“05·6”华南持续性暴雨的成因分析

由于高分辨模式中显式微物理过程的应用,有必要对显式预报的云水、雨水等水成物作初始场分析。加入水成物的初始条件不仅对模式整体预报能力有明显影响,而且由于动力场和热力场更加协调,可减少模式初始启动时间,提高模式短时预报能力。现有探测能力的提高、探测资料的丰富,促使水成物的分析方法有很大的发展。本文对现有的水成物分析的一些方法进行了介绍,并对应用于数值模式中的应用情况及要注意的问题作分析。     

CAMS复杂云微物理方案与GRAPES模式耦合的数值试验

CAMS复杂云微物理方案是混合相双参数方案, 包括11个云物理变量和31个云物理过程, 能够同时预报水成物的比质量和数浓度。通过在GRAPES非静力中尺度模式中增加预报量并修改相关程序后, 实现了二者的耦合, 耦合后模式运行稳定。选取2005年8月15—17日我国华北地区一次暴雨过程, 利用耦合后的模式进行48 h模拟试验, 同时还选取了GRAPES模式中其他3个比较复杂的微物理方案进行模拟, 着重分析了降水和水成物分布的模拟结果。研究结果表明: CAMS方案能够模拟出与实测相接近的雨带分布特征, 并且对降水演变的模拟结果与其他方案比较一致, 对暴雨中心位置的模拟有待改进。CAMS方案模拟的水成物垂直分布与其他方案相比具有相似的总体特征, 各相态粒子的量级和分布合理, 不同方案的结果在量值上有所差别。个例分析结果显示出CAMS方案对降水和水成物的分布能够合理描述。今后应通过更多个例进行更为精细的模拟试验, 对新方案进行检验。     

WRF模式中的微物理过程及其预报对比试验

WRF(Weather Research Forecast)模式系统是由许多美国研究部门及大学的科学家共同参与进行开发研究的新一代中尺度同化预报系统。本文主要对公开发布的WRF模式V2.0版本中使用的微物理过程方案进行简单介绍,并在国家气象中心建立的与T213中期预报模式相嵌套的预报系统的基础上,对不同微物理过程方案进行了降水预报对比试验和检验,对各方案的降水预报性能进行初步评估。试验结果表明,总体预报效果LIN方案较好,而对流参数化方案从降水落区预报和对流降水对总降水的贡献两方面看则是KF和NKF方案的预报效果较好。     

用MM5模式Reisner霰方案对华南暴雨的数值模拟

利用MM5中尺度数值模式对1998年6月8～9日华南暴雨进行了模拟，用Re—isner在方案模拟了可分辨尺度降水，详细分析了暴雨的微物理过程。结果表明，Re—isner在方案对华南暴雨具有较好的模拟能力。在降水最大时段，霰和云水是形成雨水的主要来源，云水的碰冻是产生霰的主要微物理过程。     

MM5模式显式微物理方案的对比分析

介绍了MM5中的显式云物理方案，详细分析了Goddard,Reisner和Schultz方案的物理过程特点和存在的不足。这些云物理方案的多个微物理过程的描述不是很合理，对粒子的自动转化过程都采用阚值，且对雪、霰和雨的数浓度只进行诊断计算。Reisner方案的物理过程相对全面，预报量也较多，但仍存在一定的不足。通过对1992年Andrew台风个例的模拟，发现尽管Reisner方案的物理过程比Goddard和Schultz方案全面，但模拟的台风眼最低气压和地面最大风速并没有优势。所以单一物理过程描述的改善不一定立即带来模式预报成效的提高，因为预报能力取决于整个模式系统的科技水平以及各子程序之间的匹配。     

云分析系统在台风莫拉菲数值模拟中的应用

借鉴美国CAPS开发的中尺度ARPS模式的资料分析系统ADAS,设计了基于GRAPES_Meso的云分析系统,实现了地面云观测资料、卫星云图、多普勒雷达反射率资料在GRAPRS模式中的综合融合应用。通过对登陆台风莫拉菲 (0906) 数值模拟检验云分析系统的性能。结果表明:云分析系统通过地面云观测资料、卫星红外云图、可见光云图、多普勒雷达反射率的同化,能够反演出合理的三维云覆盖状况;在三维云覆盖的基础上结合云底云顶高度,进而反演出云水、云冰、雨水、雪、霰等云微物理量,并显著改善模式初始湿度场;在台风登陆过程的模拟中,虽然对台风路径的预报有所偏差,但对比控制试验,在台风登陆地点、台风强度、路径的预报中云分析发挥了正作用;通过对云分析后初始场反演的雷达回波进行检验,验证了云分析的可行性与正确性,对整体的降水预报效果也有明显改善。     

中尺度大气数值模式发展现状和应用前景

对国内外当前一些先进的中尺度大气数值模式的发展现状,应用前景及发展趋势作了概要综述。其内容包括：模式动力学的改进,叫就度模拟系统特征,区域谱模 发展积云参数化和显式云物理方案,行星边界层参数化,大气辐射参数、四维资料同化,区域实时数值天气预报,中尺度数值天气预报应用前景及新一代中尺度模式发展趋势。     

MM5中尺度模式及其微物理过程

按照模块功能,介绍了MM5中尺度模式中各个子模块的主要作用,描述了模式中微物理过程的对流参数化方案和显式方案,为模式在研究和预报应用提供参考。     

中尺度数值模式的资料同化系统：（一）伴随模式的设计

以一个有限区域的中尺度模式为基础,采用伴随模式技术进行有限区域气象资料的同化。伴随模式的方法是以数值天气预报的动力模式作为约束条件的变分方法,比传统的变分方法有了很大的改进。本文初步探讨了伴随模式系统的设计方法,特别是伴随模式的构造问题;用共轭码地方法导出伴随模式;初步试验表明该系统有较强的同化能力。     

A REVIEW OF THE ANALYSIS OF MOISTURE VARIABLES AND THE APPLICATION IN NUMERICAL MODELS

The application of the explicit microphysical process in the high-resolution mesoscale numerical models makes it necessary to analyze the moisture variables such as the cloud water, cloud ice and rain water to initialize the explicit predicted fields. While the inclusion of moisture variables in initial fields can influence the whole performance of the model significantly, it can also reduce the spin-up time and increase the short-term forecasting ability of the model since the dynamical fields become more accordant with the thermodynamic fields. Now the increase of the observing ability and the abundance of the data promote the development of ways to analyze the moisture variables. A review of some methods to analyze the moisture variables is presented, and the situation and problems of the application in the numerical models are also discussed in this paper.     

用南亚高压和西太副高的周期关系做多雨时段的预报研究

对１００ｈＰａ南亚高压的振荡指数及５００ｈＰａ西太平洋副高的强度指数、西进指数进行了谱分析,着重考察了５天到一个月的振荡周期。通过分析得出,南亚高压的显著周期主要是准两周周期,西太平洋副高的显著周期主要是准一周周期,其次是准 两周周期;在多数情况下,南亚高压东进比西太平洋副高西伸加强提前１￣２天;南亚高压的显著周期与西太平洋副高的显著周期叠加时,陕西地区可出现多雨时段。     

影响山东夏季降水的季风水汽输送特征分析

利用NCEP/NCAR月平均风场和比湿资料分析了亚洲季风区平均水汽输送通量的气候特征和季节变化;研究了山东旱涝年季风区水汽输送的差异及其在不同时段对山东夏季降水异常的贡献。结果表明,山东地区的平均水平水汽输送通量存在着明显的年际变化,纬向、经向和总水汽输送通量随时间均呈单峰曲线分布,7月达极值;影响山东夏季降水的印度季风区水汽输送以纬向为主、副热带季风区水汽输送以经向为主;5~6月,来自热带印度洋的西南季风水汽输送通量、西太平洋热带和副热带东南季风水汽输送通量以及南海北部的水汽输送通量对山东夏季降水均有贡献,涝年水汽输送通量明显大于旱年。虽然7月来自印度洋的西南季风水汽输送通量达极值,但对山东夏季降水异常的贡献并不显著,7~8月主要是来自西太平洋地区的热带和副热带季风水汽输送对山东夏季降水异常的贡献较明显。     

A CHARACTERISTIC CORRELATION ANALYSIS BETWEEN THE ASIA SUMMER MONSOON MEMBERS AND THE WEST PACIFIC SUBTROPICAL HIGH

In this paper, by using the pentad-mean NCAR/NCEP reanalysis data for the period of 1958-1997, some characteristic indices of describing the activity of Asian summer monsoon system members are defined and calculated. Based on the above works, a time-lag correlation analysis method is introduced for the correlation analysis between the Asian summer monsoon system and the west Pacific subtropical high (WPSH) area index, and some meaningful interaction processes and characteristic phenomena between them are revealed and discussed accordingly. It is shown that there exists some remarkable time-lag correlations in various degree between the Asian summer monsoon system members and the WPSH area index, and they interact and feedback with each other, which consists of the whole Asian summer monsoon system.     

大气红外探测器(AIRS)温、湿度反演产品的有效性检验及在数值模式中的应用研究

利用中国540个地面气象观测站点资料,对1和7月大气红外探测器(AIRS)的反演中国区域地面气温精度做了详细评估,分析了产生误差的原因。同时把AIRS的反演温、湿度廓线产品与T213数值预报产品进行比较,分析了它们之间的差异。为进一步考察AIRS温、湿度产品的有效性,我们把经过订正的AIRS地面气温以及温、湿度廓线产品分析同化到中尺度模式MM5中,用于华北降雪天气过程的对比模拟试验,分析AIRS反演产品对降雪量、水汽场、垂直速度场、散度场以及云物理过程等的影响。     

太平洋副热带高压及南亚高压在NCEP/NCAR和ECMWF再分析资料中的对比研究

利用NCEP/NCAR和ECMWF 1961～2000年北半球逐月平均的500 hPa和100 hPa高度场再分析资料对影响我国天气、气候的重要系统--北半球西太平洋副热带高压以及南亚高压做了对比研究,发现两者在不同的再分析资料中虽然具有一定的相似性,但也存在着明显的区别.在1980年以前两者存在较大差异.NCEP/NCAR再分析资料分析出的副高明显偏弱,而其所反映的副高的变化在幅度和强度上均大于ECMWF再分析资料的结果.进一步分析发现,NCEP/NCAR再分析资料所得出的副高的年代际变化可能是不真实的.在1969年、1979～1991年间,NCEP/NCAR再分析资料中的南亚高压中心强度明显比ECMWF的强,特别是1992～1995年间,NCEP/NCAR再分析资料中的南亚高压中心强度更强且中心范围更大.此外,NCEP/NCAR再分析资料所反映的南亚高压的变化在幅度和强度上也都大于ECMWF再分析资料的结果.     

中国夏季降水影响因子的研究回顾

中国夏季降水的时空规律比较复杂,降水的多寡与东亚季风的强弱变化密切相关,是海—陆—气相互作用的结果。从中国夏季降水的特征、降水与季风的关系以及影响因子方面,对前人的研究成果进行了回顾和综述,并提出了值得进一步研究的问题。     

近160年西北太平洋副高的年代际变化及其对台风年际变化的影响

研究着眼于上百年尺度西太副高及台风活动变化特征,通过统计分析的方法对百年来台风活动特性及其与西太副高的相关性进行分析。结果表明：（1） 近160 a副热带高压的范围增大、强度增强,在1980年前后,副高平均北界明显北抬,西脊点明显西伸,这种变化与经向环流（Hadley环流）和纬向环流（Walker环流）的变化相关,Hadley环流下沉支（wh）对西太副高关键区的副高强度（h）存在正影响,Walker环流上升支（ww）则存在负影响;（2） 各区域1930年后台风影响时长和年频数均增加。而1975—2020年时段西北太平洋台风年平均影响时长与1930—1975年时段相比有所下降,但发生年频率无明显变化;华南地区的年影响时长与年频数没有明显变化,但我国华东沿海地区台风的年影响平均时长与年频数均显著增加。Hadley环流下沉支、Walker环流上升支、副高强度与西北太平洋台风活动范围向西向北伸展及各区域发生频率显著相关,具有一定的指示意义。     

夏季亚非地区季风环流形成中大地形和不同加热因子的作用

本文使用数值模拟方法研究夏季亚非地区季风环流对大地形和不同加热因子作用的响应,目标在于探索季风环流中期变化和年际变化的可能原因。作为整个工作的一部分,首先考虑了大地形和平均加热场,成功地模拟了夏季亚非地区的季风环流和各个环流系统。以此为基础,比较並讨论了平均加热场的二个主要分量——感热加热(以青藏高原和北非大陆热源为明显)和潜热加热(以孟加拉湾及其附近地区为明显)对夏季风环流形成的相对重要性。     

THE RELATIONSHIP OF THE PRECEDING WINTER MJO ACTIVITIES AND THE SUMMER PRECIPITATION IN YANGTZE-HUAIHE RIVER BASIN OF CHINA

The first two series(RMM1 and RMM2) of RMM Index(all-Season Real-time Multivariate MJO Index) are computed to obtain the interannual variation of the preceding winter(preceding December to current February) MJO strength,according to which active(or inactive) years of preceding winter MJO are divided.By utilizing the data provided by NCEP/NCAR,CMAP and China’s 160 stations from 1979 to 2008,we studied the preceding winter MJO strength and discovered that the summer precipitation in the basin are of significantly negative correlation,i.e.when the preceding winter MJO is relatively active,the summer precipitation in the basin decreases,and vise verse.We also analyzed the causes.When the preceding winter MJO is relatively active,its release of potential heat facilities Inter-Tropical Convergence Zone(ITCZ) to strengthen and locate northward in winter and propagate northeastward.This abnormal situation lasts from winter to summer.In mid-May,ITCZ jumps northward to the South China Sea,the western Pacific subtropical high withdraws eastward,and the South China Sea summer monsoon sets off and strengthens.In summer,ITCZ propagates to South China Sea-subtropical western Pacific,the zonal circulation of subtropical Pacific strengthens,and a local meridional circulation of the South China Sea to the basin area forms,giving rise to the East Asia Pacific teleconnection wave-train.An East Asian monsoon trough and the Meiyu front show opposite features from south to north,the East Asian summer monsoon strengthens and advances northward.As a result,the summer monsoon is weakened as the basin is controlled by the subtropical high continually,with less rain in summer.On the contrary,when the preceding winter MJO is inactive,ITCZ weakens and is located southward,the subtropical high is located southward in summer,and the basin is in a region of ascending airflow with prevailing southwest wind.The East Asian monsoon trough and EASM weaken so that summer monsoon is reduced in the basin where precipitation increases.