"98·7"武汉暴雨模拟中的三维变分资料同化研究

1998年7月20～21日,在湖北省武汉市发生了一场特大暴雨,24h降水量达286mm.利用一个三维变分资料同化系统及常规探空和地面观测资料,对这次特大暴雨进行了同化模拟研究.该系统有效地同化了温、湿、风观测资料,所得最优分析结果十分有利于强降水的产生.与第五代PSU/NCAR中尺度模式的控制试验模拟的24h2.5mm的降水量相比,新方案模拟的24h降水量达109mm,而且模拟的降水落区和降水起始时间也都有较大的改进.     

"98·7"特大暴雨降水资料的四维变分同化研究

1998年7月21日00UTC～22日00UTC,湖北省的武汉-黄石地区发生了特大暴雨,其中黄石市24 h降水量达276 mm.文中应用四维变分资料同化方法,研究了初值对这次暴雨过程数值模拟的影响.通过对6 h同化窗口内339个站点逐小时观测降水的变分同化,MM5伴随模式得到了一个与模式相协调并且在热力和动力上都接近于自然强降水发生的初始场,使用该初始场模拟的武汉-黄石地区的24 h降水量超过了220 mm.在同化降水观测资料的同时加入了湿度观测资料后,在一定程度上约束了模式的水汽场,防止了同化窗口内模式初始场越过最佳逼近,从而使降水模拟的TS评分得到进一步提高.     

观测资料同化与有限区模式初期降水预报

选取1991年7月3日至4日出现在我国江淮流域的梅雨暴雨天气过程,针对有限区模式降水预报中“旋转加强”问题,试验2种初值化方法即牛顿连续松弛逼近技术和降水-湿度场调整方案来改进模式的初期降水预报。试验结果表明：(1) 用湿度场调整方案同化观测降水资料,使同化时段降水区的中低层低压系统明显加强,所形成的初值具有较好的中尺度信息;但该方案会出现观测值与模式不协调引起的虚假小扰动。(2) 用牛顿连续松弛逼近技术同化业务观测系统的速度场和温度场资料,所形成的初值场形成了大尺度特征,同时对应江淮雨带的中低层低压系统加强,所形成的初值能够具有一定的中尺度信息。(3) 因此两者结合得到了最好的预报效果。对于梅雨天气过程,牛顿连续松弛逼近技术更有效。     

ATMS卫星资料偏差订正方法研究

ATMS是继AMSUA/MHS之后新一代微波垂直探测仪,其空间分辨率和湿度探测通道数均有较大提升。对于新一代垂直探测仪资料同化应用,资料偏差订正尤为关键。研究了NPP卫星搭载的新一代微波探测仪(ATMS)资料偏差订正问题。根据ATMS资料特点,以欧洲中期天气预报中心(ECMWF)原全球TIROS大气垂直探测仪(TOVS)资料离线偏差订正经验方法为基础,在WRFDA框架下,对数值预报起主要作用的10个ATMS通道亮温进行偏差订正。统计结果表明:1扫描偏差具有纬度依赖性,各通道不同纬度带和各扫描位置表现出不同特征;2通过对比偏差订正前后观测残差概率密度分布特征,获得订正结果是合理的。偏差订正后的ATMS观测残差概率分布更接近于均值为0的高斯分布;3经过偏差订正后,大多通道观测残差标准差有所降低,个别湿度通道减小幅度不大,特别是19通道还有增大的现象。     

基于MICPAS实况资料的两次暴雨过程对比分析中的短时预报技巧

选取2012年7月21~22日、7月28~29日两次天津暴雨过程的micaps等实况资料做分析,得出结论,提出今后要更好地做好暴雨的局地临近订正预报,应在掌握大尺度环流背景的基础上,注重分析对暴雨有重要作用的物理量的分布情况,以提高预报精确率。     

同化QuikSCAT资料对台风Vongfong(2002)数值模拟的影响

利用四维同化技术和中尺度数值模式MM5相结合对南海台风Vongfong(2002)的登陆过程进行了模拟,分析表明:同化Qu ikScat资料主要能使模拟的台风移动路径与实况更为接近。而台风的强度变化、降水量和降水分布的模拟与对流参数化方案有密切的关系,其中以Betts-M iller湿对流调整型方案最为合适。HFT试验模拟的台风路径、强度变化、暴雨分布和降水强度与实况一致。且试验结果较好地重现了Vongfong的一些异常特征,如路径突然折向北、移速先慢后快、近海强度加强、降雨量大、强暴雨中心落在台风西北侧等。利用非常规资料改善模式初始场,有逼真的物理过程,可以提高对台风登陆过程的预报。     

掩星折射率和弯角同化对台风预报影响的对比

为研究无线电掩星探测(GPS RO)弯角和折射率同化对数值预报的影响,以2012年17号台风"杰拉华"为例,利用美国国家环境预报中心(NCEP)的业务同化系统(GSI),以NCEP预报场资料为初始场,分别使用一维弯角观测算子和一维折射率观测算子同化弯角和折射率数据,并与观测数据对比,分析比较了同化掩星弯角和折射率资料对台风路径、强度及大气状态变量的影响。结果表明,在完成掩星弯角和折射率资料同化后,台风路径的预报水平得到明显改进,其中同化弯角资料可以使路径误差减少32%,而同化折射率资料只能减少13%,同化2种掩星资料对台风强度预报也有一定的影响,其中同化弯角资料后在前2天预报的台风中心气压更接近于实际情况,而同化折射率资料对预报有负影响。     

模式初始场信息对江淮暴雨预报的影响

为了研究2003年7月3、4日发生在江淮地区暴雨过程的发生发展机制,揭示AREM对初始场的敏感性,采用1°×1°的NCEP资料对这次暴雨过程的环流形势进行了分析,利用AREM模式对暴雨过程进行了控制试验和初值敏感性试验.采用9点平滑对初始场进行处理,平滑后预报与控制预报的对比结果表明:初始场的信息对降水预报精度有着很大的影响.模式24 h的降水预报对初始的湿度场最敏感,对初始风场和温度场较敏感,对初始位势高度场不敏感;相对于高层来说,对低层风场、湿度场更为敏感.湿度场、温度场高低空配置对降水雨量和范围预报影响较大;对流层低层切变线的辐合作用,高低空急流配置及所维持的强上升运动,低层暖湿气流的水汽输送,是这次暴雨的发生发展的机制.     

二阶有限元浅水模式的伴随变分资料同化

应用二阶有限元浅水方程的伴随模式作资料同化场的数值试验,并利用极小化方法对具有随机扰动的初始场进行优化处理．通过该极小化算法,使所定义的目标函数达到最小,从而得到最优的气象要素初始场．数值试验结果表明：二阶有限元模式的变分资料同化对具有随机扰动的初始场的处理是很有效的．     

用新RIEMS模式研究陆面过程对暴雨的影响

对MM5模式中的MYE，MRF以及新引进的NB方案(E—ε—l边界层参数化)3种边界层参数化方案耦合了陆面过程模式BATS，形成新的RIEMS模式．用此模式及原MM5模式对2个江淮暴个例进行了数值模拟以考察陆面过程对暴雨模拟的影响，同时也分析了加入BATS后模式对形势场和有关气象场的影响．结果表明加了BATS后，模式在降水场，形势场，低空急流等方面均优于原MM5模式，表明陆面过程短期天气过程也有重要影响．     

长江中下游梅雨期热量和水汽收支研究

分别计算热量和水汽收支方程,得出1991年长江中下游梅雨期(5月18日至7月13日)降水区内面积平均的视热源Q_1和视水汽汇Q_2高度时间剖面图,由该图的垂直分布特征,可以看出梅雨期可分为三个降水时段,每个时段加热的强度和垂直分布形式互不相同,其中第三时段明显呈现典型对流性降水性质。其次对收支方程垂直积分,得出105—122°E,24—40°N区域第三时段内Q_1和Q_2高度-时间积分的水平分布图,两者水平分布形式比较一致,且与实际降水量分布较为吻合,说明加热场主要由凝结加热过程所致,同时也证实上述Q_1和Q_2的计算结果是可靠的。     

暴雨过程环境涡散场能量收支特征

选取伴有低空急流和不伴有低空急流的两个暴雨过程,分别应用涡散场能量收支方程,计算雨区面积—时间平均的能量收支各项量值,给出对流层上(400—100hPa)、中(700—400hPa)、下(1000—700hPa)各层次的涡旋场和散度场动能的源汇特征。了解到两类暴雨过程的散度场动能制造、转换和输送情况是完全相同的,主要差异反映在对流层中、下层的涡旋场动能收支方面,尤其是旋转风动能制造项,两者符号相反。     

南盘江流域暴雨过程的水汽分析

对南盘江流域暴雨过程的水汽条件进行了诊断分析．通过流场形势分析出南盘江流域暴雨的水汽主要来自于南海、孟加拉湾和流域当地．对一些暴雨个例进行的水汽通量散度的计算分析表明，南盘江流域的暴雨区一般都落在最大水汽通量辐合中心附近．对于一些扰动系统不太强的一般大雨、暴雨过程，不仅水汽通量辐合持续时间不长，而且强度不大；而对于大暴雨过程，则不但水汽通量辐合持续时间较长，而且强度也较大     

2011年7月中旬长江下游地区强降水期间低频环流延伸期预报试验

 用2011年5-7月逐日东亚地区850hPa经向风场资料建立主振荡预测模型(POP),对影响7月中旬长江下游地区强降水过程的主要低频经向风场(20-30d时间尺度)的时空变化进行10-30d延伸期独立预报试验。结果表明,在60次预测中提前20d预报的相关预报技巧在0.50以上,很好地预报了2011年7月18日长江下游特大暴雨过程对应的关键区20-30d时间尺度的低频经向风变化过程。