检索结果-南通市图书馆

南海台风模式对台风利奇马快速增强预报能力研究

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气象 2024年第5期50卷 532-546页

作者：黄燕燕陈子通冯业荣张艳霞徐道生郑彬靳卫卫中国气象局广州热带海洋气象研究所/区域数值天气预报重点实验室广州510640 中海油能源发展股份有限公司安全环保分公司天津300452

针对台风利奇马(1909),分析中国气象局南海台风模式(CMA-TRAMS)和欧洲中期天气预报中心高分辨率模式(HRES)对台风快速增强的业务预报情况,并基于CMA-TRAMS,从水平分辨率、初始场和边界条件、物理参数化方案等角度设计并开展数值敏感性... 详细信息

针对台风利奇马(1909),分析中国气象局南海台风模式(CMA-TRAMS)和欧洲中期天气预报中心高分辨率模式(HRES)对台风快速增强的业务预报情况,并基于CMA-TRAMS,从水平分辨率、初始场和边界条件、物理参数化方案等角度设计并开展数值敏感性试验。CMA-TRAMS和HRES对“利奇马”增强具有一定预报能力,但对快速增强的速度预报明显低于实况,均不能满足24 h和12 h快速增强标准,可达到6 h快速增强标准。CMA-TRAMS采用3 km分辨率对“利奇马”移动路径和强度变化的预报效果优于9 km分辨率,但未改进快速增强预报效果;采用3 km嵌套9 km的方案,模式对台风快速增强的预报效果明显提升。采用MRF边界层参数化方案对台风路径、强度、快速增强的预报效果总体优于YSU方案。海温参数化结合32层垂直分辨率的初始场和边界条件的方案明显提高了快速增强预报效果,预报快速增强的频次、增强的最大速度更接近实况。分析表明,海温参数化方案使海气温差增大,在短时间内对大气、海洋之间的热量输送和交换有明显影响,海洋向大气输送的感热通量和台风内核区的潜热通量加强使内核更暖湿、气压负倾向增大,是预报效果改进的主要原因。

关键词：台风快速增强可预报性 CMA-TRAMS 数值模拟海温参数化方案

非均匀分层下的二阶精度垂直差分方案及其在GRAPES模式中的应用

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大气科学 2020年第5期44卷 975-983页

作者：徐道生陈德辉中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值预报重点实验室广州510000 中国气象局数值预报中心北京100081

在非均匀分层下,目前GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)模式中使用的垂直差分方案只能达到一阶精度。本文设计了一种适用于非均匀分层的二阶精度垂直差分方案,并将它应用于改进GRAPES模式动力框架的垂直离散... 详细信息

在非均匀分层下,目前GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)模式中使用的垂直差分方案只能达到一阶精度。本文设计了一种适用于非均匀分层的二阶精度垂直差分方案,并将它应用于改进GRAPES模式动力框架的垂直离散化过程。一维廓线理想试验结果表明:二阶精度方案可以减少差分计算误差,而这种改进的幅度相对于差分计算本身引起的误差来说仍然是比较小的。通过密度流试验对修改后的模式动力框架进行测试,结果表明二阶方案可以保持模式动力框架的准确性和稳定性。进一步利用实际资料开展批量测试,发现二阶方案可以降低模式高空要素场的预报误差,而且这种改进随着预报时间的延长变得更为明显。最后选择一次典型的华南暴雨过程进行模拟,同样发现二阶精度方案对于48小时之后的降水会有一定程度的改进。

关键词：非均匀分层垂直离散化二阶精度 GRAPES模式

IAU-Replay初始化方法在华南暖区暴雨模拟中的应用研究

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气象科学 2023年第5期43卷 600-611页

作者：陈浩伟徐道生高翠翠乐迁刘涛张邦林韶关市气象局广东韶关512028 中国气象局广州热带海洋气象研究所/广东省区域数值天气预报重点实验室广州510640 贵州省人工影响天气办公室贵阳550081

基于TRAMS(Tropical Regional Atmospheric Model System)区域模式和ECMWF(European Centre for Medium-range Weather Forecasting)全球分析场资料,对一次华南暖区暴雨过程进行IAU-Replay模拟试验。由于本次个例模拟试验的分析时刻ECMWF分析场和TRAMS模式正好处于比较协调的状态,直接使用全球分析场进行冷启动也不会激发虚假高频短波,因此IAU-Replay方法对于模拟结果的初始平衡性影响较小。从动力场和水物质场的对比可以发现,IAU-Replay方法通过提前启动模式有效避免了Spin-up过程的影响,这对于降水预报具有明显的改进效果。对IAU-Replay中不同预热时间的敏感性进行测试,发现当预热时间从6 h延长至12 h后模式可以更加合理地模拟出与对流系统中直接相关的中小尺度信息,从而使降水预报效果更接近实况。连续一周的预报结果评估进一步验证了IAU-Replay技术的有效性。

关键词：分析增量更新初始化暖区暴雨 Spin-up 初值平衡

非线性铰接双浮体波能转换器的能量捕获特性研究

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船舶力学 2024年第1期28卷 55-69页

作者：周潇张海成施奇佳徐道临邹伟生湖南大学机械与运载工程学院长沙410000 长沙理工大学水利工程学院长沙410114

本文针对传统铰接浮体线性波能转换器捕获效率低、频带窄的固有瓶颈,提出一种可用于铰接浮体波能转换器的简易负刚度机构,可作为一种被动方法提高系统的波能捕获效率。首先,提出一款简单紧凑的负刚度装置,该装置通过在铰接浮体间布置简... 详细信息

本文针对传统铰接浮体线性波能转换器捕获效率低、频带窄的固有瓶颈,提出一种可用于铰接浮体波能转换器的简易负刚度机构,可作为一种被动方法提高系统的波能捕获效率。首先,提出一款简单紧凑的负刚度装置,该装置通过在铰接浮体间布置简单的拉伸弹性元件实现;其次,基于线性波浪理论和Cummins方程,建立两模块非线性波能转换器的时域动力学模型,同时为提高计算速度,采用状态空间模型替代表征波浪辐射力的卷积积分项;最后,分析规则波作用下两模块非线性波能转换器的波能转换特性。数值结果表明,通过引入非线性负刚度机构,可有效降低系统的等效固有频率;当负刚度机构调整到适当参数时,系统的弹性力在纵摇运动的相平面上能形成一个椭圆势井,其长轴接近铰接双浮体纵摇运动的模态方向,由此可使两模块的纵摇运动趋于反向,起到被动相位控制的作用。基于上述机理,合适的非线性负刚度结构可有效提高能量的捕获效率和拓宽能量吸收的频带。

关键词：波浪能连接器效率负刚度非线性

高阶精度有限差分方案下的非跳点网格试验:基于浅水波方程

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大气科学 2021年第3期45卷 513-523页

作者：徐道生陈德辉吴凯昕中国气象局广州热带海洋气象研究所/区域数值预报重点实验室广州510640

非跳点网格在模式动力—物理过程的耦合方面具有独特的优势,但是由于二阶精度差分方案下非跳点网格频散误差较大而很少被使用于数值天气预报模式。随着近年来数值模式计算精度的不断提高,非跳点网格在频散关系方面的计算误差是否会发生... 详细信息

非跳点网格在模式动力—物理过程的耦合方面具有独特的优势,但是由于二阶精度差分方案下非跳点网格频散误差较大而很少被使用于数值天气预报模式。随着近年来数值模式计算精度的不断提高,非跳点网格在频散关系方面的计算误差是否会发生变化还有待研究。本文在高阶精度差分格式下通过浅水波方程对跳点网格和非跳点网格的频散关系进行理论分析和数值试验,主要得到以下结论:(1)在低波数区跳点网格的频散关系基本不随计算精度的提高而变化,但是非跳点网格下的频散关系则随着计算精度的提高而更加接近真实解。在四阶精度下,非跳点网格的频散关系已经非常接近跳点网格。(2)差分精度提高以后,在高波数区非跳点网格仍然存在频率极大值,而且极值中心随着计算精度的提高而逐渐向更高波数区移动。跳点网格在计算精度提高以后高波数区的频率仍然随波数单调增加,且更接近真实解。(3)在高阶精度非跳点网格模拟试验的基础上,结合高阶扩散项对高频短波进行滤除,可以得到与二阶精度跳点网格相接近的模拟结果。总之,在高阶精度有限差分方案下利用非跳点网格构造模式动力框架是一种比较可行的做法。

关键词：非跳点网格高阶精度有限差分浅水波方程

SVD-En3DVar方法同化多普勒雷达速度观测资料Ⅱ.实际资料试验

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大气科学 2011年第5期35卷 818-832页

作者：徐道生邵爱梅邱崇践半干旱气候变化教育部重点实验室兰州大学大气科学学院兰州730000

文章的第I部分（徐道生等,2011）将基于SVD（singular value decomposition）技术和预报集合的三维变分同化方法（SVD-En3DVar）用于同化模拟的雷达速度观测资料,试验表明,通过3DVar（threedi mensional variational technique）方法产生预报集合的初始扰动场,可以缩短SVD-En3DVar中预报样本的积分时间,同化对改进暴雨的短期预报有一定好处。本文进一步将这一方法用于同化实际观测资料。选择2008年6月华南地区和2003年7月江淮地区的两个暴雨个例进行同化试验,并将其与WRF-3DVar（3DVar based onthe weather researchforecasting model）的同化结果进行比较。结果表明,同化雷达径向风资料以后,在模式初始场中包含了更多的中小尺度信息。对于使用了13部雷达资料的第一个个例,经SVD-En3DVar同化以后对18小时内每6小时一次的累计降水预报都有所改进,而WRF-3DVar的同化效果则不明显。对于只同化1部雷达观测资料的第二个个例,WRF-3DVar和SVD-En3DVar方法同化以后对前6小时的降水预报都有所改进,但对于第6~18小时的降水预报,两种方法都没有改进。

关键词： Doppler雷达集合同化 3DVar SVD

SVD-En3DVar方法同化多普勒雷达速度观测资料Ⅰ.模拟资料试验

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大气科学 2011年第4期35卷 753-766页

作者：徐道生邵爱梅邱崇践半干旱气候变化教育部重点实验室兰州大学大气科学学院兰州730000

利用WRF模式及模式模拟的资料,开展了利用SVD-En3DVar(基于集合和SVD技术的三维变分同化方法)方法同化雷达径向速度资料的试验。由于雷达观测经常出现大面积空缺,同化时引入了一种局地化方法避免远距离虚假相关的影响。试验着重研究了... 详细信息

利用WRF模式及模式模拟的资料,开展了利用SVD-En3DVar(基于集合和SVD技术的三维变分同化方法)方法同化雷达径向速度资料的试验。由于雷达观测经常出现大面积空缺,同化时引入了一种局地化方法避免远距离虚假相关的影响。试验着重研究了不同的初始扰动样本产生方法以及不同的样本积分时间对同化结果的影响。提出了一种为预报集合提供初始扰动场的新方法,这一方法将温度和比湿的伪随机扰动场当作观测增量,通过3DVar(three-di mensional variational technique)系统生成所有变量的初始扰动场。试验表明,用这种方法给出的初始扰动样本各个变量间有较好的协调性,积分后扰动不会快速衰减,可以减少模式调整的时间,达到缩短同化循环时间窗的目的。同化雷达径向风资料后对12小时内的温度,湿度和水平风的预报都有所改进,对降水的预报也有一定改进。

关键词：多普勒雷达集合资料同化 3DVar SVD

Applicability of Temperature Discrete Equation to NMRF Boundary Layer Scheme in GRAPES Model

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Journal of Tropical Meteorology 2022年第1期28卷 12-28页

作者：张艳霞陈子通蒙伟光徐道生 Guangzhou Institute of Tropical and Marine Meteorology/Guangdong Provincial Key Laboratory of Regional Numerical Weather Prediction CMAGuangzhou 510641 China

By deriving the discrete equation of the parameterized equation for the New Medium-Range Forecast(NMRF)boundary layer scheme in the GRAPES model,the adjusted discrete equation for temperature is obviously different from the original equation under the background of hydrostatic equilibrium and adiabatic hypothesis.In the present research,three discrete equations for temperature in the NMRF boundary layer scheme are applied,namely the original(hereafter NMRF),the adjustment(hereafter NMRF-gocp),and the one in the YSU boundary-layer scheme(hereafter NMRF-TZ).The results show that the deviations of height,temperature,U and V wind in the boundary layer in the NMRF-gocp and NMRF-TZ experiments are smaller than those in the NMRF experiment and the deviations in the NMRF-gocp experiment are the smallest.The deviations of humidity are complex for the different forecasting lead time in the three experiments.Moreover,there are obvious diurnal variations of deviations from these variables,where the diurnal variations of deviations from height and temperature are similar and those from U and V wind are also similar.However,the diurnal variation of humidity is relatively complicated.The root means square errors of 2m temperature(T2m)and 10m speed(V10m)from the three experiments show that the error of NMRF-gocp is the smallest and that of NMRF is the biggest.There is also a diurnal variation of T2m and V10m,where T2m has double peaks and V10m has only one peak.Comparison of the discrete equations between NMRF and NMRF-gocp experiments shows that the deviation of temperature is likely to be caused by the calculation of vertical eddy diffusive coefficients of heating,which also leads to the deviations of other elements.

关键词： NMRF boundary layer scheme turbulent equation temperature discrete equation CMA-GD model

TRAMS_RUC_1 km模式初始场和侧边界方案的改进研究

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大气科学 2020年第3期44卷 625-638页

作者：徐道生陈德辉张邦林吴乃庚中国气象局广州热带海洋气象研究所区域数值预报重点实验室广州510640 中国气象局国家气象中心北京100081

本文从垂直分辨率、时间更新频率和要素完整性三个方面,对水平网格距为1 km的华南区域短时临近预报模式(TRAMSRUC1 km:Tropical Region Assimilation Model for South China SeaThe Rapid Update Cycle1 km)中的初始场和侧边界方案进行... 详细信息

本文从垂直分辨率、时间更新频率和要素完整性三个方面,对水平网格距为1 km的华南区域短时临近预报模式(TRAMSRUC1 km:Tropical Region Assimilation Model for South China SeaThe Rapid Update Cycle1 km)中的初始场和侧边界方案进行改进研究。首先选择一次华南飑线个例进行敏感性试验,研究结果表明:(1)提高初始场和侧边界的垂直分辨率以后,模式对飑线内部中小尺度对流系统引起的强降水中心的模拟结果明显更加接近实况,而增加中低层的垂直分辨率对预报的改进起到了主要作用。(2)将模式侧边界时间更新频率从6 h一次提高到1 h一次以后,模式侧边界要素场的逐小时剧烈变化信息可以比较完整的保留下来。在使用高时间分辨率的侧边界条件进行模拟时,粤西沿海地区的水汽辐合明显加强,这对原来模式预报飑线移速偏慢现象会有改善作用。(3)当模式侧边界条件具有较高的时空分辨率时,进一步补充垂直速度和云微物理变量的侧边界条件对于飑线模拟结果的影响并不明显。总的来说,提高初始场和侧边界的垂直分辨率以及增加侧边界更新的时间分辨率,对于区域高分辨率模式对这次华南飑线预报效果的改进具有重要意义,而忽略垂直速度和云微物理量的侧边界条件则是一种可以接受的简化。在个例研究的基础上,利用改进后的初、边界条件进行为期一个月(2019年4月份)的批量试验,评估结果表明新方案对于逐小时降水空间分布和日变化特征的模拟均有明显改善。

关键词：初始场侧边界垂直分辨率时间分辨率华南飑线