改进的物理过程参数化对台风路径数值预报的影响

文章介绍了国家气象中心的台风路径数值预报试验模式和新开发的改进物理过程参数化方案，对1992年的5个台风个例初步试验结果表明:改进物理过程参数化模式对台风路径和台风强度的预报比简单物理过程模式有明显提高，24 h和48 h台风中心位置预报误差分别为188 km和337 km，比原模式减小38 km和190 km；48 h台风中心气压与实况之差平均减小3 hPa。     

Melt Pond Scheme Parameter Estimation Using an Adjoint Model

Melt ponds significantly affect Arctic sea ice thermodynamic processes. The melt pond parameterization scheme in the Los Alamos sea ice model(CICE6.0) can predict the volume, area fraction(the ratio between melt pond area to sea ice area in a model grid), and depth of melt ponds. However, this scheme has some uncertain parameters that affect melt pond simulations. These parameters could be determined through a conventional parameter estimation method, which requires a large number of sensitivity simulations. The adjoint model can calculate the parameter sensitivity efficiently. In the present research, an adjoint model was developed for the CESM(Community Earth System Model) melt pond scheme. A melt pond parameter estimation algorithm was then developed based on the CICE6.0 sea ice model, melt pond adjoint model,and L-BFGS(Limited-memory Broyden-Fletcher-Goldfard-Shanno) minimization algorithm. The parameter estimation algorithm was verified under idealized conditions. By using MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)melt pond fraction observation as a constraint and the developed parameter estimation algorithm, the melt pond aspect ratio parameter in CESM scheme, which is defined as the ratio between pond depth and pond area fraction, was estimated every eight days during summertime for two different regions in the Arctic. One region was covered by multi-year ice(MYI) and the other by first-year ice(FYI). The estimated parameter was then used in simulations and the results show that:(1) the estimated parameter varies over time and is quite different for MYI and FYI;(2) the estimated parameter improved the simulation of the melt pond fraction.     

云粒子谱演化研究中的一些问题

简略介绍了描述云中水凝物粒子群尺度谱演变的方法：谱函数方法和分档方法,并给出了分档模式实例。讨论了谱参数本身以及在应用中应注意的问题。分析了两类方法的对比研究的结果指出,一些重要的云降水物理过程,如粒子类型间的转化,涉及粒子运动状态和人工播撒的效应等过程,应当用分档方法来处理。     

随机物理倾向扰动在风暴尺度集合预报中的影响研究

为深入探究随机物理倾向扰动（Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT）方案在风暴尺度集合预报中的影响,基于WRF模式利用FNL资料对SPPT方案中的3个参量分别进行敏感性试验,得到SPPT方案的最佳参数配置,并在此基础上分析SPPT方案模拟的降水分布特征。结果表明:SPPT方案敏感性试验中,去相关时间选择6 h时构造的集合成员可信度更高,逐时降水评分效果在积分中后期较高,对于暴雨及以上量级的评分技巧最优;造成降水主要天气系统的维持时间对该变量的选取有较大的影响。去相关空间尺度选择100 km的集合试验更为可靠,对降水预报技巧较高;同时该变量的选取与天气过程中的大尺度信息、中小尺度系统的活跃以及模式的空间分辨率有密切联系。通过对离散度和离群值分析认为扰动振幅选择0.525最为合理。SPPT方案集合成员在局部地区可以较大幅度地改变降水量,对降水落区的准确模拟存在一定的局限性。      

陆面气象要素非均匀分布对模式计算的影响及其参数化初步探讨

为改进陆面过程的参数化，初步探讨了模式中陆面气象要素次网格尺度不均匀性分布对模拟计算结果的影响。应用平均化方法初步探讨陆面过程的参数化，并分析了气象要素次网格尺度不均匀性分布对计算结果的影响特征。结果表明，次网格尺度不均匀性分布对模式的计算结果会产生一定的偏差，可用平均化方法对陆面过程次网格尺度不均匀性分布进行初步参数化。     

不同物理过程参数化对模式台风的影响及其动力结构的研究

文章介绍了国家气象中心的台风路径数值预报模式（以下简称台风模式）,在不同物理过程参数化下的数值试验及其结果的诊断分析。对1992年第10号热带气旋和1996年第8号热带气旋个例的数值试验结果表明,该模式能较好地预报热带气旋移动路径和登陆地点,且考虑复杂物理过程的台风模式较简单过程的模式能更好地描述热带气旋中心附近高低层的热力状况。研究还发现,500或700 hPa湿位涡第一项MPV1负值中心的绝对值大小的变化可反映热带气旋的强弱;且850 hPa上升运动最大中心的位置对未来6～12 h热带气旋的移向有较好     

气候模式中积雪覆盖率参数化方案的对比研究

利用基于NCEP再分析的近地面气候资料驱动陆面过程模型NCAR CLM3,检验了6种积雪覆盖率参数化方案(CLM3、Douville1995、Roesch2001、Wu2004、Yang1997、Niu2007)模拟的积雪覆盖率的季节变化,并与NOAA AVHRR得到的观测结果进行了对比分析.结果表明,在NCARCLM3的物理过程框架之下,CLM3、Douville1995、Roesch2001三种方案低估了广大地区的积雪覆盖率,模拟的雪线位置偏北,尤其是在秋季积雪初期;Wu2004方案低估了秋季欧亚大陆的积雪覆盖率;Yang1997方案模拟的积雪覆盖率有些偏高,尤其是在积雪覆盖区的南部边缘;考虑积雪密度变化的Niu2007方案一定程度上克服了Yang1997方案的正偏差.春季末期,6种方案模拟的雪线位置都偏北.在地形比较平缓的地区,Niu2007方案的整体效果最好.观测和模拟的积雪覆盖率的出现频数大部分集中在低(小于0.2)和高(大于0.8)覆盖率等级,中等覆盖率所占比例很少.     

GRAPES全球集合预报系统不同随机物理扰动方案影响分析

为了更好地理解不同随机物理扰动方案对全球中期集合预报的影响差异,本研究基于GRAPES全球集合预报系统(GRAPES-GEPS)对比分析了随机物理倾向扰动(Stochastically Perturbed Parameterization Tendencies,SPPT)、随机动能补偿(Stochastic Kinetic Energy Backscatter,SKEB)及联合使用SPPT与SKEB三种模式扰动方案所产生的扰动特征及其对集合预报的影响。为避免初值扰动影响,考察随机物理方案所产生的扰动特征时,不使用初值扰动。通过扰动与误差相关性分析(PECA)发现,不同随机物理扰动方案所产生的扰动对预报误差均具有一定的描述能力,而且联合使用SPPT与SKEB方案时,扰动对误差的描述能力最好。对所有扰动方案来说,扰动总能量最初主要集中在热带地区对流层中高层以及平流层低层。随着预报时效的延长,扰动总能量不断增大,其大值区不断向热带外地区转移。从扰动总能量的谱结构来看,扰动能量均呈现升尺度发展的特征。在基于奇异向量初值扰动的GRAPES-GEPS中,随机物理扰动方案的使用均能够显著增加不同地区...     

敦煌荒漠戈壁地区裸土地表反照率参数化研究

利用敦煌站观测资料,选取其中观测资料完整且连续性好的7个年份每年5～10月的地表净辐射四分量和土壤湿度资料,分析研究了敦煌荒漠戈壁地区裸土地表反照率与太阳高度角和表层土壤含水量之间的关系,结果表明:地表反照率与太阳高度角呈e指数关系,随太阳高度角的增大而减小,当太阳高度角大于40°时,地表反照率趋于稳定。表层土壤含水量的增大可导致地表反照率的减小,地表反照率与5 cm深土壤湿度呈线性关系。另外,建立了敦煌荒漠戈壁地区裸土地表反照率与太阳高度角和表层土壤含水量之间的双因子参数化公式,提出了一种更加适合该地区的地表反照率参数方案,并且选取2002年6～9月的实测资料对拟合的参数化公式进行模拟验证。本文所提出的地表反照率参数化方案能够很好地再现该地区裸土地表反照率的“U”型日变化特征,可准确地模拟出地表反照率的动态变化趋势。基于此参数化方案计算得到的地表反射辐射与实测值基本一致。     

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。