Stratospheric Photolysis Frequencies: Impact of an Improved Numerical Solution of the Radiative Transfer Equation

Numerical schemes for the calculation of photolysis rates are usually employed in simulations of stratospheric chemistry. Here, we present an improvement of the treatment of the diffuse actinic flux in a widely used stratospheric photolysis scheme (Lary and Pyle, 1991). We discuss both the consequences of this improvement and the correction of an error present in earlier applications of this scheme on the calculation of stratospheric photolysis frequencies. The strongest impact of both changes to the scheme is for small solar zenith angles. The effect of the improved treatment of the diffuse flux is most pronounced in the lower stratosphere and in the troposphere. Overall, the change in the calculated photolysis frequencies in the region of interest in the stratosphere is below about 20%, although larger deviations are found for H₂O, O₂, NO, N₂O, and HCl.     

THE INSTABILITY OF TRAJECTORY AND ERROR GROWTH*

The purpose of this paper is to study the dynamical mechanism of error growth in the numerical weather prediction.The error is defined in the sense of generalized energy,simply called energy error.From the spectral form of the primitive equations,we have derived the evolution equations of error in detail.The analyses of these equations have shown that the error growth rate is determined by the tangent linear equations.The nonlinear advection caused by the error perturbation itself contributes nothing to the error growth rate,and only redistributes the error.Furthermore,an approach to calculation of the error growth rate has been developed,which can also be used to study the local instability of time-independent basic state as well as time-dependence basic state.This approach is applied to well-known Lorenz's system,and the results are indicative of the correctness and significance of the theoretical analyses.     

非线性系统在随机力作用下的响应

用矩方程的方法研究了非线性系统在随机激励下的响应，用牛顿迭代法得出该方程解的统计特性，列举了一些数值例子，指出在一定条件下的一些特殊现象。     

开封春季24h大风预报方法

利用开封1981-2000年3—5月的大风资料，依据冷空气路径，将大风分为东北型、西北型；选出预报因子，用逐步回归方法，对因子进行筛选，选出效果较好的预报因子建立方程。     

热带风压场平衡特征及其对GRAPES系统中同化预报的影响研究Ⅱ:动力与统计混合平衡约束方案的应用

研究I的结果表明:线性平衡方程(LBE)在热带地区不适用,而进一步改进方向是削弱LBE在该区域的约束程度。本文以此为基础,在GRAPES(global/regional assimilation and prediction system)全球变分同化系统中引入动力与统计混合平衡约束方案。新方案在逐层求解LBE的基础上增加垂直方向的线性回归,回归系数随纬度和高度变化。针对背景误差协方差的分析表明,新方案可以更好的保证独立分析变量间预报误差不相关的基本要求,并大幅度减小热带地区平衡气压预报误差方差的量值和占总方差的比例。单点试验结果表明,与LBE方案相比,新方案对中、高纬影响很小,但在热带地区成功实现了风、压场分析的解耦,两者分析更为独立。并且,虽未考虑具体波动模态,但新方案给出的风、压场协相关结构与研究I的理论分析结果相近。一个月的同化循环与预报结果表明,引入新方案后,赤道外地区的同化预报效果为中性偏正,而热带地区风场的同化预报效果显著提高,LBE方案中平流层低层的风场同化预报异常被基本消除。     

一种利用气象要素场时变信息确定其空间分布状态的方法及数值模拟研究

本文将藉观测资料所包含的时间演变信息来建立要素场空间结构的问题提成一个反问题，并利用共轭方程和最优控制技术把模式初值作为控制变量来求解这个反问题；希望对由于空间测站不足而得不到合理初始场的问题以及由于用共轭方程而引起大的计算量的问题获得解决的方法。文中利用了一个边界层动力模式及其共轭方程模式进行了数值试验，结果表明：在对计算做出简化处理及较合理的测站分布下，方法能够从大大少于模式自由度的观测资料中得出比较合理的要素场初值的空间结构。     

2018年5月江苏极端降水事件发生前副热带高压异常及原因分析

本文利用NCEP/NCAR提供的2.5°×2.5°全球再分析数据,以2018年5月江苏两次极端降水事件发生前副高异常变化为研究对象,根据全型涡度方程定量计算了凝结潜热分布不均引起的涡源对副高迅速演变的诱发作用。研究发现,120°E处500 hPa 5月第1候副高脊线多年平均位置位于16°N附近,而2018年同期120°E的脊线则位于19°N附近,呈明显偏北的状态。2018年5月第1候东亚500 hPa位势高度距平场表现出南高北低的形态,有利于我国华东地区成为暖湿空气和干冷空气的交汇区,构成了江苏5月两次极端降水过程的有利环流背景。与对流层中层环流异常对应的是,同期115°~125°E之间850 hPa上8 g·kg^-1等比湿线位于28°N附近,较多年气候态偏北15°,强降水区内同期850 hPa比湿较往年偏多2~4 g·kg^-1,相应距平百分率可达50%~75%。且110°~120°E之间θ_se的340 K等值线5月第1候多年气候态位于13°N以南,但2018年同期却偏北至25°N附近,暖湿气团北进有利于强降水的发生。副高西伸北抬前,副高主体西侧和北侧均有凝结潜热加热区存在,说明潜热加热与副高演变关系密切。垂直剖面表明600 hPa为凝结潜热加热中心,向上加热率随高度减小,因此500 hPa处潜热加热率垂直梯度为负,使得500 hPa成为负涡源所在。因凝结潜热分布不均产生的负涡源,1~2 d便可形成与副高自身十分接近的负涡度值,足以诱发副高突变,该时间尺度与副高真实演变时间相符。负涡源中与凝结潜热垂直分布不均相关的部分起主要作用,而与凝结潜热水平分布不均相关的部分同时期产生的负涡度最多仅为前者的1/3左右,对副高突然西伸的作用较小。与凝结潜热相关的负涡源作为引发西太平洋副高异变的可能原因,其与副高的关系仍需进一步研究。     

Discussion and Applications of Slab Models of the Convective Boundary Layer based on Turbulent Kinetic Energy Budget Parameterisations

Some of the most widely used slab model formulations for applications in the convective boundary layer are analysed and discussed. Three main classes are identified based on different approximations of the turbulent kinetic energy equation. The models appear to be quite insensitive to the initial values for boundary-layer height, and temperature discontinuity at the boundary-layer top. The slab models are applied to a case of sea-land transition from the literature, and a case of convective boundary layer time evolution over a homogeneous terrain at San Pietro Capofiume (Bologna, Italy). The different parameterisations turn out to be almost equivalent for the cases studied. The models generally underpredict the value for the height, while all give very good estimates for the mean mixed-layer temperature.     

欧拉方程中三个参数选取与雷达测定区域降水量的精度

通过数值模拟资料和实测资料探讨欧拉方程三个参数选取原则和物理意义，研究表明参数的选取和雷达测定区域降水量存在一定的关系。这一结果为使用变分法测定区域降水量精度的提高，提供了有益参考。     

超大规模大地网分区平差快速解算方法

针对超大规模大地网平差解算这一难题，首先按常规将大规模大地网分解成多个子网，并组成相应子网的误差方程和法方程，然后提出了用解算约化代替求逆约化的新算法，解算约化采用Cholesky分解法，计算过程中对联系误差方程进行压缩存储，并进行相应的有效算法。如此可大大节省大型大地网平差的计算时间，利用PentiumⅣ个人计算机即可解算全国范围的约5万个点(约18万个未知参数)的超大型大地网的整体平差问题，且计算时间只需3h左右。