数字滤波初始化方案在高分辨率GRAPES区域模式中的应用研究

高分辨率同化系统中引入的高频率高密度观测信息会造成分析变量之间的不平衡,因而在模式积分中产生的虚假重力波会严重影响模式预报质量和运行稳定.为了抑制虚假重力波在模式中快速增长,文中通过在高分辨率GRAPES区域模式中应用非绝热数字滤波和增量数字滤波初始化方案,研究不同滤波截断周期的初始化方案对分析预报的影响.试验结果表明...     

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 schem...     

琼东南盆地深水区BSR带裂隙系统空间分布特征

为解决甲烷渗漏系统末端裂隙系统空间分布规律问题,基于南海北部深水区高分辨率三维地震数据,采用可视化与相干体技术描述似海底反射层分布区裂隙空间结构与分布特征,阐述了裂隙产生的地质成因类型,讨论了裂隙与其他类型输导体系对甲烷气成藏的关系。似海底反射层界面上部空间裂隙远少于下部空间的地质结构体,使水合物成藏过程中甲烷气供大于散,对研究水合物成藏和检测甲烷气的渗漏有普遍指示作用。根据裂隙的发育规模,研究区大致可以识别出短裂隙、长裂隙、裂隙束、裂隙群(组) 4种类型,它们对流体的渗漏能力依次增强,这些裂隙在地层中往往以多类型共存的方式,或与其他地质构造共同构成渗漏系统。这些结果和认识对完善深水盆地甲烷气渗漏系统水合物成藏模式及成藏机理有广泛意义。     

采用质点跟踪方法对物质输运方程平流项数值格式的改进

用数值模式对河口海岸地区的物质输运进行计算时,平流项的数值格式必须要能对物质浓度锋面进行正确处理,以避免产生过多的数值耗散或频散。本文中设计了一种在网格内设置一些质点并对质点进行跟踪的格式计算平流项。结果表明,质点跟踪格式在一维情形下无频散和几乎没有耗散,在二维情形下无频散和在水深变化剧烈的地方基本避免了垂向数值耗散。与其他数值格式的耗散性和频散性相比,本文中设计的数值格式明显地提高了物质输运方程中平流项的计算精度,在河口海洋物质输运的计算中具有较大的应用价值。     

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。     

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.     

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。