中尺度对流系统的动热力特征及其演变对风垂直切变的响应

为探究环境风切变在对流系统发生发展与维持过程中的重要性,利用2009年6月5日20时（北京时）上海宝山站的探空资料生成理想试验初始场,设计了包含改变整层、中层和低层风切变在内的多组试验,对比分析各试验系统的动热力结构特征及其演变发现:(1)整层环境风切变的改变对中尺度对流系统的影响最显著,其次是中层风切变。增大整层风切变时,对流系统强度及组织性最强,生命史增长。减小整层风切变时,系统强度最弱且组织结构易发散。(2)风切变增加,水平涡度增大,其受垂直运动影响转化为垂直涡度,涡旋对与垂直运动间相互作用形成的正反馈过程是系统强度增强并可以长时间维持线状结构的重要原因。(3)风切变减小,对流系统移动速度远小于阵风锋,阵风锋移至系统前方,阻断系统前沿上升气流必需的暖输送。阵风锋后冷而稳定的环境令系统逐渐消散。      

鄱阳湖影响过湖对流强度的数值模拟及机理分析

湖陆下垫面的非均匀性对强对流天气的发展演变有很大的影响。鄱阳湖是我国最大的淡水湖,湖面积具有明显的月变化和季节变化,而模式中的下边界一般默认湖面积不变,这与实际情况的差异较大,必然带来模式预报误差。利用WRF模式对夏季夜间发生在鄱阳湖地区的一次强对流天气过程进行数值模拟,并通过湖面积变化的敏感性试验,深入研究鄱阳湖对强对流天气发展演变的影响及其机理,结果表明：夏季夜间湖面上空2 m温度明显高于陆面,向湖陆风在湖面上空辐合上升,岸边则存在下沉辐散气流。这导致降水在湖西岸减弱、湖上空增强。随后用去湖敏感性试验印证了鄱阳湖的暖湖效应,湖泊的存在能够通过激发陆风次级环流对湖西岸（湖面）上空降水起抑制（促进）作用。去湖试验的降水在湖西岸增强20%,在湖面上空减弱16%,体现出湖泊对降水强度的重要影响。此外,还发现湖面积扩大1.5、2.5、3.5、4.0倍的扩湖敏感性试验的降水在湖面上空分别增幅7%、16%、30%、43%,进一步证实了强对流强度对鄱阳湖面积变化较为敏感。这指示我们在预报夏季夜间穿湖而过的强对流天气时,应重点关注其可能存在的入湖前减弱、入湖后增强的变化趋势。同时,在利用数值模式模拟湖区强对流天气过程时,如果湖面积与模式中默认的湖面积相差较大,则应考虑将实际湖面积引入模式下边界,以期提升模式对于湖区对流的预报能力。     

基于FY-3B/MWRI数据的裸土区土壤湿度反演

使用高级积分方程模型,模拟多个地表参数条件下的风云三号B星微波成像仪(FY-3B/MWRI)资料。基于模拟数据,分析地表微波辐射特性,利用粗糙地表发射率Qp模型,建立我国西部地区裸露地表土壤湿度反演模型。将该模型用于我国西部地区4个日期(2011年10月8日、10月18日、10月28日和11月8日)的土壤湿度反演,并将反演结果用实测数据进行交叉验证。结果表明:反演土壤湿度与实测土壤湿度的决策系数R2为0.604,均方根误差为0.030 5 cm3/cm3,反演模型具有较高的反演精度。     

背景误差协方差变量平衡特征及其对台风同化和预报的影响

构造合理的背景场误差协方差是做好资料同化的关键。分析了背景误差协方差中变量相关关系在台风季节和非台风季节隐含的不同动力平衡特征,并讨论其对台风同化和预报的影响。分析发现,与非台风季节相比,在台风季节温度与非平衡速度势具有更强的动力相关性,拟相对湿度与其他控制变量的相关性也更显著。这些动力相关性在背景场误差中协方差的引入,将在同化分析过程中使得观测信息可以合理地对同化分析场产生影响。台风循环同化和预报的结果验证了对变量平衡特征的分析:背景误差协方差中新平衡关系的建立,对同化和预报有较大的正面影响,尤其是相对湿度和其他控制变量相关的建立,明显改善了台风路径、强度和降水的预报效果。      

辽宁两类降雪过程的对比及定量降雪预报指标

利用常规气象观测资料和NCEP1°×1°资料,普查辽宁省最近10 a来区域性暴雪、大雪、中雪天气过程,大致可分为北上水汽型和东北上水汽型两类。从环流背景、水汽和动力条件方面对比分析了2004年12月19日和2002年12月16日两次不同类型的降雪过程,发现北上水汽型降雪过程850 hPa比湿和水汽通量大,水汽条件强,动力条件相对弱;而东北上水汽型的降雪过程850 hPa比湿和水汽通量相对小,但动力抬升和辐合作用强。通过分析10 a来辽宁不同类型5场区域性暴雪、8场区域性大雪、9场区域性中雪的水汽条件和动力条件物理量阈值区间,发现北上水汽型降雪过程850 hPa比湿和水汽通量大于东北上水汽型同级别降雪过程,在降大雪量级时的850 hPa比湿和东北上水汽型暴雪过程相当;东北上水汽型降雪过程的最大螺旋度、850 hPa散度、最大垂直速度和850 hPa急流要强于北上水汽型,而且降雪级别越高差距越明显,其中暴雪量级最大垂直速度、850 hPa急流已经达到产生暴雨的动力条件。     

多普勒雷达资料同化对江苏一次飑线过程的数值模拟

应用新一代中尺度预报模式WRF模式及其3DVar同化系统, 针对江苏地区2009年6月14日飑线过程进行了多普勒雷达资料的同化试验研究, 在对雷达资料进行严格质量控制的基础上, 设计一系列尺度化因子优化调整及同化频率的敏感性试验。试验结果表明:同化后初始场得到不同程度改善, 适当的尺度化因子设定, 能够有效改进对模式初始场中700 hPa风场和850 hPa温度场以及组合反射率因子等要素的分析, 进而改善短时降水预报和风暴的垂直结构配置;并且同化频率越高, 对初始场的组合反射率因子分布与观测更为接近, 短时降水预报越准确。     

基于GIS的西北太平洋热带气旋活动的空间特征分析

利用1949—2003年近55 a的西北太平洋热带气旋(WNPTC)移动路径6 h中心经纬度矢量资料,矢量栅格化到1°×1°网格,统计WNPTC出现的次数、不同移动方向的次数及走向率,结果表明:(1)西北太平洋热带气旋空间分布具有积聚性,从生成源区向外递减。WNPTC消亡区在陆地比较集中,而洋面上相对离散;(2)WNPTC季节变化明显,冬季大值中心纬度最低,春季次之,夏季达到最高,秋季较夏季向南偏移1～3个纬度;(3)在El Nino次年热带气旋增多的区域,而La Nina次年热带气旋减少,15°N附近为分界线,反之亦然;(4)西北太平洋热带气旋移动方向和走向率除具有明显的纬向分布特点,在经向方向上也有差异;各个移动方向区域与其相对应的走向率区域基本相同,但是最大值中心并不重合。     

浙北地区一次大暴雨过程的等熵位涡分析

利用NCAR/NCEP逐日再分析资料,对浙北地区2008年6月9—11日大暴雨过程进行等熵位涡分析。结果表明:等熵面上的位涡(IζP)演变反映了暴雨区的移动及西南急流的发展。暴雨区主要位于位涡高值中心的东南侧,对应西南气流发展最强处,而位涡中心降水却不明显。当高位涡中心区南压影响后,强降水结束。通过垂直剖面图可看到,等熵面上的西北急流将高层的高等熵位涡向东向下输送,当浙北地区处于正IζP平流控制下时,强降水发生,当其处于负IζP平流控制时,强降水结束。同时,逆向的Ferrel环流圈的形成,为30°N附近强降水的产生与维持提供了有利的条件。     

北太平洋海温异常的空间模态及其与东亚环流异常的关系

运用英国气象局全球海温和NCEP/NCAR 再分析逐月资料, 分析了1979年以来北太平洋夏季海温异常的主要模态, 并探讨了海温异常的空间分布与东亚环流异常的关系。结果表明: 北太平洋夏季海温主要存在两种模态, 当太平洋热带地区西高东低 (西低东高), 西太平洋到黑潮区海温偏高 (低), 东南太平洋的海温偏低 (高) 时, 东亚贝加尔湖南侧地区为显著的正 (负) 高度异常。进一步分析发现这种环流异常与北太平洋西部海温异常引起的辐合辐散有关, 北太平洋西部近大陆海域海温异常偏暖 (冷), 对应上空为异常的上升 (下沉) 运动, 因质量的连续性使贝加尔湖南侧地区低层辐散 (辐合) 异常, 有利于该地区异常反气旋性环流的加强 (减弱)。     

变分方法反演双多普勒雷达低层二维风场

提出用变分方法和正则化方法相结合反演双多普勒雷达资料的低层二维风场的方法,即在目标泛函中加入正则化项（先验信息项）且合理选择正则化参数。数值试验结果表明：正则化项的引入能有效滤除反演风场中因奇点和观测资料引起的误差,提高反演精度,得到最优的全局反演风场。