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四维变分方法反演低层风场能力研究

气象 2007年第1期33卷 11-18,I0001页

作者：牟容刘黎平许小永庄薇中国气象科学研究院灾害天气国家重点试验室北京100081

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... 详细信息

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。

关键词：多普勒雷达 4DVAR 低层风场准业务试验

一次梅雨锋暴雨的中尺度对流系统及低层风场影响分析

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气象 2017年第1期43卷 21-33页

作者：杨舒楠路屹雄于超国家气象中心北京100081 国家气候中心北京100081

本文利用常规气象观测资料,地面自动站加密观测资料和FY-2D、FY-2E卫星云图以及NCEP 1°×1°的FNL分析资料、EC 0.25°×0.25°的细网格模式数据等,对2015年6月15—18日梅雨锋暴雨过程的中尺度对流系统(MCS)活动特征、对流层低层风场对... 详细信息

本文利用常规气象观测资料,地面自动站加密观测资料和FY-2D、FY-2E卫星云图以及NCEP 1°×1°的FNL分析资料、EC 0.25°×0.25°的细网格模式数据等,对2015年6月15—18日梅雨锋暴雨过程的中尺度对流系统(MCS)活动特征、对流层低层风场对MCS发展的影响以及梅雨锋暴雨的垂直环流特征等进行了研究,结果表明:天气尺度梅雨锋上叠加的MCS的产生及向下游移动,以及其在安徽中部到江苏南部正涡度带作用下的发展增强,造成了江苏南部的局地强降水。强降水与中尺度低空急流核的位置吻合较好。在垂直方向上,高空急流入口区右侧与低空急流核左前方叠加,高低空急流耦合作用明显。在降水过程中,对流层低层具有较强的垂直风切变,有利于垂直涡度的增强和MCS的发展。对流层低层的垂直风切变也有利于不同源地的水汽在梅雨锋区汇集。梅雨锋北侧的干冷空气在对流层低(中)层以东北(西北)路径向锋区移动。南侧的暖湿气流沿西南路径移动、抬升,接近锋区后质点在上升过程中逐渐转向东移,在高空急流的抽吸作用下,快速向东流出,近地面层空气存在跨锋面环流。梅雨锋系统垂直方向上的次级环流是高层风场强烈辐散以及空气运动过程中质量补充和循环的结果。

关键词：梅雨锋暴雨中尺度对流系统低层风场环流结构

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暴雨云团发展和低层风场的关系

气象 1995年第1期21卷 14-18页

作者：金秀兰江苏省气象科研所

应用卫星云图、地面加密记录和各种常规资料，通过对４个台风暴雨个例云图特征和物理量场的综合诊断，探讨低层风场扰动对暴雨云团的激发作用。结果表明，中低纬度两类不同性质不同尺度云系相叠加，并在叠加区内出现低层风场扰动，则预... 详细信息

应用卫星云图、地面加密记录和各种常规资料，通过对４个台风暴雨个例云图特征和物理量场的综合诊断，探讨低层风场扰动对暴雨云团的激发作用。结果表明，中低纬度两类不同性质不同尺度云系相叠加，并在叠加区内出现低层风场扰动，则预示着台风倒槽北部将有暴雨云团发展，将引起华东北部地区降水强度突然增幅。

关键词：暴雨云团低层风场

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华北东部强降水天气低层风场分型及降水落区

气象 2004年第9期30卷 F002-F003页

作者：齐义君周艳军卢宪梅李延江河北省秦皇岛市气象台 066000

利用 1 992～ 2 0 0 1年 1～ 1 2月数值预报、天气图、卫星云图、渤海 4个测站及本区域 4个测站自记雨量、风向、风速等同步资料 ,对秦皇岛市出现的 1 8次暴雨、8次大雪天气过程进行综合对比分析 ,探讨了海区风向变化对降水落区的影响... 详细信息

利用 1 992～ 2 0 0 1年 1～ 1 2月数值预报、天气图、卫星云图、渤海 4个测站及本区域 4个测站自记雨量、风向、风速等同步资料 ,对秦皇岛市出现的 1 8次暴雨、8次大雪天气过程进行综合对比分析 ,探讨了海区风向变化对降水落区的影响。通过 2 0 0 2～ 2 0 0 3年试报Ts值为 53%。

关键词：降水数值预报天气图卫星云图低层风场

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江苏沿海低层风场精细化分析模拟研究

江苏沿海低层风场精细化分析模拟研究

作者：李星南京信息工程大学

学位级别：硕士

本文在江苏沿海地区观测资料的气候统计基础上,基于中尺度WRF模式,对该地区的低层风场进行精细化的模拟研究。精细化分析方法包括统计分析、数值模拟、插值绘图和公式计算等,经过深入的分析研究获得江苏沿海精细化低层风场的主要特征和... 详细信息

本文在江苏沿海地区观测资料的气候统计基础上,基于中尺度WRF模式,对该地区的低层风场进行精细化的模拟研究。精细化分析方法包括统计分析、数值模拟、插值绘图和公式计算等,经过深入的分析研究获得江苏沿海精细化低层风场的主要特征和相应的风能概况。江苏地区冬季盛行偏北季风,五年平均场显示,10m/s等风速线与海岸线的走向一致,并在海岸线附近最为密集。季节性的风场统计结果显示,夏季低风速频次多,冬季高风速频次多。在垂直方向上,随着高度的增加,相同等级的大风风速冬季出现频次显著高于夏季。将2010年冬季的要素场与五年均值相比,平均气压和气温偏低,而风速偏大。在了解江苏沿海冬季要素信息及风场特征基础上,采用WRF模式对2010年3月19日典型寒潮过程低层风场进行模拟。寒潮入侵时,江苏自北向南气温降温幅度递减,受地面主锋与副锋的影响,整个过程经历首次快速降温,气温弱回升和再次降温三个阶段。大风伴随降温,风速的减弱明显滞后气温的速降,随着气温回升风速增大。通过对近地层方案和边界层方案配置效果的对比,确定使用近地层方案MYJ Monin-Obukhov与边界层方案Eta MYJ TKE的配置,对此次寒潮过程低层风场和时间演变特征的模拟效果优于其它方案及配置。为探讨寒潮风场对近海SST和低层气温的响应情况,设计了两个敏感性试验：改变海表温度和改变低层温度场,探讨对低层风场结构特征的影响。试验结果表明,低层风场对海表温度与低层气温的短时过程演变都有显著响应。当近海SST数值增高后,沿海地区风速变化梯度减小,海上风速极大值区强度减弱。当增大寒潮过境前低层暖区气温,导致寒潮强度增强,区域整体风场的响应强度增大。寒潮冷锋移动速度加快,切变线后方的大风风速增强。最后利用以风速分级概率分布为权重,对风速加权求平均计算风功率密度的新方法,初步推算了江苏沿海地区的年平均风资源状况和寒潮过程的风资源状况,并与数值模拟结果进行对比,分析特殊天气过程中风能密度特征。

关键词：江苏沿海低层风场寒潮天气过程数值模拟

利用四维变分同化技术反演低层风场的准业务应用研究

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利用四维变分同化技术反演低层风场的准业务应用研究

作者：牟容中国气象科学研究院

学位级别：硕士

实时从新一代多普勒天气雷达径向速度资料中反演出可靠的三维风场对提高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,将有助于提高我国中小尺度天气的预报技术。本论文利用Sun等建立的... 详细信息

实时从新一代多普勒天气雷达径向速度资料中反演出可靠的三维风场对提高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,将有助于提高我国中小尺度天气的预报技术。本论文利用Sun等建立的4D-VAR同化算法,根据各参数对实时业务同化结果的不同影响简化4D-VAR同化方法,对单多普勒雷达资料4D-VAR同化技术实时反演低层风场的准业务应用的可能性进行了分析研究。主要结论如下:(1)湿模式迭代40次同化单部雷达资料的风场结果与双雷达反演、探空资料等所得的风场结构基本一致,可以将中尺度系统的主要结构反演出来。当我们仅考察风场结构时,干模式和湿模式的差异很小,相同条件下干模式反演风场也能达到湿模式的效果。(2)不同的初猜场和背景场会影响反演效果。使用前一时次模式反演结果作为背景场,可以取得更好的反演效果,尤其是迭代次数不多的情况;没有前一时刻模式反演结果作为背景场时,使用VAD分析作为初猜场也可以获得较好的反演效果,但是随着反演区域风场变化的增大,误差也会增大;使用零速度场作为初始场误差较大,不宜采用。分辨率大小和反演区域的变化对风场反演结果影响不大。(3)将模式移植到配置为Pentium4 Processor 2.0G/RAM 1G/PC上,干模式迭代15-20次可在6分钟内完成。利用VAD分析作为初始场,前一时次反演结果作为背景场,干模式迭代15次(简化4D-VAR同化方法),反演我国新一代多普勒天气雷达观测到的各类强天气过程,反演的风场结构与各类典型天气的基本特征都比较吻合,能在趋势上反映出流场特征。(4)将简化4D-VAR同化方法运用在识别辐合线、切变线中尺度系统中,反演风场计算的辐合、切变与直接使用PPI上的径向速度计算的辐合、切变,在形态和位置上基本一致,它能反映出系统的大多数辐合、切变。还能对一些流场方向垂直于雷达径向的辐合、切变进行一定程度的识别。间接地说明了采用简化4D-VAR同化方法算得的风场结果具有一定的合理性和可靠性。(5)将简化的4D-VAR同化技术并入敏视达雷达有限公司RPG业务软件中,模式的稳定性较好,反演的风场结构基本合理,能满足业务使用的需求。(6)对某些距离较近,又不能达到双(多)雷达反演产品要求的雷达资料,分别进行单部雷达风场反演,然后将风场拼图作为双(多)雷达的产品使用。

关键词：单多普勒雷达 4D-VAR同化低层风场准业务应用

基于多源融合数据的江苏近海低层风场模拟研究

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基于多源融合数据的江苏近海低层风场模拟研究

作者：吴佳敏南京信息工程大学

学位级别：硕士

本文利用中尺度WRF数值模式及其三维变分同化系统对江苏近海低层风场进行精细化的模拟研究。首先,对星地多源测风融合数据集进行稀疏化处理,之后,进行长时间序列的控制试验(不同化任何资料)、敏感性同化试验(将QuikSCAT卫星资料放入同... 详细信息

本文利用中尺度WRF数值模式及其三维变分同化系统对江苏近海低层风场进行精细化的模拟研究。首先,对星地多源测风融合数据集进行稀疏化处理,之后,进行长时间序列的控制试验(不同化任何资料)、敏感性同化试验(将QuikSCAT卫星资料放入同化模式)和多源测风同化试验(将经过稀疏化处理的星地多源测风融合数据放入同化模式),分别对上述3组试验结果进行真实性检验,评价不同试验方案对风场要素的模拟效果,并选取最优同化方案应用于大风天气过程的模拟分析。对2008年4月和7月江苏近海低层风场要素的模拟结果分析表明:星地多源测风融合数据集精度过高,需在同化前进行稀疏化处理,同化与模式分辨率相对接近的资料效果更好。同化不同资料对风场模拟的影响不同,相对于未同化任何观测的控制试验的模拟结果而言,同化试验均可以有效地改善研究区域风场的初始场质量,从分析场的逐时输出结果来看,同化试验对风速模拟结果改进明显,但对风向提高有限。通过对敏感性试验和多源测风同化试验的对比,确定使用多源测风同化试验。在了解同化多源融合数据模拟效果的基础上,分别对2008年7月29日-31日台风大风和12月21日-22日寒潮大风过程低层风场进行模拟分析。在对“凤凰”台风的模拟研究中,多源测风资料同化试验较好地把握住了台风整个发展演变过程中江苏近海低层风场的强度变化特征,但对降水模拟效果不佳。另以一次寒潮大风过程为研究对象,模式对寒潮大风过程强风区的风速分布、位置移动的判断较为准确,峰值风速模拟值略小于实测。两次模拟试验结果在风速的时间演变方面的模拟问题最大,模拟的结果超前于实际观测结果。

关键词：江苏近海低层风场台风大风寒潮大风多源融合数据

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复杂地形上的低层风场特征

解放军理工大学学报（自然科学版） 2006年第5期7卷 491-495页

作者：王桂玲蒋维楣解放军理工大学气象学院江苏南京211101 南京大学大气科学系江苏南京210093

为了获得复杂地形上的城市地区低层风场特征,结合各个分散站点的实测风场资料,利用质量守恒风场调整模式M CF进行了三维风场模拟分析。以北京为例,对该地区低层大气的平均流动状况和局地扰动状况进行了模拟,获得了该地区流场总体平均状... 详细信息

为了获得复杂地形上的城市地区低层风场特征,结合各个分散站点的实测风场资料,利用质量守恒风场调整模式M CF进行了三维风场模拟分析。以北京为例,对该地区低层大气的平均流动状况和局地扰动状况进行了模拟,获得了该地区流场总体平均状态和局地扰动状态的时空变化。结果表明:该地区风场季节变化主要受大尺度背景风场决定;流场的垂直分布主要由地形和背景风场共同决定。冬季流场主要受地形动力作用,而夏季则受热力作用,具有很强的局地环流;晴稳天气条件下,低层流场受地形扰动影响较强,其影响表现为水平涡旋形态,城市对涡旋产生也具有显著的影响。

关键词：质量守恒风场调整模式低层风场平均流动局地扰动

热带海表温度和低层风场的年际变率及与ENSO循环的相关特征研究

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气象学报 2001年第4期59卷 459-471页

作者：殷永红倪允琪南京大学大气科学系中国气象科学研究院北京100081

采用 NCEP/NCAR的 1 979～ 1 998年逐月平均的海表温度及 1 0 0 0 h Pa风场资料 ,进行滤波和均方差计算 ,得到了热带太平洋、印度洋、大西洋海表温度 (SST)和风场的年际变化特征。用旋转主分量 (RPC)方法和投影法对热带三大洋海表温度距... 详细信息

采用 NCEP/NCAR的 1 979～ 1 998年逐月平均的海表温度及 1 0 0 0 h Pa风场资料 ,进行滤波和均方差计算 ,得到了热带太平洋、印度洋、大西洋海表温度 (SST)和风场的年际变化特征。用旋转主分量 (RPC)方法和投影法对热带三大洋海表温度距平 (SSTA)进行分析 ,得到了各大洋 SSTA演变的主要时空特征和相应的距平风场特征 ;并用相关分析研究热带三大洋与ENSO相关的特征 ,得到三大洋间的同期相关关系为 :印度洋 SSTA与赤道东太平洋 SSTA成正相关 ,而赤道东大西洋 SSTA与赤道东太平洋 SSTA成弱的负相关 ;赤道印度洋在落后于赤道东太平洋 3个月左右时正相关达到最大 ,赤道大西洋在超前于赤道东太平洋 6个月左右时负相关达到最大 ;热带印度洋和大西洋与 ENSO相关的分量对各自大洋海表温度年际变化的方差贡献数值相近 ,最大在 40 %以上 ,平均解释方差分别为 1 4%和 1 2 %。

关键词：年际变化 ENSO 热带海表温度低层风场厄尔尼诺热带海洋海气相互作用