直升飞机自然积冰试验方案设计与实例应用

针对直升机自然积冰试飞,结合直升机飞行特性,分析了不同气象条件下试验飞行路线确定原则。利用模式预报和实况监测产品,设计了直升机积冰试验飞行方案,并在2018年3月新疆乌鲁木齐外场试验中进行了应用和检验。结果表明,直升机自然积冰试验飞行方案的确定原则需要充分考虑直升机的飞行特性。在层状云中进行自然积冰试飞,根据积冰区相对云区位置,考虑从云底或云顶进入积冰区的原则。建立了飞机积冰飞行方案设计流程。利用积冰潜势预报系统提前72 h开展概率预报,利用云降水显式预报系统提前24 h开展云条件预报,利用卫星雷达探空等观测资料提前3 h开展积冰条件监测预警。预报和监测结果显示,计划试验当天云的宏微观条件较为理想,符合飞机积冰形成的条件。针对此云层设计了采取云底进入探测区和云底退出的规避方式,在云中采用多次往返爬升和平飞寻找过冷水区以完成积冰探测。实际飞行也采用了云底入云并云中探测到了积冰和过冷水,是一次比较成功的飞机积冰航线设计和应用实例。     

不同海况下六种湍流通量参数化方案的对比分析

利用前人给出的表面波浪动力试验中的部分观测资料,通过六种不同的湍流通量参数化方案,分别计算了不同海面波浪状况所对应的摩擦速度。结果表明:海面状况对计算结果有显著影响,六种参数化方案计算的摩擦速度相对涡动相关法(EC)直接测量值的偏差纯风浪海面状况下,较交叉涌浪或反向涌浪海面状况时小得多。并且在纯风浪海面状况下,当近海层大气处于不稳定层结时,Dyer74方案计算的摩擦速度相对EC直接测量值的归一化误差最小,仅为8.47%,能够较好的估计近海层摩擦速度。在稳定层结条件下,当整体Richardson数小于0.1时,除Businger71方案外,其它五种方案的计算误差接近且较小。     

WRF模式物理参数化方案对一次局地大暴雨预报的影响研究

基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其3Dvar(3-Dimentional Variational)资料同化系统,采用36、12、4 km嵌套网格进行快速更新循环同化和不同的微物理及积云对流参数化方案对比试验,对2011年5月8日鲁中一次局地大暴雨过程进行了研究。结果表明,快速更新循环同化地面观测资料是影响模式降水落区预报准确性的关键因素,不同的微物理和积云对流参数化方案主要影响降水强度预报。采用不同的微物理参数化方案和积云对流参数化方案进行降水预报对比试验表明,LIN方案和WSM6(WRF Single-Moment 6-class)微物理参数化方案对降水预报均较好,LIN方案降水预报较WSM6方案略强。4 km网格预报使用K-F (Kain-Fritsch)积云对流参数化方案或不使用积云对流参数化方案,预报的降水均较好。4 km网格使用旧的K-F积云对流参数化方案,预报的近地层大气风场偏弱,导致大气动力抬升作用偏弱,从而造成模式降水预报偏弱。     

Evaluation of Two Initialization Schemes for Simulating the Rapid Intensification of Typhoon Lekima(2019)

Two different initialization schemes for tropical cyclone(TC) prediction in numerical models are evaluated based on a case study of Typhoon Lekima(2019). The first is a dynamical initialization(DI) scheme where the axisymmetric TC vortex in the initial conditions is spun up through the 6-h cycle runs before the initial forecast time. The second scheme is a bogussing scheme where the analysis TC vortex is replaced by a synthetic Rankine vortex. Results show that although both initialization schemes can help improve the simulated rapid intensification(RI) of Lekima, the simulation employing the DI scheme(DIS) reproduces better the RI onset and intensification rate than that employing the bogussing scheme(BOG).Further analyses show the cycle runs of DI help establish a realistic TC structure with stronger secondary circulation than those in the control run and BOG, leading to fast vortex spinup and contraction of the radius of maximum wind(RMW).The resultant strong inner-core primary circulation favors precession of the midlevel vortex under the moderate vertical wind shear(VWS) and thus helps vortex alignment, contributing to an earlier RI onset. Afterwards, the decreased vertical shear and the stronger convection inside the RMW support the persistent RI of Lekima in DIS. In contrast, the reduced VWS is not well captured and the inner-core convection is weaker and resides farther away from the TC center in BOG,leading to slower intensification. The results imply that the DI effectively improves the prediction of the inner-core process,which is crucial to the RI forecast.     

线性与非线性发展方程计算稳定性的比较分析

针对性与非线性发展方程的几种差分格式，以一维线性和非线性平流方程为例，对线性与非线笥发展方程差分格式的计算稳定性进行了比较分析，揭示了差分格式结构和初值形式与计算稳定性的关系。理论分析和数值试验证明，线性与非线性发展方程差分格式的计算稳定性在本质上是完全不同的。     

Improving multi-model ensemble probabilistic prediction of Yangtze River valley summer rainfall

Seasonal prediction of summer rainfall over the Yangtze River valley(YRV) is valuable for agricultural and industrial production and freshwater resource management in China, but remains a major challenge. Earlier multi-model ensemble(MME) prediction schemes for summer rainfall over China focus on single-value prediction, which cannot provide the necessary uncertainty information, while commonly-used ensemble schemes for probability density function(PDF) prediction are not adapted to YRV summer rainfall prediction. In the present study, an MME PDF prediction scheme is proposed based on the ENSEMBLES hindcasts. It is similar to the earlier Bayesian ensemble prediction scheme, but with optimization of ensemble members and a revision of the variance modeling of the likelihood function. The optimized ensemble members are regressed YRV summer rainfall with factors selected from model outputs of synchronous 500-h Pa geopotential height as predictors. The revised variance modeling of the likelihood function is a simple linear regression with ensemble spread as the predictor. The cross-validation skill of 1960–2002 YRV summer rainfall prediction shows that the new scheme produces a skillful PDF prediction, and is much better-calibrated, sharper, and more accurate than the earlier Bayesian ensemble and raw ensemble.     

一个简化的混合相云降水显式方案

该文提出一个新的混合相云降水显式方案,它预报2个云物理量,即云水（冷区为过冷云水）和降水（冷区为冰雪,暖区为雨）,考虑了7种云物理过程。文中给出了详细的方程组,可以作为一个子程序供大、中尺度天气模式使用。该方案还与详细微物理显式方案和暖云方案作了实例模拟比较。     

根系吸水过程参数化方案对青藏高原陆面过程模拟的影响研究

根系吸水过程对地表能量平衡和水循环起着重要作用，目前不同的根系吸水过程参数化方案对青藏高原陆面过程模拟的影响尚不明确，探讨相关参数化方案的影响，可以为今后建立陆面过程模式根系参数化方案提供参考。本文利用2010年6月1日至9月30日青藏高原玛曲站的观测资料作为大气强迫资料，驱动BCC_AVIM模式（北京气候中心陆面模式）引入不同的根系吸水过程参数化方案，对玛曲站2010年6月1日至9月30日时段感热通量、潜热通量、土壤温度、土壤含水量等要素进行数值模拟，分析根系吸水过程参数化方案对青藏高原地区陆面过程的影响。模式中有关根系吸水过程的参数化方案主要分为根分布模型和土壤水分对根系有效性函数两类，根分布模型用Jackson方案、Schenk方案替换，土壤水分对根系有效性函数用Li方案、LSM1.0方案、CLM4.5方案替换。对比结果表明:不同的根系吸水过程参数化方案对土壤温度、土壤含水量的模拟影响较小，对感热通量、潜热通量模拟影响较大，尤其对冠层蒸腾量模拟差异显著，相关参数化方案的变动直接影响冠层蒸腾量。两类方案模拟的差异受降水的影响，在多雨期，根分布对比方案与原模式方案模拟的感热、潜热通量间存在较大差异；在少雨期，土壤水分对根系有效性函数对比方案与原模式方案模拟的感热、潜热通量间存在较大差异。     

利用次网格技术模拟华东地区大气硫氮沉降

采用数值模拟方法,在区域酸性沉降模式系统中引入次网格处理技术。通过4种次网格方案模拟结果的相互比较,选择最优方案,然后利用最优次网格方案,选取华东地区为例,进一步模拟研究大气硫氮沉降的空间分布。结果表明,就干沉积速率而言,以细网格方案(水平分辨率25 km)为参照,采用次网格方案比粗网格方案(水平分辨率75 km)有明显改进,其中“次网格风速与摩擦速度之积为常数”为最优次网格方案。华东地区硫的年总沉降量是1.92 mt(1 mt=106ton),氮的年总沉降量是0.65mt。华东地区硫化物(SO2、硫酸盐SO42-)干沉降量占总沉降量的49%,氮化物(NO、NO2、硝酸盐NO3-)干沉降量占总沉降量的80%,可见干沉降在大气沉降中具有重要地位。华东地区总的大气硫、氮沉降量中,70%以上到达有植被覆盖的土壤生态系统,这将对农田、草地和森林的硫素和氮素平衡有重要影响。此外,华东部分地区的硫沉降已经超过了临界负荷,而氮沉降尚未出现超临界负荷的现象。     

一种数值积分方案用于球函数分析的试验

针对半球月平均位势高度场球函数分析的实际问题,分析比较了吴新元提出的数值积分公式与常用的梯形积分公式、辛卜生积分公式在标准化缔合勒让德函数^↑Pm^m＋2k模、交角计算中的误差。结果表明：对m=0,1,吴新元数值积分公式的^↑Pm^m＋2k模、交角计算精度明显高于常用的两种积分公式;对m≥2,吴新元数值积分公式的精度虽低于梯形积分公式,但其模、交角误差低于10^-4、2×10^-3°。由于半球月平均位势高度场球函数方差谱具有低维、低阶的基本特征,故用吴新元数值积分公式替代常用积分公式可明显提高月平均位势高度场球函数分析精度。