台风模拟中QuikSCAT风场的非对称加强订正及同化应用

针对QuikSCAT 散射计风场资料对台风级别的强风速区还无法准确刻画这个技术问题,引入台风移速、移向、摩擦等客观因素对该风场产品资料进行非对称加强订正;然后利用四维同化技术,并设计了先同化后预报两个阶段的试验方案,对“云娜”台风进行了数值模拟试验。试验结果表明：通过模式约束调整,四维同化技术可以把QuikSCAT 海面风场资料引入到整层模式大气中,并对整层风场和气压场的强度及路径模拟都有很大的改进,而且该资料还提高了预报阶段台风强度的模拟效果,并对登陆点的预报起到了积极作用。     

资料同化对2017年登陆广东沿海台风的短期降水与路径预报影响

利用华南精细数值天气预报模式,设计了无同化资料(CTRL)、同化雷达反演水汽(EXP1)以及同化雷达反演水汽、地面和探空资料(EXP2)三个试验,对2017年登陆广东沿海的四个台风降水预报与路径预报进行模拟,以评估资料同化对登陆台风短期降水预报、路径预报的影响。分析结果如下:雷达反演水汽同化后对未来24小时降水预报技巧均有正的改善,对台风路径预报影响不大;在此基础上同化地面、探空资料后对台风路径预报有改进,对降水预报改进不明显(与EXP1比)。通过诊断分析台风“玛娃”,发现模式初值场水汽的增量配合对流上升区有利于短时间内成云致雨,从而提高短时降水预报;地面及探空资料同化有利于登陆台风的短时路径预报。      

云迹风资料的三维变分同化及对台风预报的影响试验

主要研究云迹风资料对三维变分同化分析场及台风预报的影响。首先分析了不同通道和层次的静止气象卫星云迹风产品的误差特征；然后，把云迹风资料放到GRAPES三维变分同化系统中进行同化，通过将不同观测类型资料的同化结果进行对比，探讨了红外通道和水汽通道云迹风资料对数值预报分析场的影响；最后，把同化后的分析场作为初始场，用WRF模式对2002年“森拉克”台风做24小时预报实验。结果表明，不同通道和层次的云迹风资料具有不同的误差特征；云迹风资料可以提高分析场和预报场中风压场的质量；而且在台风预报试验中可以更准确地预报台风的路径和降水。     

BDA方案在台风路径预报中的应用

利用PSU／NCAR中尺度非静力有限区域MM5及其伴随模式,以T106分析资料为背景场,设计两种台风Bogus方案对台风的初始场进行优化,并进行了数值模拟试验。对9608号台风个例的数值模拟试验研究表明,经过优化的台风初始场较好地改进了由于海洋上资料缺乏所造成的台风中心位置不准、台风环流偏弱和台风内部结构不完整等问题,提高了台风路径预报的准确率。通过试验对比发现,BDA方案优化的初始场更合理,其台风路径预报效果优于GFDL方案。     

ASSIMILATION OF OBSERVED SURFACE WIND WITH GRAPES

With the advances of numerical weather simulation and reduced data assimilation updating cycle, surface observation data assimilation becomes more and more important in data assimilation systems. It is widely accepted that a better data assimilation system should contain the restriction of thermodynamic processes in the surface layer. Therefore, in this paper, a new surface wind observation operator is utilized in Global and Regional Assimilation PrEdiction System_3D-Variance (GRAPES_3D-Var), with the restriction of thermodynamic process in the planetary boundary layer (PBL). In order to research the ability of this new surface wind observation operator in assimilation and forecasting, a series of experiments are operated by using the GRAPES model. The main results indicate that this new method of surface wind observation operator has positive impact on the forecast with the GRAPES model.     

台湾岛邻近海域台风浪模拟分析

本文概略介绍了目前国际上较为先进的第三代近岸海浪数值模式SWAN（SimulationWavesNearshore）及风生浪、底摩擦、白帽耗散、深度诱导波破碎、非线性波－波相互作用等物理过程；在此基础上，以较高的分辨率对袭击台湾岛邻近海域的9015、8616号台风浪过程进行了模拟分析；台风浪高模拟值与实际台风浪资料相符较好，可以为该海域台风浪的模拟提供较好的参考。     

多时刻台风Bogus资料同化对台风"天鹅"的影响

基于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Predition System)三维变分同化系统,设计在6小时内分别应用三小时一次和逐小时的台风定位和定强信息对台风进行多次BDA(Bogus Data Assimilation)同化,在多次BDA中只同化近似程度高的涡旋风分量而近似...     

Monte-Carlo模拟方法在风工程中的应用

用 Monte- Carlo模拟方法建立了上海的台风年最大风速概率分布 ,由此推算的 30 a、50 a一遇风速 (韦伯尔分布 )和实测风速值接近。表明由 Monte- Carlo模拟方法得到的台风年最大风速概率分布较为合理 ,在东南沿海台风多发区域 ,该方法是产生年最大风速概率分布的有力工具。     

QuikSCAT散射计矢量风统计特征及南海大风遥感分析

主要分析了QuikSCAT散射计矢量风资料的统计特征,并利用该资料分析了南海大风频数的月变化、空间分布特征以及南海各月风场的空间分布特征.结果显示QuikSCAT矢量风在南海具有可信性;利用散射计风场资料分析发现在南海主要盛行两种风,即冬季东北风和夏季西南风,东北风最大中心在巴士海峡、台湾海峡;南海中南部存在东北季风的次大中心和西南季风的极大中心.     

THE ANALYSIS ON THE STATISTICAL CHARACTER OF QUIKSCAT SCATTEROMETER WINDS AND STRONG WIND FREQUENCY USING REMOTE SENSOR DATA FROM QUIKSCAT

1 INTRODUCTION Most of the conventional sea surface wind data are measurements from ships, buoys and islands, with coverage and spatial resolution far below the requirements of research and application. At present, due to limited understanding of physical processes and efficient exploitation of data, numerical prediction models have not been used as they should be, although routine procedures are able to give sea surface wind fields at the intervals of 6 hours. With the development of sp…     

一种新的台风海面风场的拟合方法

基于台风风场的经验风公式和修正的梯度风方程并考虑了台风气压场的非对称性,提出了一种新型的台风风场合成模式。经过对10多个不同类型热带气旋(台风)的检验,结果表明,新的模式可以模拟出各种强度及不同眼半径台风的海面风场,比以往常用模式能更真实地反映实际台风风场。     

APPLICATION OF BDA SCHEME IN TYPHOON TRACK PREDICTION

The MM5, which is the PSU/NCAR mesoscale nonhydrostatic limited-area model, and its adjoining modeling system are used in this paper. Taking T106 analysis data as background field the authors generate an optimal initial condition of a typhoon by using two bogus data assimilation schemes, and conduct some numerical simulating experiments. The results of No.9608 typhoon (Gloria) show that the optimal initial field have some dramatic improvements, such as inaccurate position of typhoon center, weaker typhoon circulation and incomplete inner structure of the typhoon, which are caused by shortage of data over the sea. Some improvements have been made in the track forecast. Through several comparing experiments, the initialization optimized by BDA scheme is found to be more reasonable than GFDL scheme and its typhoon track forecast is better.     

NUMERICAL SIMULATION ON THE WIND FIELD STRUCTURE OF A MOUNTAINOUS AREA BESIDE SOUTH CHINA SEA DURING THE LANDFALL OF TYPHOON MOLAVE

Leveraging the commercial CFD software FLUENT, the fine-scale three-dimensional wind structure over the Paiya Mountains on the Dapeng Peninsula near Shenzhen, a city on the seashore of South China Sea, during the landfall of Typhoon Molave has been simulated and analyzed. Through the study, a conceptual wind structure model for mountainous areas under strong wind condition is established and the following conclusions are obtained as follows： （1） FLUENT can reasonably simulate a three-dimensional wind structure over mountainous areas under strong wind conditions; （2） the kinetic effect of a mountain can intensify wind speed in the windward side of the mountain and the area over the mountain peak; and （3） in the leeward side of the mountain, wind speed is relatively lower with relatively stronger wind shear and turbulence.     

ATOVS 不同卫星资料在台风模拟中的同化试验研究

利用美国国家大气研究中心(NCAR)开发的中尺度模式WRF(ARW)V3.2 及其三维变分同化系统WRF-3DVAR,以1011 号超强台风“ 凡亚比” 为个例,采用连续循环同化的方法对ATOVS 卫星资料进行同化试验,探讨了同化ATOVS 不同卫星资料对“ 凡亚比” 模拟的影响。结果表明,强度影响方面:同化ATOVS不同资料均可有效改善台风强度,台风中心海平面气压平均偏差从42 hPa 下降到18 hPa,但不同资料间的差异并不显著,平均在6 hPa 以内,这表明仅同化ATOVS 资料对台风强度的改善相对有限。路径影响方面:(1)不同卫星的同一种传感器资料效果略有不同,同化NOAA-18 和NOAA-15 的AMSU-A 资料效果较好,NOAA-16 的AMSU-A 效果较差;同化NOAA-15 和NOAA-16 的AMSU-B 资料效果相当,且均优于AMSU-A 资料。(2) 同一颗卫星不同传感器资料的差异较大,同化AMSU-B 资料的改善较为明显,HIRS-3 次之,AMSU-A较差,而同时同化不同资料并没有带来更为明显的改善。(3) 同时同化多颗卫星ATOVS 资料的试验表明,将多种资料引入到同化系统的同时,也带来相应的累积误差,因而仅同化一颗卫星可能比同时同化两颗或三颗卫星ATOVS 资料的效果要好。      

ASSIMILATION METHOD FOR RETRIEVING HORIZONTAL WIND FIELD FROM SINGLE-DOPPLER DATA

Doppler weather radar can provide the wind information such as the radial velocity,and hasbecome one of the most powerful means for studies of severe mesoscale and microscale weathersystems.Usually the radar observation provides only plane position indicator(PPI)scanning dataand range height indicator(RHI)scanning data.and this makes some retrieval methods usingthree-dimensional volume scanning data impractical in operation.In order to use these data moreefficiently,a plane assimilation retrieval(PAR)method is developed using data assimilationtechnique on the PPI scanning plane.The PAR method is tested with the observation data ofChinese Academy of Meteorological Sciences(CAMS)Doppler weather radar and the result isencouraging.     

扩展水凝物控制变量的雷达资料同化对台风“天鸽”数值模拟的影响

利用WRF(Weather Research and Forecast)模式及WRFDA(WRF model data assimilation system)系统,针对2017年台风“天鸽”个例通过同化雷达径向速度(Vr)和反射率因子(RF),研究水凝物控制变量的雷达资料同化对台风分析预报的影响。研究表明：雷达径向速度的直接同化有效地改进了模式初始场中台风涡旋区的中小尺度信息,分析场中产生了气旋性的风场增量,对模式背景场中的台风有显著增强作用。通过在传统控制变量中扩展针对水凝物的控制变量可有效地同化雷达反射率因子资料,对初始场的水物质进行调整,并对随后确定性预报的台风路径和强度都有一定的正效果。此外,相比没有水凝物控制变量的雷达同化试验,加入了水凝物控制变量的雷达资料同化试验降水预报效果更好。这为将我国近海的地基多普勒天气雷达用于台风初始化分析和预报提供了一定的技术支撑和保障。     

GRAPES地面风场同化方案研究

随着预报准确度要求以及同化分析循环周期的缩短,具有高时空分辨率的地面观测资料在同化系统中也越来越受到重视,而且一个好的资料同化系统应该能够给出模式近地面动力、热力和湿度状况的合理分析。利用GRAPES区域同化预报系统(GRAPES——Global and Regional Assimilation and Prediction Enhanced System),在近地层Monin_Obukhov相似理论的基础上,考虑了边界层的动力和湿热力约束,建立新的地面风场观测算子。将此新方案与目前GRAPES系统使用的三次样条插值的地面同化方案进行高度场预报试验、统计试验以及降水预报的TS评分比较,结果表明,加入新方案地面风场资料同化后,预报效果和对降水的预报能力都比旧方案有所提高。     

大涡模拟试验中台风梯度风平衡分析

尽管经典台风强度理论是基于梯度风平衡模型,但是已有的飞机观测资料和数值模拟研究发现,边界层中和眼墙附近存在非梯度风平衡气流,前人数值模拟发现,眼墙附近最大的超梯度风可以达到切向风速的16.7%。大涡模拟可以模拟出滚涡和龙卷尺度涡旋等小尺度系统,这些小尺度系统对梯度风平衡可能产生影响,使用中尺度天气预报模式结合大涡模拟（WRF-LES）对模拟台风内核区域方位角平均的梯度风平衡进行了分析,三个大涡模拟试验的水平分辨率分别为333 m、111 m和37 m,结果表明非梯度风平衡气流并未因为分辨率提高而显著增强或产生结构差异,最大超梯度风出现在边界层顶处最大切向风半径的内侧,达到梯度风速的10.8%~16.1%。进一步分析发现,不同台风中心定位方法会影响非梯度风平衡气流,最小气压方差法和最大切向风法可以得到与前人模拟一致的结构,而气压权重法得到的低层超梯度风中心远离眼墙、靠近台风中心,位涡权重法得到的低层超梯度风的径向范围向内扩大,最小气压方差法和最大切向风法更适合用于梯度风平衡研究中的台风中心定位。     

UPGRADING OF TROPICAL LIMITED-AREA NUMERICAL MODEL AND APPLICATION IN TYPHOON FORECAST

A new tropical limited-area numerical model system developed in recent years is described in detail,which includes model formulation, physical processes and data initialization. Results of the application in numerical forecast from 1993 to 1995 are presented. In the forecast of typhoon, the new system shows a distinct improvement over a previous one.     

我国登陆台风引起的大风分布特征的初步分析

用1949～2001年我国台风大风实测纪录对此期间台风引起的大风进行研究,具体分析了台风引起的6级及以上、8级及以上大风的频数,和大风风速的平均值、极端最大值的分布特征,并对台风登陆的地段、季节对上述要素的影响和台风登陆前、后上述要素的变化做了进一步分析.结果表明:在引起我国境内大风天气的台风中,有62%在我国登陆;而登陆我国的台风中,有89%会引起大风过程.台风引起的我国境内大风主要出现在东南沿海,等频数线几乎与海岸线平行,向内陆急剧减小,在杭州湾以北地区较少出现8级以上的台风大风,而极端最大风速与大风频数有类似的分布;在华南登陆的台风引起的大风频数明显高于华东和华北,华东又高于华北,引起的大风风速的大值区与登陆地段较为一致;登陆台风在4～8月间逐渐增多,引起的大风范围逐步向北推进,在9～11月间登陆台风逐渐减少,大风范围逐步往南消退;台风登陆前引起的大风主要集中在沿海地带,登陆后台风大风出现范围明显扩大.