纬度依赖背景场误差协方差及其对台风同化和预报的影响研究

合理的背景场误差协方差矩阵是做好变分同化的关键。为进一步认识背景场误差协方差矩阵在中尺度预报中的作用,对背景场误差协方差中平衡关系的纬度依赖特征及其对中尺度同化及预报效果的影响进行了研究。为使得平衡关系既包含纬度依赖特征,又降低纬度依赖带来的非平衡的噪音信息,在背景场误差协方差矩阵构造的平衡变换过程中引入了递归滤波的方法,对平衡变换中的回归系数进行了滤波平滑。同化单点观测的理想试验表明纬度依赖的背景场误差协方差具有更合理的动力关系,且滤波后的背景场误差协方差既保持了纬度依赖特征且明显平滑了噪音信息。台风“莫拉克”同化数值模拟试验表明纬度依赖的背景场误差协方差明显提高了36 h及以上的中心海平面最低气压和路径预报的预报效果。      

太湖流域雷达雨量数据水平尺度的选取

由于雷达局部雨量位置存在误差,使得高分辨的雷达雨量数据在实际应用(如水文模拟)中效果不一定更好。因此,在空间邻域内而不是网格尺度上,分析雷达雨量数据与雨量站雨量数据的接近程度,选取合适的水平尺度可降低雷达雨量及其位置误差对水文模拟的影响,在改善雷达雨量数据的应用效果方面具有重要意义。采用FSS(Fraction Score Skill)方法,以太湖流域2007—2010年5个时次的雷达雨量数据为研究对象,以FSS技能得分作为评估指标,研究雷达雨量数据水平尺度的选取。结果表明,在水平尺度为5~70 km范围内,雷达雨量数据与雨量站数据较接近,雷达估测降雨量的技能得分FSS值可达到目标精度FSSuniform,这对雷达估测降雨应用于流域洪水预报等方面有重要意义。      

网络辅助教学系统的设计与开发

基于B／S三层结构,利用ASP．NET和SQL Server2005数据库设计开发了网络辅助教学系统,介绍了系统的设计思想、构建方案,给出了系统功能及数据结构,分析了网络教学系统区别于其他网络系统的几个关键技术,并给出了相关代码,最后对网络教学系统的定位提出了看法。     

壁面局部粗糙对大涡结构作用的非线性演化研究

在构建大涡结构理论模型的基础上,采用局部喷入和吸出的结构来模拟局部粗糙壁面诱导的感应扰动场,数值研究局部粗糙对大涡结构之间非线性作用的影响问题。数值结果表明,局部粗糙壁面诱导的感应扰动改变了原平均速度剖面的稳定性特性及感应扰动流场的三维性对激励大涡结构的快速增长起了关键性的作用。     

涌潮河口底摩擦系数伴随资料同化研究

为更合理选取涌潮河口的底摩擦系数,基于无结构三角网格和有限体积法,建立了适用于反演潮汐涌潮河口底摩擦系数随空间和涨、落潮变化的伴随资料同化模型。一系列"孪生"实验均较精确地反演出了给定底摩擦系数。孪生实验表明底摩擦系数的空间分布会影响反演的精度,也表明充足的观测数据资料能够提高反演的准确性。利用实测数据进行了钱塘江河口伴随同化实验,得到涨、落潮底摩擦系数分别为0.000149和0.001520(相当于曼宁系数为0.012206和0.038987),利用该值模拟出了潮波变形和涌潮形成等现象,验证了前人在钱塘江河口数值模拟时关于底摩擦系数选取经验的合理性,反映了钱塘江河口底摩擦"涨小落大"的实质。     

一种根据湿对流区域时空分布调整的BGM扰动改进方案

在增长模繁殖法(Breeding of the Growing Mode,BGM)的动态繁殖过程中,尺度化因子的选择极为关键。利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式,在分析飑线系统数值模拟误差增长机制的基础上,根据飑线发展过程中湿对流区域误差更容易快速增长的特点,提出了一种根据湿对流区域时空分布调整的BGM初始扰动改进方案。该方案通过在动态繁殖过程中对小扰动的水平结构进行调整,加强湿对流区域扰动,捕获到增长最快方向上的小扰动并将其作为初始扰动。试验结果表明:根据降水量调整的改进方案相比其他方案扰动能量较大,各集合成员之间差异也较大,集合平均预报误差较小;对强降水范围的模拟相对理想,暴雨的降水评分较高;对风廓线及水汽场的预报更接近于实况,较好地改善了集合预报效果。     

弱垂直风切变下台前飑线不同发展阶段的热、动力特征分析

以2014年7月18日09号超强台风"威马逊"影响期间,发生在湘赣地区的一次台前飑线过程为例,讨论了在垂直风切变明显弱于中纬度飑线情况下台前飑线的生成与发展机制。研究表明:1)在飑线初生阶段,弱垂直风切变与较弱冷池相平衡使得飑线垂直发展,其前部上干冷下暖湿的不稳定环境条件是其发展加强的热力因素;台风倒槽右侧风向水平切变、飑线前侧的阵风锋是其发展的动力条件。2)在飑线成熟阶段,飑线后侧的地面冷池范围变大、强度变强,导致飑线前方的水汽及能量补给减弱;同时飑线后部中层干冷空气入侵加强,飑线上升气流向冷池方向倾斜,垂直抬升条件减弱,不利于台前飑线的发展维持。成熟阶段的这两个特点表明台前飑线由盛转衰。3)在飑线消散阶段,由于飑线远离台风,台风的影响减弱,导致台前飑线水汽和动力条件不足,从而消亡。     

微物理方案及其参数对EnSRF资料同化的影响研究

利用自主构建的基于风暴尺度的WRF-En SRF系统同化模拟多普勒雷达资料,讨论了微物理方案及其参数的不确定性对同化效果的影响。试验采用组合微物理方案以及扰动微物理方案中的参数的方法,结果表明,模式误差非常小甚至可以忽略时,使用单个微物理方案并扰动参数能够使真实风暴的主要特征在分析场中较未扰动参数得到更好地反映;存在模式误差时,使用单个微物理方案并扰动参数后,分析场中的各要素的分布较未扰动参数更加接近真实风暴,同化效果得到改进,且改进效果比模式误差非常小时更为明显;存在模式误差时,组合微物理方案并扰动参数后,分析场中对流云团的形态较未组合方案或未扰动参数更接近真实风暴,主要要素场的配置最能反映真实风暴的特征,同化效果最为理想。结果也表明,扰动参数时、参数扰动范围较小时,同化效果较优。     

背景场误差样本模拟对同化及数值预报效果的影响北大核心CSCD

合理估计背景场误差协方差矩阵(B)是做好变分同化的关键环节。利用控制变量随机扰动法(RandomCV)、增长模繁殖法(BGM)及NMC法等3种背景场样本模拟方法,基于WRFDA系统计算B矩阵,对B矩阵的特征及其对同化预报效果的影响进行了研究。B矩阵的特征分析和单点观测试验表明,NMC法与RandomCV法得到的B矩阵误差方差较大,在同化中观测的权重更大;RandomCV法得到的B矩阵,背景场误差中变量的长度尺度更大,说明同化中观测的水平影响范围更大。连续循环同化和预报试验表明:应用RandomCV法计算得到的B矩阵分析与预报的效果明显优于系统自带的以及BGM法得到的B矩阵,且效果与NMC法相当与NMC方法相比,采用RandomCV方法产生背景场样本具有时间和人力成本相对低的优点。     

WRF-EnSRF卫星资料同化模块的构建研究

为加强国内卫星资料在同化系统中的应用,在自主构建的新一代WRF-EnSRF同化系统中,采用RTTOV辐射传输模式作为观测算子,并建立卫星资料读取、偏差订正及质量控制等子模块,构建出WRF-EnSRF卫星资料同化系统.运用该同化系统,同时同化NOAA-16的AMSU-A和AMSU-B的辐射率资料,进行华南暴雨过程的卫星资料同化数值模拟试验.试验结果表明:偏差订正后亮温资料拟合结果基本位于主对角线上,偏差有所降低.从TS评分看,同化试验对中雨及大雨部分的降水落区以及暴雨级别以上的降水强度的模拟效果有改善.试验证明,建立的卫星同化系统是可运行的.