暴雪主要集中在大兴安岭东麓的重要因素。     

地形、冷池出流和暖湿空气相互作用造成北京一次局地强降水的观测分析

利用地面和探空常规探测资料、多普勒天气雷达以及风廓线雷达资料,对2015年8月7日发生于北京的一次伴随有闪电和冰雹的突发性局地强降水过程的成因进行了分析。结果表明:这次过程发生在强层结不稳定环境中,对流层中层低槽配合低层切变线,促进河北西北部对流发展,并向东南方向移动,形成北京西北部短时强降水;北京中部地区强降水的直接制造者则是新生的局地性雷暴单体,由雷暴冷池出流和暖湿空气在边界层交绥和辐合所触发。北京西北部地形促使冷池出流下山速度加快、冷池出流高度抬高,以及偏东暖湿气流的辐合抬升作用,则是局地雷暴新生的重要影响因子。