Behaviour of Coupled Modes in a Simple Nonlinear Air-Sea Interaction Model

Ｂｅｈａｖｉｏｕｒ　ｏｆ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｍｏｄｅｓ　ｉｎ　ａ　Ｓｉｍｐｌｅ　Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　Ａｉｒ－Ｓｅａ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ＭｏｄｅｌＬｉＣｈｏｎｇｙｉｎａｎｄＬｉａｏＱｉｎｇｈａｉ（ＬＡＳＧ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉ...     

2017年2月下旬浙江省一次冷锋引起的大风天气过程分析

利用常规地面气象观测资料和NCEP再分析资料,对2017年2月20—21日浙江省中西部地区的一次冷空气大风天气过程进行分析。结果表明：西伯利亚冷高压与东亚大槽共同作用形成的强气压梯度是此次大风天气过程的重要成因;高空槽槽后动量下传是此次区域性大风超出一般冷锋大风强度的关键因素;200 hPa高空西风急流入流区的辐合下沉运动与冷锋前的上升运动叠加形成的次级环流是此次大风天气出现的增强条件。     

夏季副热带中——中间尺度系统发展的一种机制

本文研究了夏季副热带中—中间尺度天气系统的发展问题,结果表明,在潮湿不稳定大气中,扰动与凝结释热之间的正反馈过程是系统初期发展的一种机制,非线性作用将抑制系统的无限发展,使之发展到一定强度后即处于稳定状态。     

GVAD技术及其在新一代天气雷达中的应用

天气雷达中VAD技术可求取雷达站上空水平风垂直廓线,梯度VAD技术(简称GVAD技术)为克服传统VAD技术受速度模糊影响较大而被提出。文中首先从理论上对GVAD技术进行模拟分析,再将其应用于新一代天气雷达实际探测的台风与大范围强降水速度模糊个例,分析其应用效果。理论模拟表明,GVAD技术较传统VAD技术可有效克服速度模糊对反演水平风垂直廓线的影响,加入的模拟噪声,也通过低通滤波方法有效抑制;在两次实际应用个例中,GVAD技术可较好克服速度模糊影响,但方位径向速度中的小波动或者噪声会在径向速度方位梯度中放大,尽管利用低通滤波进行了平滑,但其对反演水平风精度有较大影响,尤其影响水平风速反演精度,在个例中GVAD技术反演风速较传统VAD技术平均偏弱2~3m·s~(-1),模拟部分方位缺失并不影响GVAD技术的反演精度。需进一步研究减少新一代天气雷达径向速度资料中小波动或者噪声对GVAD技术应用影响的方法。     

极冰对南方涛动的影响

分析南、北极冰量与南方涛动序列作月、季和年尺度的变化过程线性相关关系，发现北极冰量与南方涛动指数是反相关关系，而南极冰量与南方涛动是正相关。比较而言，南极冰量与南方涛动的关系在月和季尺度上似乎较北极与大气的关系密切些。在各时间尺度序列中以太平洋地区南极极冰的影响表现最明显。分析发现极冰与南方涛动之间存在较复杂的非线性关系。在前期极冰的强信号寻找中，发现极冰与南方涛动在月序列的相关关系上存在周期变化现象。进一步选择相关极值的对应步长建立前期极冰状态激发大气变化的预测统计动力模式，模式对大气序列的解释方差可达０．９０以上。文中还进一步探讨了月序列存在的周期变化的共同因素的影响     

未来半个世纪江淮流域夏季降水变化趋势的数值模拟结果分析

基于政府间气候变化委员会(IPCC)排放情景特别报告(SRES)A2和B2温室气体排放方案下全球海气耦合模式模拟结果,分析了未来半个世纪中国江淮流域夏季降水变化趋势,发现江淮流域在经历21世纪开始10年降水偏多时期后,从2010年开始该地区将经历一段降水偏少的时期,在温室气体和SO2排放量较多的A2方案下,该时期将维持较长时间.这些地区夏季降水的减少与夏季西北太平洋副热带高压环流的减弱东撤有关,由此伴随这些地区夏季风和对流层中大气上升运动的减弱,而西北太平洋副热带高压环流的减弱东撤与北太平洋海表面南高北低的温度梯度的减小有关.     

条件非线性最优扰动方法在适应性观测研究中的初步应用

针对适应性观测中敏感性区域的确定问题,考虑初始误差对预报结果的影响, 比较了条件非线性最优扰动(CNOP)与第一线性奇异向量(FSV)在两个降水个例中的空间结构的差异,考察了它们总能量范数随时间发展演变的异同。结合敏感性试验的分析,揭示了预报结果对CNOP类型的初始误差的敏感性要大于对FSV类型的初始误差的敏感性,因而减少初值中CNOP类型误差的振幅比减少FSV类型的收益要大。这一结果表明可以把CNOP方法应用于适应性观测来识别大气的敏感区。关于将CNOP方法有效地应用于适应性观测所面临的挑战及需要采取的对策等也进行了讨论。     

Localized multi-scale energy and vorticity analysis: II. Finite-amplitude instability theory and validation

A novel localized finite-amplitude hydrodynamic stability analysis is established in a unified treatment for the study of real oceanic and atmospheric processes, which are in general highly nonlinear, and intermittent in space and time. We first re-state the classical definition using the multi-scale energy and vorticity analysis (MS-EVA) developed in Liang and Robinson [Liang, X.S., Robinson, A.R., 2005. Localized multiscale energy and vorticity analysis. I. Fundamentals. Dyn. Atmos. Oceans 38, 195–230], and then manipulate certain global operators to achieve the temporal and spatial localization. The key of the spatial localization is transfer-transport separation, which is made precise with the concept of perfect transfer, while relaxation of marginalization leads to the localization of time. In doing so the information of transfer lost in the averages is retrieved and an easy-to-use instability metric is obtained. The resulting metric is field-like (Eulerian), conceptually generalizing the classical formalism, a bulk notion over the whole system. In this framework, an instability has a structure, which is of particular use for open flow processes. We check the structure of baroclinic instability with the benchmark Eady model solution, and the Iceland–Faeroe Frontal (IFF) intrusion, a highly localized and nonlinear process occurring frequently in the region between Iceland and Faeroe Islands. A clear isolated baroclinic instability is identified around the intrusion, which is further found to be characterized by the transition from a spatially growing mode to a temporally growing mode. We also check the consistency of the MS-EVA dynamics with the barotropic Kuo model. An observation is that a local perturbation burst does not necessarily imply an instability: the perturbation energy could be transported from other processes occurring elsewhere. We find that our analysis yields a Kuo theorem-consistent mean–eddy interaction, which is not seen in a conventional Reynolds stress framework. Using the techniques of marginalization and localization, this work sets up an example for the generalization of certain geophysical fluid dynamics theories for more generic purposes.     

ENSO发展和衰亡阶段中非线性项的作用

利用哈得来中心海表温度（HadISST）和美国马里兰大学海洋同化（Simple Ocean Data Assimilation,SODA 2.2.4）数据集,分析了1979-2015年赤道太平洋地区海表温度异常的偏度特征;并通过诊断混合层热量收支平衡方程着重探讨了非线性项在不同类型ENSO发展衰亡过程中起的不同作用。研究结果表明,中部型厄尔尼诺和拉尼娜事件的偏度很弱,且符号相反、强度相当,而东部型厄尔尼诺的偏度为很强的正值,即ENSO的强度非对称性主要来自东部型厄尔尼诺的贡献,中部型厄尔尼诺和拉尼娜的海表温度异常呈现准对称特征。在ENSO事件的发展阶段,非线性项对东部型厄尔尼诺和拉尼娜均有很强的正贡献,而对中部型厄尔尼诺的正贡献相对较弱,这会促进东部型厄尔尼诺强度的增强而抑制拉尼娜振幅的发展,从而有利于ENSO强度非对称性的产生;在ENSO事件的衰亡阶段,非线性项对拉尼娜维持正贡献但强度大为减弱,对东部型厄尔尼诺和中部型厄尔尼诺的衰减则分别起促进和抑制作用,这可能是东部型厄尔尼诺衰减速度较快而中部型厄尔尼诺衰减速度较慢的重要原因之一。      

区域数值预报系统在北京地区的降水日变化预报偏差特征及成因分析

为了研究北京快速更新循环同化预报系统(BJ-RUCv2.0)在北京地区降水日变化的预报偏差特征及其成因,利用2012—2015年夏季BJ-RUCv2.0系统第2重区域(3 km分辨率)预报结果和北京地区122个自动气象站逐时观测数据以及观象台探空观测资料,分析模式对北京地区降水日变化预报偏差的区域性特征和传播特征,研究模式局地环流预报偏差特征及其对降水预报偏差的可能反馈机制。研究结果表明,BJ-RUCv2.0系统多个更新循环的预报在北京平原地区均存在夜间降水漏报问题,降水预报偏差表现为模式预报降水在西部山区降水偏多,预报降水雨带难以在平原地区增强发展,造成了模式降水在傍晚山区偏多而夜间平原地区降水明显偏少。通过分析模式局地环流预报偏差及其响应机制发现,由于白天平原地区近地层偏暖偏干,山区底层偏冷中层偏湿,造成了山区-平原地区间的温度梯度强度偏强且强温差出现时间提前,西部山区午后降水偏多;由于平原地区地面气温预报持续偏高,入夜后偏北风难以到达平原地区,造成了山区-平原间的地形辐合线位置偏北,影响山区降水雨带向平原地区移动,同时平原地区近地层内水汽持续偏低,抑制降水雨带在东移过程中的发展,造成模式在平原地区夜间降水预报容易出现漏报。模式冷启动所用的GFS资料土壤湿度在北京平原地区明显小于实际观测,是模式预报偏暖偏干的可能原因之一。