前墙结构对OWC气室捕能效果影响的数值研究

基于不可压缩黏性流体理论和VOF(Volume of Fluid)方法建立了二维数值波浪水槽模型,将模拟波形与波浪理论值进行对比,分析了模型可靠性,并利用该模型研究了5种不同前墙结构OWC气室在不同波高、周期时的出气口速度和气室内空气压强。基于模拟结果,从波能-动能转换效率和气室内空气压强角度分析了前墙结构对OWC气室的捕能效果的影响。结果表明:对于传统的直立型OWC气室,采用合适的前墙结构可有效提高OWC气室的捕能效果;相比三角截面(20D型,30D型)和矩形(Y型)截面前墙,采用椭圆截面(20TY型,30TY型)的前墙结构的捕能效果更优,且在周期较大(1.6和1.8 s)时其作用更显著,其波能-动能转换率相对Y型前墙结构气室平均提升37%;5种前墙结构不同的气室中,20TY型和30TY型前墙结构气室的捕能效果最优。     

一种利用浮标站资料改进海浪模式有效波高预报的方法

基于浮标站海浪历史数据,利用回归分析方法建立了海浪数值模式有效波高预报产品的一元二次回归方程订正统计模型。通过2017年7月1日-2018年10月10日期间业务试运行结果发现:订正方程能有效改善有效波高数值预报产品的预报精度,且预报时效越短订正效果越显著。其中,第6~11 h预报时效内的订正前后平均绝对误差值减小0.17~0. 241 m,第6~18 h预报时效内订正前后均方根误差减小幅度为0.103~0. 28 m。这说明应用订正统计模型对海浪模式输出产品进行订正,也是改进海浪模式预报准确率的一种有效途径。     

海洋渔业志愿船观测数据可用性评估

以船测数据、浮标数据和岸基观测站数据应用为基础,对海洋渔业志愿船的观测数据进行质量评估和可用性评估。结果表明:经过质量控制后的观测数据在近海精细化预报的初始场构建和预报同化应用中,具有高可用性。     

黄渤海下垫面对爆发性气旋影响的数值模拟分析

利用天津WRF中尺度数值预报业务模式,对2013年11月24—25日一次爆发性气旋过程进行数值模拟,模拟方案分别为:控制实验(ctrl)、将整体黄渤海下垫面变为陆地实验(land)、将122°E以西的渤海海洋下垫面变为陆地实验(land-122)、将122°E以东到黄海中部的海洋下垫面变为陆地实验(land+122)。结果表明:将黄渤海海域全部转换成陆地后,气旋中心海平面气压场最大值升高5 hPa。10 m风场减弱最大值出现在气旋中心,可达19 m/s,下垫面对气旋的影响主要在强度和风力大小的变化。黄海海域风力减小普遍超过10 m/s。将122°E西部的渤海转换成陆地后,渤海海域风速最大值减小了12 m/s。黄海海域的气旋中心部分风力有微弱变化,气旋中心风力稍有增大,最大增加了4 m/s。将122°E东部的黄海转换成陆地后,海平面气压场的变化与land实验接近,10 m风场在黄海南部风力略高于land实验。     

不同DEM数据源的艾比湖流域仿真水系对比

针对干旱半干旱地区内陆河流域在仿真水系模拟方面研究较少和数据适用性的问题,该文提出利用SRTM3-DEM和ASTER-GDEM两种数据源对艾比湖流域进行仿真水系模拟和精度对比的研究。采用ArcGIS Hydrology模型分别对两种DEM进行水系模拟,通过多次设置参数和阈值,实现了不同水平分辨率和不同阈值河网水系的对比分析;然后利用Google Map河流数据和实测水系数据进行精度验证,同时采用"套河差"算法研究水系的差异。结果表明:SRTM3-DEM模拟的河网水系与实际水系更接近,吻合精度较高;DEM的坡度和水平分辨率对模拟水系的影响不大,但DEM的垂直精度对模拟水系的吻合精度起控制作用。本研究为艾比湖流域在水文方面的研究提供了一定的参照和依据。     

琼州海峡两次高压后部型海雾的对比分析和数值模拟

利用中尺度数值模式WRF和NCEP分析资料,对2018年2月17-20日和2019年2月4-6日春节期间发生在琼州海峡的两次持续性海雾过程进行数值模拟,结合中国气象局陆面数据同化系统的能见度格点数据、卫星、自动站等观测资料,对两次海雾天气的天气背景、发展演变过程、水汽条件、动力条件和云—雾辐射作用进行比较研究。结果表明：两次海雾过程均发生在入海变性冷高压后部,2018年海雾过程为偏东方向的水汽输送,低层湿层深厚,不断增长的湿度和强烈的水汽辐合使得平流雾持续时间超过10 h,最低能见度达100 m。同时海雾发展期间伴随云雾共存现象,中层云区的存在白天可减小地面接收的短波辐射,减弱增温效应,夜间起到保温作用,近地面较低的温度和逆温层稳定维持,对海雾的长时间发展和维持起到促进作用;2019年海雾过程东南方向的水汽输送偏弱,湿层浅薄,海雾由陆地发展延伸而来,发展面积小,日出后很快消散。     

基于对流尺度集合模拟的长江中下游暖区对流过程的可预报性研究

弱天气尺度强迫背景下的暖区暴雨发生发展机制复杂且难以准确预报。为深入探讨长江中下游暖区对流过程的实际和内在可预报性,本文通过同化模式模拟的探空、雷达等仿真资料的集合资料同化,构建了基于WRF-EnSRF的对流尺度集合预报系统,针对2013年7月21日一次典型暖区对流过程进行了初值扰动集合试验。试验结果表明,不同成员降水预报的发生时间和落区存在两个有显著差异的分岔时段,其一在对流触发阶段,源于扰动风场与地形的相互作用;其二在发展阶段,源于初值扰动导致对流系统强度出现差异,对流强（弱）,冷池出流强（弱）,导致降水落区偏南（北）。进一步的可预报性定量分析可见,由于初值的扰动,在分岔时段,模式的实际可预报性受到严重限制,表现为集合成员降水场的差异和扰动的偏差能量均快速增大。同时,在减小扰动振幅的“等同孪生子”对比试验中,扰动偏差能量随时间变化的曲线在对流触发阶段表现出的非线性特征表明,内在可预报性在这一分岔时段也显著受限。由以上结果可进一步得出结论：由于初值扰动导致分岔时段模式的实际可预报性受限时,准确的初值可有效改进预报效果。而当系统受到由混沌非线性动力学所导致的内在可预报性限制时,改善初值...     

基于背景场奇异向量的CMA全球集合预报试验

目前中国气象局全球集合预报系统（China Meteorological Administration Global Ensemble Prediction System,CMA-GEPS）利用CMA全球数值预报系统分析场计算奇异向量（ANSV）,欧洲中期天气预报中心采用同化背景场计算奇异向量（FCSV）,在业务流程上先于计算ANSV,可优化集合预报系统运行时间。为此,在CMA-GEPS中探索采用FCSV进行集合预报的可行性,分析ANSV和FCSV的空间分布及相似指数,进而针对夏秋季节10个个例开展采用ANSV和FCSV的全球集合预报试验,从等压面要素集合预报技巧、中国地区24 h累积降水概率预报技巧、台风路径集合预报技巧、台风中心最低海平面气压预报技巧等方面对比二者结果。结果表明:ANSV和FCSV的主要结构特征相似,两组集合预报结果相当,表明在CMA-GEPS中使用FCSV可行,可作为未来高分辨率CMA-GEPS业务系统建设的选项。     

盛夏苏北地区一次飑线过程的数值模拟研究

对一次盛夏苏北飑线过程采用区域三重嵌套WRF模式进行了数值模拟和结果分析,给出了飑线径向剖面的概念模型图。结果表明:模拟的飑线与实际飑线非常接近,两者具有相同的性质和特点,利用模拟的线状强降水带及其降水强度来确定模拟飑线的位置和强度是可行的。飑线成熟期,飑线处存在强辐合区、强垂直上升运动区以及假相当位温的高值区,三者均呈柱状向上伸展;飑线前方(飑线移动的方向),低层有位温高值的入流,为飑线带入大量水汽和能量,后方低层有浅薄入流;飑线过境时地面风向发生急剧变化;飑线中层位温值大致不变呈中性层结,这与对流凝结潜热释放有关。该飑线过程可大体看成是假绝热过程,并具有重力波的非平衡性质,其生成演变中存在多尺度的相互作用。     

台风大风预报研究回顾

大风是台风引发的三大灾害之一,考虑到现有的台风大风研究相对较少、预报经验也比较不足,因此对其预报方法进行回顾总结具有十分重要的意义。从经验预报、统计预报、数值模式预报及数值预报产品释用等4个方向梳理了台风大风预报技术的研究与应用现状:天气图、卫星云图和雷达图是经验预报中非常重要的工具;统计预报根据方法的不同可细分为回归预报、客观相似预报和气候持续性预报;数值模式预报方面,国内外多家机构都研发了相应的台风大风预报产品;数值预报产品的释用目前则包含了动力释用、统计释用和人工智能释用。同时总结了上述4类预报方法各自的优势和不足。最后,讨论了未来研究与实际业务中进一步提高台风大风预报能力的可能发展方向。