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四维变分方法反演低层风场能力研究 被引量：38
1
作者 牟容 刘黎平 +1 位作者 许小永 庄薇 《气象》 CSCD 北大核心 2007年第1期11-18,I0001,共9页
从新一代天气雷达径向速度资料中反演出可靠的三维风场对提高新一代天气雷达的应用水平有重要的作用，将雷达直接观测的径向速度转换成台站预报员更为熟悉的风场结构，对识别中小尺度信息有很大帮助。为此该文对4DVAR同化技术在风场业... 从新一代天气雷达径向速度资料中反演出可靠的三维风场对提高新一代天气雷达的应用水平有重要的作用，将雷达直接观测的径向速度转换成台站预报员更为熟悉的风场结构，对识别中小尺度信息有很大帮助。为此该文对4DVAR同化技术在风场业务反演中应用的可能性进行了探讨，利用广州、济南新一代多普勒天气雷达观测资料，从是否加入云模式湿过程以及迭代次数、计算时间、背景场、初始场、分辨率和反演区域等方面对干模式的4DVAR系统进行了讨论，并从风场结构、均方根差别等方面对反演结果进行分析。多种试验表明，干模式的4DVAR系统与湿的云模式反演结果差异不大。模式的初始场和背景场对反演结果具有较高的敏感性，利用前一时次的反演结果作为背景场迭代15～20次的干模式结果可以很好地在业务上试运行，对台站预报员提高中小尺度天气预报的准确率有着很重要的作用。 展开更多
关键词 多普勒雷达 4DVAR 低层风场 准业务试验
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GRAPES全球集合预报的集合卡尔曼变换初始扰动方案初步研究 被引量：50
2
作者 马旭林 薛纪善 陆维松 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第4期526-536,共11页
初始扰动方案是集合预报研究的核心问题之一。文中根据最新提出的基于集合卡尔曼变换(ETKF)理论的集合初始扰动方案,利用模拟观测系统及其调整的观测误差与放大因子的方案,研究发展了针对中国GRAPES全球预报系统的集合初始扰动方案,建立... 初始扰动方案是集合预报研究的核心问题之一。文中根据最新提出的基于集合卡尔曼变换(ETKF)理论的集合初始扰动方案,利用模拟观测系统及其调整的观测误差与放大因子的方案,研究发展了针对中国GRAPES全球预报系统的集合初始扰动方案,建立了GRAPES全球集合预报系统。利用14个集合成员进行了近两个月的集合预报试验,重点研究了初始扰动的结构特征、扰动振幅以及扰动增长特征,分析了集合扰动初始场的质量与性能。初步试验结果表明,基于ETKF初始扰动方案的GRAPES全球集合初始扰动能够较好地反映分析误差方差的主要模态结构和扰动振幅,并具有比较合理的集合离散度。分析误差方差能够准确地反应模拟观测资料的空间分布特征。初始扰动方差近似等于预报误差方差,并对全球观测系统的空间变化具有准确的响应。集合扰动具有合适的增长率,在96h的预报时效内可以有效地保持适当的集合离散度。52d集合预报统计分析显示,北半球集合平均的预报质量评分相对于控制预报具有较明显的优势,副热带高压特征线的个例预报也表明GRAPES全球集合预报在短期预报时效内具有很好的预报效果。基于ETKF初始扰动方案的GRAPES全球集合预报系统显示出良好的发展前景和应用潜力。 展开更多
关键词 GRAPES 集合卡尔曼变换(ETKF) 初始扰动 集合预报
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多普勒天气雷达地物回波特征及其识别方法改进 被引量：73
3
作者 江源 刘黎平 庄薇 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2009年第2期203-213,共11页
非气象因子会在雷达探测时对雷达资料造成污染,并导致雷达数据的质量问题,在雷达数据应用之前必须对被污染的距离库进行识别和处理。该文在现有基于模糊逻辑识别地物回波工作的基础上,发展适合于我国CIN-RAD/SA的地物回波识别方法,采用... 非气象因子会在雷达探测时对雷达资料造成污染,并导致雷达数据的质量问题,在雷达数据应用之前必须对被污染的距离库进行识别和处理。该文在现有基于模糊逻辑识别地物回波工作的基础上,发展适合于我国CIN-RAD/SA的地物回波识别方法,采用北京和天津雷达2005,2006年夏季部分时段体扫资料,同时对反射率因子和径向速度以及速度谱宽进行处理,得到不同回波的各种特征,并对各种回波特征进行分析;考虑到隶属函数的确定是地物识别准确率的关键,运用CSI(critical success index)评判标准确定了模糊逻辑超折射地物回波识别的最佳线性梯形隶属函数;通过识别效果分析说明该方法在识别超折射地物回波中的作用。结果表明:运用改进后的模糊逻辑法可以更好地识别地物回波,特别是那些超折射地物回波;与原方法相比,改进后的方法有效减少了对降水回波的误判。 展开更多
关键词 超折射地物回波 回波识别 模糊逻辑
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四川盆地西部暴雨对初始水汽条件敏感性的模拟研究 被引量：32
4
作者 卢萍 宇如聪 周天军 《大气科学》 CSCD 北大核心 2009年第2期241-250,共10页
基于区域暴雨数值预报模式AREM,针对2003年8月发生在四川盆地西部的多次局地强暴雨过程,通过数值试验,讨论了川西暴雨对初始水汽条件的高度敏感性,揭示了川西暴雨过程独特的局地水汽循环特征。初始水汽条件不仅决定着暴雨的强度,还对最... 基于区域暴雨数值预报模式AREM,针对2003年8月发生在四川盆地西部的多次局地强暴雨过程,通过数值试验,讨论了川西暴雨对初始水汽条件的高度敏感性,揭示了川西暴雨过程独特的局地水汽循环特征。初始水汽条件不仅决定着暴雨的强度,还对最大降水发生时间产生明显影响,从而决定模式对降水日变化的模拟效果。局地初始水汽偏大,不仅导致24小时降水总量的迅速增加,甚至空报暴雨,还使得主要降水时段明显提前,使夜雨变为昼雨。局地初始水汽减少不仅会显著减小降水量,甚至会致使暴雨消失,还会使主要降水时段滞后。 展开更多
关键词 川西暴雨 初始水汽 数值模拟
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两步保形平流方案在高分辨率球面经纬网格下的跳点差分试验 被引量：6
5
作者 张袆 宇如聪 +1 位作者 李建 陈昊明 《气象学报》 CSCD 北大核心 2013年第6期1089-1102,共14页
尝试用一个基于有限差分的两步保形平流方案(TSPAS)替代美国国家大气研究中心第5版公用大气模式(NCARCAM5)欧拉-谱动力框架中的半拉格朗日传输(SLT)平流方案,并针对不同分辨率版本,计算水汽等物质的传输过程。通过设计保证守恒性的跳点... 尝试用一个基于有限差分的两步保形平流方案(TSPAS)替代美国国家大气研究中心第5版公用大气模式(NCARCAM5)欧拉-谱动力框架中的半拉格朗日传输(SLT)平流方案,并针对不同分辨率版本,计算水汽等物质的传输过程。通过设计保证守恒性的跳点差分法,解决了基于经纬网格的模式在高分辨率下由于极区纬向格距过小而造成的差分方案积分时间步长过短的问题,使得TSPAS在高分辨率下仍然可以使用较大的时间步长。理想试验表明:(1)跳点TSPAS在守恒性、数值精度(量级上)、保形性等方面均较好地保持了原TSPAS的特点,而积分步长可增大到与CAM5-SLT相同,比原TSPAS提高超过一个数量级;(2)较半拉格朗日传输方案,尽管TSPAS的耗散更大,但是在相同时间步长下更省时,且改进了半拉格朗日传输求解平流方程造成的不守恒问题。CAM5的比较试验表明:(1)采用跳点TSPAS的模式结果与非跳点计算结果相当,在高纬度跳点区域也并未出现模拟异常;(2)在高分辨率下,采用跳点TSPAS方案的CAM5模拟结果与原模式结果相近,并初步显示对东亚青藏高原南侧的虚假降水有所抑制。该工作确保了基于欧拉通量差分型的TSPAS在高分辨率模式下的大时间步长稳定积分,为解决有限差分方法在高分辨率模式发展中的相关计算问题提供了启示,为后续针对东亚地区的模式性能改进奠定了基础。 展开更多
关键词 跳点差分 两步保形平流方案 半拉格朗日传输 CAM5 高分辨率模式
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北京地区一次降雪过程的人工催化数值模拟研究 被引量：5
6
作者 师宇 楼小凤 +1 位作者 单云鹏 胡非 《高原气象》 CSCD 北大核心 2017年第5期1276-1289,共14页
利用中尺度气象模式WRF的双参数显示云物理方案,开展冬季冷性层状云降水过程的数值模拟和人工增雨催化数值试验。模拟个例为2013年3月19日北京地区的一次典型降水过程,在分析模拟得到的云中水成物和上升速度分布的基础上设计不同催化试... 利用中尺度气象模式WRF的双参数显示云物理方案,开展冬季冷性层状云降水过程的数值模拟和人工增雨催化数值试验。模拟个例为2013年3月19日北京地区的一次典型降水过程,在分析模拟得到的云中水成物和上升速度分布的基础上设计不同催化试验,研究不同催化时刻(云体发展期、云体成熟期)和三种催化剂量对地面降水、云中水成物浓度、动力场和热力场以及微物理转化过程的影响。模拟试验结果表明:模拟的自然降水分布和实测结果较为一致;不同的催化试验都可以使地面雨量增加,在云体发展期以107个·kg-1剂量进行催化的效果最佳;引入人工冰晶后催化区域水汽和过冷云水含量明显减少、冰晶和雪的含量有所增加、催化区域上升气流明显增强,温度提高;催化后40 min时雪的增长主要依靠其凝华增长、冰晶向雪的自动转化、雪和云滴之间的碰冻以及冰晶和雪之间的碰并;催化后200 min,催化云中各种微物理过程对雪的贡献高于自然云,催化前期消耗了过冷云水,此时云中雪和云滴之间的碰冻对雪的贡献非常微弱,雪的增长主要依靠凝华增长以及雪和冰晶的相互作用。 展开更多
关键词 云降水物理 数值模拟 人工增雨 催化试验
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GRAPES非静力数值预报模式的三维变分资料同化系统的发展 被引量：73
7
作者 马旭林 庄照荣 +1 位作者 薛纪善 陆维松 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第1期50-60,共11页
为了减少分析变量与模式状态变量之间的插值误差,改善业务预报模式的初值质量,在GRAPES等压面三维变分资料同化系统的基础上,研究发展了针对GRAPES区域模式的非静力模式变量三维变分资料同化系统(GRAPES m3DVAR)。该资料同化系统的垂直... 为了减少分析变量与模式状态变量之间的插值误差,改善业务预报模式的初值质量,在GRAPES等压面三维变分资料同化系统的基础上,研究发展了针对GRAPES区域模式的非静力模式变量三维变分资料同化系统(GRAPES m3DVAR)。该资料同化系统的垂直坐标及其分析变量的水平分布格式、垂直跳点方案与GRAPES预报模式保持完全一致。由于垂直坐标的变化和非静力关系,m3DVAR分析系统中设计了求解动力学约束方程的新方案。通过有效的高精度数学方案,避免了地形追随坐标下平衡方程的非线性项造成的复杂计算,有效解决了非静力平衡条件下求解平衡方程中非线性项的切线性方程和伴随方程引起的困难。重新构造各种观测算子,并考虑了质量场和风场之间的平衡约束关系、背景误差协方差结构,实现对探空、地面资料、船舶报等常规观测的同化。理想单点试验和实际资料的多变量资料同化分析结果表明,非静力模式变量三维变分资料同化系统能够正确地描写多变量之间的相互作用以及物理约束关系,分析结果合理,能够有效减少原等压面三维变分资料同化系统的分析与模式变量之间需要相互插值、变换产生的误差,在一定程度上提高了分析场质量,对预报模式的初值具有一定改善。 展开更多
关键词 GRAPES 非静力模式 资料同化 数值预报
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北京城市大气边界层低层垂直动力和热力特征及其与污染物浓度关系的研究 被引量：46
8
作者 周明煜 姚文清 +2 位作者 @徐祥德 徐祥德 于海青 《中国科学（D辑）》 CSCD 北大核心 2005年第A01期20-30,共11页
利用2001年3月19～29日和2003年8月11～25日中国科学院大气物理研究所325m大气边界层观测塔资料，分析研讨了北京城市大气边界层低层的垂直动力结构特征及其与污染物浓度分布的关系．对比分析了北京城市大气边界层低层不同高度的风、温... 利用2001年3月19～29日和2003年8月11～25日中国科学院大气物理研究所325m大气边界层观测塔资料，分析研讨了北京城市大气边界层低层的垂直动力结构特征及其与污染物浓度分布的关系．对比分析了北京城市大气边界层低层不同高度的风、温度和湿度梯度资料、大气湍流和大气化学观测系统资料，综合分析获取了无因次速度、温度湍流方差和湍流通量、湍能分布特征及其与污染物浓度空间分布的关系，同时分析了北京地区沙尘天气过程中城市边界层低层垂直结构特征及其污染物浓度的分布与变化特征．分析结果表明，在不稳定层结条件下，47和120m高度上无因次速度湍流方差和温度湍流方差遵循莫宁一奥布克霍夫相似规律，并给出相应的拟合公式．稳定大气边界层可按层结参数z′/L分成二分区，z′/L〈0．1为弱稳定区，此时相似规律可适用，z′／L〉0．1为强稳定区，在此区内无因次速度方差随稳定度增大有增大的趋势，而无因次温度方差则保持不变．白天近地层包含了47和120m，而280m已在近地层之上．对2001年3月北京地区一次沙尘天气过程的城市边界层资料分析发现，320m高度上总悬浮颗粒物浓度最高达到913．3μg／m^3，在边界层内大气颗粒物从上层向低层输送，这与锋面过境时低空急流从上层向下发展过程并伴随的强下沉运动有关． 展开更多
关键词 城市边界层 湍流 气溶胶浓度 沙尘天气
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