变分同化框架通过背景误差协方差构建动力平衡约束的研究进展

通过背景误差协方差构建动力平衡约束是变分同化框架设计的重要环节。它不仅帮助实现变量间的协同分析,提高观测使用效率,还能改善变分极小化问题的性状。本文在系统梳理通过背景误差协方差引入动力平衡约束的方式、流程的基础上,对求解目前全球和有限区域变分同化系统普遍采用的准地转平衡和静力平衡约束的共性问题和存在的不足作了归纳总结。分析了求解准地转平衡约束的三类方案:动力平衡方程方案、统计方案和动力-统计相结合方案的优缺点。对照比较了不同垂直离散方案下求解静力平衡约束时遇到的欠定问题的表现以及解决途径。最后,展望了基于背景误差协方差构建动力平衡约束在赤道等特殊地区、高分辨率同化系统、以及集合-变分混合同化系统发展中面临的挑战和机遇。     

2013年宁波地区一次海风锋对雷暴过程影响分析及数值模拟

利用浙江省常规气象站观测资料、地面自动站加密资料、新一代多普勒天气雷达资料、NCEP GFS分析资料以及WRF中尺度模式,对2013年7月29日发生在宁波市地区的一个局地强雷暴天气过程进行了诊断分析和数值模拟。通过对天气环流和数值模拟结果的分析发现：本次强雷暴过程发生在较稳定的大气背景下,主要影响系统是中尺度辐合线海风锋;多普勒雷达出现弱窄带回波时,对应中尺度辐合线海风锋;海风锋向内陆推进时,对应站点温度降低、湿度增大。WRF模式能较好地模拟出此次雷暴过程以及宁波地区低层海风锋环流,高空回流随时间和空间的演变特征;海风锋的锋生造成的地转强迫促使次级环流加强,在东西风辐合线西侧有垂直上升运动出现;通过与敏感试验的对比可知,海陆热力差异是影响雷暴降水强度、海风锋水平垂直环流的重要因素。     

三亚湾海岸动力演变的数值模拟研究

近年来,海岸侵蚀呈现不断加剧的趋势,给沿海地区经济社会的发展造成了极大危害。关于三亚湾海岸侵蚀过程及其动力学研究多停留在定性或半定量阶段。从海岸动力地貌学角度出发,基于沉积物迁移理论,利用数值模拟方法,定量研究了三亚湾海岸在波浪和潮流作用下的动力演变过程。计算结果重现了海水波浪的传播形态及动态特征:涨潮时,波高极值相对较大,水位随之升高,波动现象明显,波动形态复杂;落潮时,波高极值相对减小,水位也随之降低,海面相对较平静,波形态在离岸区域较单一,仅在近岸区域相对多样化。同时,数值模拟结果也很好地显示了三亚湾岸线附近的沉积或侵蚀过程特征:三亚湾西段海洋动力条件较强,沉积或侵蚀现象明显,沉积/侵蚀能力由三亚湾西段逐渐向东段减小。此外,以海洋动力学机制为基础,定量模拟了三亚湾海岸侵蚀与演变物理过程,为该地区海岸开发利用、海岸环境保护提供科学依据。     

梨树断陷断陷期小宽断裂带构造应力场数值模拟

在小宽断裂带构造解析基础之上,根据地质资料以及前人提供的岩石物理学参数建立了梨树断陷区的二维地质和数值模型。进行了构造应力场数值模拟,分析了梨树断陷小宽断裂带断陷期小宽断裂带断陷期在沙河子期(K1sh)、营城期(K1yc)、登楼库期(K1d)的构造应力场特征。模拟结果显示：(1)沙河子期在左旋走滑应力状态下,小宽断裂带处于近NE—SW方向的拉张应力状态,剪应力在沿着断裂带SW—NE走向逐渐减小; (2)营城期在右旋走滑的应力状态下,小宽断裂带处于近NW—SE向的拉张力状态,剪应力最大值位于断裂带的最中间部位;(3)登楼库期在左旋走滑的应力状态下,断裂带处于SWW—NEE向的张拉应力状态,剪应力最大值位于断裂带西南段。     

山东增雨飞行安全气象条件预报方法介绍

介绍了影响飞机增雨飞行安全的积冰、颠簸、对流等不利气象条件的指数计算方法,及其对应的积冰、颠簸、对流发生强度等级标准。利用中尺度数值预报系统输出的温度、相对湿度、风场、过冷水含量等模式预报结果,制作了相关指数预报产品,并在飞机增雨天气保障业务中进行了应用。以2005年5月16—17日飞机增雨作业过程为例,简要分析了积冰指数等预报产品在安全飞行气象保障中的应用情况。     

抽水作用下先期断裂对地裂缝的影响研究

过度抽取地下水和先期存在的断裂构造是西安市地裂缝地质灾害发生的主要原因。作者首先从理论上分析了抽水情况下地裂缝形成的张拉破裂机制、剪切破裂机制和张剪复合破裂机制,并从结构面控制理论分析了先期断裂在地裂缝形成中的控制作用;然后依据比奥三维固结理论,采用FLAC软件建立了西安地裂缝的计算模型,比较了抽水作用时没有先期断裂和地层差异、有先期断裂而没有地层差异、有地层差异而无先期断裂等情况时的地面变形特征,得出抽水作用下,先期断裂对地裂缝的形成及发展具有诱导、隔离和放大的耦合作用,从而得出先期断裂不仅仅只是地裂缝形成的构造基础的结论。     

非饱和土三轴压缩应力路径试验的数值模拟研究

应力路径对土的强度和变形性质具有重要影响。相对于饱和土而言,控制吸力条件下的非饱和土三轴压缩状态的应力路径研究更加复杂。随着非饱和土本构理论的不断发展,理论和试验研究结果表明,非饱和土弹塑性本构模型可以用来近似地描述非饱和土的强度和变形性质。因而,运用非饱和土弹塑性本构模型对控制吸力条件下的3种非饱和土三轴压缩应力路径试验进行数值模拟是一种有效的理论研究手段。采用Barcelona模型能够对此类试验进行较好的数值模拟,其研究结果表明,在控制吸力条件的三轴压缩状态下应力路径对非饱和土的强度和变形性质具有重要影响。     

青藏高原东部地区降水的定量数值预报初探

运用LASGη坐标有限区域数值预报模式对青藏高原东部的川、渝两省市1988年的18次强降水过程进行了不同方式下的定量降水预报的数值模拟,并根据中国气象局制定的有关规定对模拟预报结果进行了评估.该区域地形复杂,天气系统多变,对数值预报模式有较高的要求,LASGη坐标模式以其比较完善的动力框架和物理过程处理方法获得了较好的预报结果,其对小雨、中雨、大雨预报的TS评分可超过主观预报的水平.     

盛夏苏北地区一次飑线过程的数值模拟研究

对一次盛夏苏北飑线过程采用区域三重嵌套WRF模式进行了数值模拟和结果分析,给出了飑线径向剖面的概念模型图。结果表明:模拟的飑线与实际飑线非常接近,两者具有相同的性质和特点,利用模拟的线状强降水带及其降水强度来确定模拟飑线的位置和强度是可行的。飑线成熟期,飑线处存在强辐合区、强垂直上升运动区以及假相当位温的高值区,三者均呈柱状向上伸展;飑线前方(飑线移动的方向),低层有位温高值的入流,为飑线带入大量水汽和能量,后方低层有浅薄入流;飑线过境时地面风向发生急剧变化;飑线中层位温值大致不变呈中性层结,这与对流凝结潜热释放有关。该飑线过程可大体看成是假绝热过程,并具有重力波的非平衡性质,其生成演变中存在多尺度的相互作用。