集合Kalman滤波同化理论及其数值试验

集合Kalman滤波用于数值试验有着坚实的理论基础.本文介绍了集合Kalman滤波理论及其技术实现, 在此基础上搭建了集合Kalman滤波同化系统, 用MM5模式同化了实测探空资料并作了48 h的预报试验, 并将预报结果与实测值及4D VAR同化的结果作了比较.试验结果表明: 集合Kalman滤波同化探空资料可以改进MM5模式的预报效果, 且集合Kalman滤波同化后模式的预报效果明显优于4D VAR同化后模式的预报效果.     

2008年初江苏暴雪天气的诊断分析

用2008年1月25—29日NCEP/NCAR一日四次全球再分析资料对1月25—29日江苏省大范围强降雪过程的天气背景、散度场、水汽通量的流函数与势函数、视热源与视水汽汇以及Q矢量等物理量进行了分析,并进行了南北地区的对比。结果表明:(1)200 hPa与850 hPa的散度差值场,与降雪落区有较好的对应关系;(2)沿江和苏南地区明显的水汽辐合,配合北方冷空气的向南侵入,是造成江淮流域持续暴雪的重要原因之一;(3)强降雪期间,非绝热加热对降雪产生重要影响,其中淮河以南降雪以对流性降雪为主,淮河以北地区以非对流性降雪为主;(4)非地转风造成的Q矢量辐合区主要位于850 hPa切变线附近,为强降雪提供了有利条件。     

基于中尺度数值模式的分类强对流天气预报方法研究

针对雷暴大风、短时强降水、冰雹和龙卷等强对流天气短期预报,采用0.25°×0.2°每天4次日本气象厅(JMA)东亚地区再分析资料计算的百余类对流参数(物理量)及其15 d滑动平均值,根据“邻(临)近”原则对江苏2001—2009年2—9月各类强对流天气进行时间和站点的匹配后,应用相对偏差模糊矩阵评价技术,对上述对流参数进行权重分配和逐次筛选,获得了既体现强对流与气候平均态间明显差异,又体现自身相对稳定的特征对流参数序列。同时,根据历史分类强对流个例中各特征对流参数的频谱分布获得各对流参数的频率分布分段函数,然后基于中尺度数值模式预报的对流参数,综合历史频率分布和权重分配,构建了分类强对流天气预报概率,并以优势概率作为分类判据,做出强对流分类预报。最后建立了业务化系统,以全自动方式提供分类强对流客观预报产品,投入到日常业务和南京青年奥林匹克运动会气象保障服务工作。     

风廓线与测风塔资料在地面风场预报中的应用研究

运用四维同化方法将风廓线雷达和测风塔资料应用到WRF模式中,通过对比资料同化前后模式对地面风场的预报效果可知,加入风廓线雷达和测风塔资料后模式对风速的预报效果有明显提高,对风向的预报也有一定程度的改善;资料同化结束后,模式预报在49h内对地面风场预报效果仍有明显改善,但随着模式预报时间的增加,在模式积分49h以后,同化资料前后模式对地面风场的预报效果无明显变化。另外,通过对资料同化前后模式对风速预报误差的分析可知,在对模式风场预报的改进中风廓线雷达资料的贡献大于测风塔资料的贡献。     

海州湾不同走向海岸的海陆风异同分析

通过对海州湾沿岸3座梯度测风塔和19座自动气象站一年的逐日24h自记风资料的统计,得到海州湾沿岸的海陆风,在此基础上提出了海陆风“净值”的概念.结合海陆风“净值”分析海州湾沿岸的海陆风环流特征发现:海州湾沿岸南北两段的海陆风具有明显的差异,南北走向的海岸海陆风比西北一东南走向海岸的弱,且转换时间迟;并粗略地估计了海风向...     

连云港近海风速分布特征及分区预报

利用连云港海岛站资料,分析了连云港沿海风速的分布特征,在此基础上对连云港沿海进行了风速预报的分区;应用本地业务运行的WRFV3模式对近海风速进行预报,结果表明,模式预报能较好的反映海岛站风速的变化趋势,但在风速大小的预报上存在较大误差,同时,WRFV3模式对4个站的风速预报准确率分析表明,模式对特殊地理位置区域的预报准确率比较低;用Kal-man滤波方法对本地业务运行的WRF模式的风速预报结果进行订正,结果表明,经过Kalman滤波方法订正后,对近海海岛站上风速的预报效果有明显的改善,且分区内其他站的预报效果也相应得到提高。     

连云港沿海近地层湍流强度特征

在对连云港沿海15个各类气象观测站2000—2009年8级以上强风样本统计分析基础之上,利用6座沿海梯度测风塔2005—2007年测风资料,探讨了连云港沿海近地层风湍流强度的时空分布规律及特点,并重点对不同类型天气系统引起的强风湍流演变特征及其对风电场影响进行剖析。研究结果表明:①风湍流强度具有很强的季节性,冬季小、夏季大,随高度增加而减小;②海面动力粗糙度对海上强湍流变化的影响有别于无强风及下垫面是陆地时;③在热带气旋影响区域,同一时段内可能会出现风速和湍流强度瞬时骤变现象;④海上强湍流出现在30m以上高度,陆地出现在底层,这一现象在不同天气系统引起的强风湍流变化中都有发现;⑤风机轮毂高度处有2.1%～3.8%的湍流强度特征值超过目前风机最大抗湍流强度设计标准,建议华东中、北部沿海地区风机抗湍流强度参数调整为0.31～0.41。     

浮尘和重污染天气过程个例分析

利用MICAPS资料、NCEP再分析资料和环境监测站大气成分监测资料,分析2015年3月29日连云港地区一次浮尘及重污染天气过程,结果表明:由于上游地区出现沙尘天气后,空气中大量沙尘粒子随着高空西北气流携带向东南输送,影响连云港,从而形成浮尘天气;高空有西风急流带,400hPa下沉运动加强,高空动量下传是形成浮尘天气的动力条件;连云港处于弱气压场中,大气层结稳定,空气干燥,风力较小,不利于沙尘粒子和污染物扩散;由浮尘的质点后向轨迹模拟得知,沙源来自蒙古国东部地区,与高空形势分析结果一致。     

2016年江淮地区梅汛期首场持续性暴雨的持续原因初探

利用NCEP/NCAR的再分析资料和逐6 h降水实况观测资料,对2016年6月30日—7月6日江淮地区首场持续性暴雨的持续原因进行了初步分析。结果表明,此次持续性暴雨的主雨带位于西太平洋副热带高压(简称西太副高,下同)的西北侧、中低层江淮切变线的南侧,高空急流入口区的右侧,低空急流轴的左前侧;高空强辐散与低空强辐合长时间维持为暴雨的持续提供了有利的动力条件,西风槽前和西太副高外围两个水汽通道为此次暴雨过程提供了充分的水汽,其周期性辐合为暴雨的持续提供了有利的水汽条件;江淮流域上空大气上干冷、下暖湿状态的重复形成,为暴雨的持续提供了足够的能量;江淮切变线附近中尺度低涡的新生、发展和维持为暴雨的持续提供了持续的辐合抬升条件;锋生的周期性增强对降水强度的预报具有一定指示意义。      

多普勒雷达资料对暴雨定量预报的同化对比试验

基于NCEP/NCAR再分析资料和连云港雷达探测资料,利用WRF模式及其三维变分同化V2.1系统,对发生在2008年4月19日连云港地区一次区域性暴雨过程进行了三维变分同化数值模拟对比研究.结果表明,同化了雷达资料后,模式预报效果比单独使用NCEP做初始场效果明显改善,暴雨落区和量值更接近实况.同化了雷达资料后,模式预报的垂直运动区、最大上升区、水汽输送通道和高空涡度分布等更接近强降水区,结构也更精细,说明初始场增加雷达资料后,对初始风场的结构、强度和初始云水分布有实质性的改进,从而提高了对暴雨定量预报的效果.