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地球系统模式和数值模拟研究 被引量:1
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作者 曾庆存 张明华 +1 位作者 戴永久 曾晓东 《气象学报》 北大核心 2025年第3期419-434,共16页
地球系统是将大气、陆地、海洋、冰冻圈、土壤和岩石圈以及其中的生物视为一个整体,由一系列相互作用过程联系起来的复杂非线性的多重耦合系统。地球系统模式(ESM)是描述这一复杂耦合系统的数学物理模式。ESM已超越气候系统模式对大气... 地球系统是将大气、陆地、海洋、冰冻圈、土壤和岩石圈以及其中的生物视为一个整体,由一系列相互作用过程联系起来的复杂非线性的多重耦合系统。地球系统模式(ESM)是描述这一复杂耦合系统的数学物理模式。ESM已超越气候系统模式对大气、陆地和海洋状态的物理描述,故不仅可用来做天气和气候预测,还可以研究环境和生态系统的演变过程,研究人类活动对气候和生态环境的影响,以及研究人类调控自然界工程的合理或最优的方案。概述了“地球系统模式”提出和研究的一些历史,地球系统模式的构成;简介了中国科学院地球系统模式(CAS-ESM)的一些主要特点,以及数值模拟的一些主要研究成果和应用;最后提出进一步发展的一些问题。 展开更多
关键词 气候系统模式 环境生态系统模式 耦合 地球系统模式 数值模拟 气候预测
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新型往返平漂式探空资料对长江中下游数值预报质量的影响
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作者 张鑫 王秋萍 +3 位作者 马旭林 张旭鹏 成巍 夏元彩 《大气科学》 北大核心 2025年第1期245-256,共12页
对于新型观测系统的建立,准确客观地评估其性能对系统的完善和发展具有重要的意义。我国新一代往返平漂式探空系统(Round-trip Drifting Sounding System,RDSS)创新性地突破了传统探空观测模式,通过一次释放实现“上升—平漂—下降”三... 对于新型观测系统的建立,准确客观地评估其性能对系统的完善和发展具有重要的意义。我国新一代往返平漂式探空系统(Round-trip Drifting Sounding System,RDSS)创新性地突破了传统探空观测模式,通过一次释放实现“上升—平漂—下降”三段式观测,拓展了现有探空观测的能力和范围。本文利用基于伴随模式的预报敏感性方法(Forecast Sensitivity to Observations,FSO),研究了长江中下游目标区数值预报质量对新型探空观测资料的敏感性。结果表明:试验时段内同化常规观测资料均能够不同程度地减小预报误差,提高预报质量,其中风场和温度观测的贡献最为显著。新型探空试验资料对长江中下游目标区预报具有显著正贡献,71.4%时次的预报误差有了进一步的减小。经向风和湿度观测对预报质量的改善最为明显。新型探空风场观测对预报误差的贡献具有明显的空间差异,预报误差减小的大值区主要分布在试验站本站及其附近区域;整层新型探空风场、温度、湿度观测对预报质量的正贡献比较显著,仅对流层中低层的纬向风观测对预报质量呈现弱的负贡献。 展开更多
关键词 数值预报 资料同化 预报敏感性 往返平漂式探空系统
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雷达反射率因子同化对云南一次降水过程模拟的影响
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作者 符睿 张诚忠 +4 位作者 陈新梅 周建琴 海云莎 齐大鹏 李彦霖 《高原山地气象研究》 2025年第1期68-76,共9页
本文选取2019年7月23日云南地区降水过程,将C波段多普勒雷达反射率因子资料,通过云分析系统引入CMAGD数值模式,分析引入反射率因子资料对模式预报效果的影响。结果表明:(1)引入反射率因子后,能明显改善3 h内的降水强度预报,但对降水落... 本文选取2019年7月23日云南地区降水过程,将C波段多普勒雷达反射率因子资料,通过云分析系统引入CMAGD数值模式,分析引入反射率因子资料对模式预报效果的影响。结果表明:(1)引入反射率因子后,能明显改善3 h内的降水强度预报,但对降水落区的改善不明显。(2)云水、霰、雨滴和云雪在前6 h增加明显,而云冰和水汽增加持续到第16 h。云冰在300 hPa、云雪在400 hPa、霰在500 hPa、水汽在600 hPa、云水和雨滴在700 hPa增量最显著。(3)600~500 hPa前12 h和300~100 hPa第12—21 h相对湿度增加2%~3%,850 hPa以下前9 h的相对湿度降低,且前3 h降低达5%。与水凝物类似,前3 h降水大值区与水凝物、相对湿度的大值区在空间上的对应关系并不十分吻合,这可能是水汽条件在此次降水过程中仅为背景作用所致。(4)降水较强的滇西南和滇东-滇东南区域,风场在引入反射率因子后表现为高层辐散、低层辐合,有利于降水发生。结合水凝物、相对湿度和风场的分析发现,此次降水过程的落区主要由局地抬升作用决定。 展开更多
关键词 雷达反射率因子 同化 降水 模拟
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基于IAPAGCM4气候模式的青藏高原积雪初始化对我国东部夏季降水预测的影响
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作者 陈红 《气候与环境研究》 北大核心 2025年第5期485-498,共14页
利用IAP AGCM4(Institute of Atmospheric Physics Atmospheric General Circulation Model 4)气候模式,首先采用基于标准化异常的积雪初始化方案,获取青藏高原区域相对“真实”的积雪初值。然后通过两组集合后报试验,考察青藏高原积雪... 利用IAP AGCM4(Institute of Atmospheric Physics Atmospheric General Circulation Model 4)气候模式,首先采用基于标准化异常的积雪初始化方案,获取青藏高原区域相对“真实”的积雪初值。然后通过两组集合后报试验,考察青藏高原积雪初值对我国东部夏季降水可预报性的影响,以检验初始化方案的有效性。结果表明:考虑“真实”的青藏高原区域初始积雪异常作用后,春季高原雪深模拟能力相比于常规后报试验有明显改进,特别是高原中西部地区改进显著;对夏季环流场可预报性的分析表明,考虑较真实的青藏高原积雪初值后,欧亚中高纬度环流场的可预报性有明显提高,东亚夏季风环流的预报技巧也有所改善,这些都有利于我国夏季降水预报技巧的改进;考虑积雪初值作用能提高模式对我国东部夏季降水的预报技巧,尤其是积雪显著异常年份。就东部分区而言,江淮区域降水预报技巧的改进最明显,36年平均的空间相关评分由0.02提高到0.11;最后通过个例分析进一步检验积雪初始化方案的有效性,结果表明,引入积雪初始化方案后,青藏高原积雪预报技巧得以改进,改进后的高原积雪通过影响东亚季风环流场,最终使我国东部夏季降水预报技巧得以改善。以上结果表明基于标准化异常的积雪初始化方案对提高我国短期气候的预测水平是有效的,可应用于实时预测中。 展开更多
关键词 青藏高原 积雪初始化 降水 预测
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贵州罕见冬季强冰雹过程分析和数值模拟研究
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作者 白慧 唐维尧 +2 位作者 严小冬 刘芸 杨娟 《高原山地气象研究》 2025年第2期46-56,共11页
本文利用多源气象观测资料和ERA5再分析资料,并结合CMA-MESO高分辨率数值模拟结果,分析了影响2024年初罕见冬季冰雹过程的主要天气系统及其时空演变和三维结构特征,发现2024年1月1日08时—2日08时(北京时,下同)贵州区域降水实况分为2个... 本文利用多源气象观测资料和ERA5再分析资料,并结合CMA-MESO高分辨率数值模拟结果,分析了影响2024年初罕见冬季冰雹过程的主要天气系统及其时空演变和三维结构特征,发现2024年1月1日08时—2日08时(北京时,下同)贵州区域降水实况分为2个阶段(1日19:00—2日00:00贵州中部以西以南冰雹为主的对流活动和2日00:00—08:00贵州中部以东以南降水为主的对流活动),并重点针对第1阶段冰雹过程开展研究。结果表明:(1)在冰雹过程发生前(1月1日14:00和18:00),云南东部及贵州西部有热低压发展,其热效应加强了贵州中部以西以南地区地面辐合和不稳定能量积聚。(2)在高低空环流场配置上,对流层高层辐散、中层高空短波槽东移扰动、中低层较明显的偏南暖湿气流及暖式切变,以及高低空干湿区叠加的共同影响,为冰雹过程提供了有利的动力、水汽和不稳定层结条件,地面静止锋的稳定维持是冰雹过程的主要天气尺度系统,为过程提供了触发条件,而地面锋前的上升运动与高空急流出口区的上升气流相叠加,对冰雹过程的发生发展起到了增强作用。(3)在21:30前后时段,长顺县发生了最强冰雹过程,飑线强回波单体活动也达到高峰,在对流层中低层形成回波悬垂结构,在低0℃层和-20℃层的背景下,强烈的上升气流循环托举雹胚,使得其表面不断凝结过冷水珠,为大冰雹的形成提供了必要条件。(4)CMA-MESO高分辨率数值模式一方面清晰地揭示了长顺县大冰雹发生发展时,由于中高层冷空气的侵入,在最强上升速度区域形成了显著的θse锋区,不仅增加了大气的不稳定度,也为对流天气的发生提供了触发机制;另一方面,通过高分辨率的探空曲线模拟,揭示出大冰雹发生前CAPE高值持续释放、风垂直切变持续增强、低层暖平流持续加强和中高层冷空气干入侵由强到弱的环境场变化对降雹区预报具有较好的指示意义。 展开更多
关键词 强冰雹 飑线 结构特征 CMA-MESO 冬季
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基于数值模式的NDVI变化对降水的响应研究
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作者 朱庆亮 《农业灾害研究》 2025年第7期254-256,共3页
研究利用中尺度数值模式分析植被变化对降水模拟的响应,将数值模式中的原始植被数据替换为基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)遥感数据归一化植被指数(NDVI)反演得到的植被覆盖度资料。探讨植被覆盖度变化情境下流域降水的响应。研究结果表... 研究利用中尺度数值模式分析植被变化对降水模拟的响应,将数值模式中的原始植被数据替换为基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)遥感数据归一化植被指数(NDVI)反演得到的植被覆盖度资料。探讨植被覆盖度变化情境下流域降水的响应。研究结果表明,植被覆盖度的变化会通过改变地表净辐射和地面温度等要素,进一步影响地气之间的能量交换。植被增加能显著促进局地对流的增强,进而间接影响局地降水。同时,反演得到的NDVI数据也表明黑河流域地区的植被覆盖程度呈提升趋势。 展开更多
关键词 植被覆盖度 数值模拟 归一化植被指数 降水
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热带岛屿多尺度降水系统的积云对流参数化方案模拟性能评估——以海南岛为例 被引量:1
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作者 焦悦 邢益航 +5 位作者 黄诗彤 吴晶 尚明 施晨晓 贺音 白磊 《气候变化研究快报》 2025年第3期321-336,共16页
降水作为地球水循环与能量循环的核心环节,对全球气候演变、水文过程及人类社会活动具有深远影响。热带地区贡献了全球约三分之二的降水量,而海南岛作为典型热带海岛,其独特的下垫面条件和复杂的海陆相互作用导致降水呈现多尺度、多形... 降水作为地球水循环与能量循环的核心环节,对全球气候演变、水文过程及人类社会活动具有深远影响。热带地区贡献了全球约三分之二的降水量,而海南岛作为典型热带海岛,其独特的下垫面条件和复杂的海陆相互作用导致降水呈现多尺度、多形态特征,对数值模式中积云对流参数化方案的适应性提出了更高挑战。本研究基于WRF模式(V4.2),选取7种积云对流参数化方案(包括Kain-Fritsch、BMJ、Modified Tiedtke等),结合ERA5再分析资料、地面观测站数据、CMPAS融合降水产品及GSMaP卫星反演数据,对海南岛2017年雨季13类典型降水案例开展高分辨率(5 km)模拟,并通过相关系数(R)、平均绝对误差(MAE)和Kling-Gupta效率系数(KGE)等多指标评估方案性能。结果表明:(1) Modified Tiedtke(cu6)和New Tiedtke (cu16)方案在热带海岛环境表现最优,尤其是Modified Tiedtke (cu6)在台风活跃期(9~10月)相关系数高达0.913,全案例平均达0.41 ± 0.26;(2) “灰区”分辨率(4~10km)下综合季节性和降水类型差异,提出分时段优化策略:传统的Kain-Fritsch方案(cu1)和改进的Kain-Fritsch方案(cu10)适合模拟降水增长过程,但需要注意其在时间和降水量上的系统性偏差;Modified Tiedtke方案(cu6)和BMJ方案(cu2)适合模拟弱降水过程,并且Modified Tiedtke方案(cu6)在强降水情况下表现也较好;Multi-scale Kain-Fritsch方案(cu11)、KSAS方案(cu14)和新版Tiedtke方案(cu16)则展现出较好的综合性能。(3) Multi-scale Kain-Fritsch方案(cu11)在降水中心位置、降水空间分布和虚假降水控制上表现出优异性能。(4)综合季节性和降水类型差异,提出分时段优化策略:台风季节和季风转换前期选择Modified Tiedtke方案(cu6)或新版Tiedtke方案(cu16),雨季盛期采用Kain-Fritsch方案(cu1)和Modified Kain-Fritsch方案(cu10)的集合平均。研究结果为热带海岛地区降水模拟的参数化方案优化提供了关键科学依据。Precipitation plays a pivotal role in the global water and energy cycles, significantly impacting climate evolution, hydrological processes, and human activities. The tropics contribute approximately two-thirds of global precipitation, and as a representative tropical island, Hainan Island exhibits distinct precipitation characteristics due to its unique underlying surface conditions and complex land-sea interactions, posing significant challenges to the applicability of cumulus convection parameterization schemes in numerical models. This study employs the Weather Research and Forecasting (WRF) model (V4.2) to simulate 13 typical precipitation cases during the 2017 rainy season at a high resolution (5 km), using seven cumulus parameterization schemes, including Kain-Fritsch, BMJ, Modified Tiedtke, etc. The simulation results are evaluated against ERA5 reanalysis data, ground-based observations, CMPAS merged precipitation products, and GSMaP satellite-derived data using multiple metrics, including correlation coefficient (R), mean absolute error (MAE), and Kling-Gupta efficiency (KGE). The results indicate that (1) the Modified Tiedtke (cu6) and New Tiedtke (cu16) schemes perform best in the tropical island environment, with Modified Tiedtke (cu6) achieving a correlation coefficient of up to 0.913 during the typhoon-active period (September–October) and an overall case-average of 0.41 ± 0.26;(2) considering the “gray-zone” resolution (4~10 km), a time-dependent optimization strategy is proposed: the traditional Kain-Fritsch scheme (cu1) and its modified version (cu10) are suitable for simulating precipitation growth but exhibit systematic biases in timing and magnitude, while the Modified Tiedtke scheme (cu6) and BMJ scheme (cu2) excel in weak precipitation scenarios, with Modified Tiedtke (cu6) also performing well in heavy precipitation events;(3) the Multi-scale Kain-Fritsch scheme (cu11), KSAS scheme (cu14), and New Tiedtke scheme (cu16) demonstrate strong overall performance, with the Multi-scale Kain-Fritsch scheme (cu11) exhibiting superior accuracy in capturing precipitation center locations, spatial distribution, and reducing false precipitation;(4) based on seasonal variations and precipitation type differences, a phased optimization strategy is recommended: the Modified Tiedtke scheme (cu6) or New Tiedtke scheme (cu16) for the typhoon season and early monsoon transition, and an ensemble of the Kain-Fritsch (cu1) and Modified Kain-Fritsch (cu10) schemes for the peak rainy season. This study provides critical scientific insights for optimizing cumulus parameterization schemes in precipitation simulations over tropical island regions. 展开更多
关键词 灰色地带分辨率 对流触发机制 虚假降水控制 地形过渡带 Kling-Gupta效率系数 多尺度对流系统
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基于注意力机制与加权趋势损失的风速订正方法
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作者 刘旭 杨昊 +4 位作者 梁潇云 陈静 李巧萍 李如清 陈敏 《应用气象学报》 北大核心 2025年第3期316-327,共12页
该文旨在改进风速订正模型,以提高第6代跨学科气候研究模式(Model for Interdisciplinary Research on Climate Version 6,MIROC6)历史时期10 m风速的模拟准确性。研究基于Informer模型,结合多层感知机,构造了非平稳Informer(Ns-Informe... 该文旨在改进风速订正模型,以提高第6代跨学科气候研究模式(Model for Interdisciplinary Research on Climate Version 6,MIROC6)历史时期10 m风速的模拟准确性。研究基于Informer模型,结合多层感知机,构造了非平稳Informer(Ns-Informer)10 m风速订正模型。研究提出了一种新的加权趋势均方误差损失函数,以优化模型在高风速条件下的订正性能,选取北京站、拐子湖站、茫崖站、吉安站4个代表站进行验证。结果表明:Ns-Informer在月尺度和年代际尺度上均能还原风速时间分布特征,订正后10 m风速的均方根误差降低20%~50%,在风速超过5 m·s^(-1)时表现最佳。Ns-Informer订正后的月平均10 m风速演变趋势与观测吻合度提高。在夏季和秋季订正效果显著,月平均10 m风速均方根误差降低25%以上。年代际变化趋势的订正表明Ns-Informer能矫正MIROC6对风速长期变化趋势的偏差,订正后的风速序列捕获了不同站点风速长期的上升或下降趋势。未来情景检验进一步表明:Ns-Informer能在SSP1-2.6情景下对高风速阈值的订正稳定性优于MIROC6。Ns-Informer可以有效降低MIROC6的系统偏差,为未来气候变化情景下风速的精确预估提供参考。 展开更多
关键词 神经网络 注意力机制 风速偏差订正 集合模拟
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数值天气预报资料同化的发展与展望
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作者 雷荔傈 翁富忠 +11 位作者 段晚锁 陈耀登 张林 王瑞春 杨俊 秦晓昊 韩威 李俊 闵锦忠 徐枝芳 陆其峰 龚建东 《气象学报》 北大核心 2025年第3期503-535,共33页
资料同化是结合数值天气预报与多源大气观测资料,以获得最能代表大气状态的数值天气预报所需初值的方法。随着数值模式和观测系统的迅速发展,资料同化已发展为可考虑大气不同时、空尺度不确定性特征、不同种类观测误差特性,具有动力约... 资料同化是结合数值天气预报与多源大气观测资料,以获得最能代表大气状态的数值天气预报所需初值的方法。随着数值模式和观测系统的迅速发展,资料同化已发展为可考虑大气不同时、空尺度不确定性特征、不同种类观测误差特性,具有动力约束、满足模式平衡性的先进理论和方法。也有越来越多的包括地面、飞机和卫星等多手段大气观测资料得以同化使用,包括极轨、静止气象卫星测量的辐射亮温,雷达探测的径向风和反射率因子信息,全球导航卫星系统无线电掩星探测资料等。为进一步改进高影响天气事件的数值预报,目标观测技术持续发展,指导获得最大预报正影响的观测区域。基于资料同化理论和方法的发展,中国的资料同化业务系统也得到了长足进步,建立了先进的资料同化业务系统,5 d全球天气预报水平在过去10年提升了约15%。在回顾过去百年资料同化发展历程的基础上,讨论了未来资料同化方法和业务系统框架的发展、新型观测资料的使用以及同化与人工智能的结合等研究方向。 展开更多
关键词 资料同化 多源观测 大气可预报性 数值天气预报
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基于计算流体力学的杭州亚运场馆大风风险模拟
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作者 张育慧 樊高峰 +3 位作者 何月 蔡菊珍 肖晶晶 俞布 《气候与环境研究》 北大核心 2025年第1期107-115,共9页
以2007年10月8日第16号台风“罗莎”为背景场,对杭州亚运场馆奥体区域进行大风风险模拟,结果表明:模型的绝对误差在0.3m/s以内,模型具有一定的可靠性;在8级风影响的设计情景下,杭州亚运奥体场馆区域内建筑群平均风速为12.9m/s,在高层建... 以2007年10月8日第16号台风“罗莎”为背景场,对杭州亚运场馆奥体区域进行大风风险模拟,结果表明:模型的绝对误差在0.3m/s以内,模型具有一定的可靠性;在8级风影响的设计情景下,杭州亚运奥体场馆区域内建筑群平均风速为12.9m/s,在高层建筑的狭管处区域风速超过了30m/s,最大风速达35.7m/s;台风大风强度超过24.6m/s(拔起树木)的危险性区域面积占比4.3%;台风大风强度超过20.8m/s(吹动屋瓦)的危险性区域面积占比9.8%;奥体中心体育场内部受到建筑的阻挡作用,受到外界大风天气的影响较小,对观众和运动员有较好的保护作用。研究成果对后期制定相关策略具有参考价值,加强亚运会体育场馆对大风的监测能力,分钟级气象预报与干预能力,特别是涉及室外运动项目的场馆所在区域,实行重点区域网格化应急布控与保障。 展开更多
关键词 计算流体力学模拟 亚运场馆 台风 大风风险
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基于ESMF/NUOPC耦合框架的GRIST-WW3气-浪耦合模式及其数值模拟初探
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作者 郜婕 容新尧 +2 位作者 张祎 付振 林鹏飞 《气象学报》 北大核心 2025年第5期1301-1312,共12页
气-浪相互作用是海-气交互面重要的动力学过程。海表空气动力粗糙度是气-浪相互作用的关键变量。旨在构建气-浪耦合系统并初步探索海浪模式提供的海表空气动力粗糙度对天气、气候模拟的影响。研究依托ESMF/NUOPC地球系统耦合框架,基于全... 气-浪相互作用是海-气交互面重要的动力学过程。海表空气动力粗糙度是气-浪相互作用的关键变量。旨在构建气-浪耦合系统并初步探索海浪模式提供的海表空气动力粗糙度对天气、气候模拟的影响。研究依托ESMF/NUOPC地球系统耦合框架,基于全球-区域一体化预测系统(GRIST)和海浪模式(WW3),发展了GRIST-WW3气-浪耦合模式系统。耦合系统中由大气模式提供海表10 m风场驱动海浪模式运行,根据海浪模式反馈的波浪参数计算海表粗糙度并导入大气模式。模拟结果表明,GRIST-WW3气-浪耦合模式系统能够保证大气和海浪模式的准确数据交换和高效运行,可再现和观测较为一致的海表风场和有效波高的空间分布。在南半球西风带和台风附近等高风速区域,GRIST模式模拟的10 m风速和有效波高相对ERA5再分析数据偏高。引入气-浪双向耦合过程显著提高了海表粗糙度的平均值和离散度,可减小高风速区域的模拟误差。在台风“烟花”个例的模拟试验中,气-浪耦合对台风中心最低气压的影响较小,对台风路径和10 m最大风速的模拟有一定优化效果。海表粗糙度参数化方案显著影响气-浪耦合模式系统在高风速区域的模拟准确性,方案后续优化应基于模式偏差特征,以降低风速模拟的偏差为主要出发点。 展开更多
关键词 气-浪耦合模式系统 ESMF/NUOPC 耦合框架 GRIST 台风模拟
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罗斯贝波和局地瞬变强迫对中国东部春季一次强降水事件的影响
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作者 王建波 于群 +3 位作者 韩艳凤 郭浩康 田莹 戈瑶 《气象学报》 北大核心 2025年第2期209-225,共17页
为探讨2023年4月初中国东部极端强降水事件大气环流异常的演变机理,基于逐日NCEP再分析资料,通过诊断罗斯贝波能量频散和瞬变波强迫,研究了罗斯贝波传播和局地瞬变波强迫在欧亚中高纬度大气环流“双阻”形势建立与维持过程的作用以及可... 为探讨2023年4月初中国东部极端强降水事件大气环流异常的演变机理,基于逐日NCEP再分析资料,通过诊断罗斯贝波能量频散和瞬变波强迫,研究了罗斯贝波传播和局地瞬变波强迫在欧亚中高纬度大气环流“双阻”形势建立与维持过程的作用以及可能的前兆信号,提出了中高纬度“双阻”型环流分布影响2023年4月初中国东部极端强降水的可能机制,结果指出:前期极涡较强,类似极地欧亚遥相关(类POL)作用引起乌拉尔山至东北亚地区高压脊发展,由北大西洋强降水激发的罗斯贝波向下游传播,在上游罗斯贝波和贝加尔湖西部冷空气瞬变强迫的共同作用下,乌拉尔山至东北亚地区上空形成较为稳定的“+−+”型,即“乌拉尔山阻塞高压、贝加尔湖低压槽和东北亚阻塞高压”双阻型分布形势:乌拉尔山、东北亚阻塞高压为异常热源,具有上下相当正压结构;贝加尔湖低压槽为异常冷源,上下为斜压结构;“双阻”型环流分布中的经向风异常增大了冷(暖)空气的向南(北)输送,当副热带西风急流中频散到中国东部的弱波动与中高纬度罗斯贝波同位相叠加时,中高纬度“+−+”型罗斯贝波向南伸展,加强经向风。在低空反气旋西南侧较强的南风和东北亚阻塞高压下沉气流增温的共同作用下,中国东部显著增温,随着贝加尔湖西部强冷空气下沉南压,中国东部相继形成了强冷锋、气旋和切变线,产生暴雪、寒潮、强对流和强降水天气。当北大西洋再次激发罗斯贝波向下游传播时,北大西洋东部阻塞高压加强东移,乌拉尔山阻塞高压减弱崩溃,中国东部降水结束。 展开更多
关键词 大气环流异常 罗斯贝波 瞬变强迫 “双阻”型环流分布 强降水
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川藏铁路不同站点的闪电活动差异及长期变化趋势
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作者 朱可欣 张鸿波 +5 位作者 郄秀书 孙竹玲 韦蕾 蒋如斌 袁善锋 徐晨 《大气科学》 北大核心 2025年第1期173-184,共12页
本文利用全球闪电定位网(WWLLN)2010~2019年期间订正探测效率后的资料,对川藏铁路沿线的闪电活动时空分布特征及其长期变化趋势开展研究。结果表明:川藏铁路沿线的闪电活动在高原3000 m以下的成都西—雅安段和高原3000 m以上的雅安—拉... 本文利用全球闪电定位网(WWLLN)2010~2019年期间订正探测效率后的资料,对川藏铁路沿线的闪电活动时空分布特征及其长期变化趋势开展研究。结果表明:川藏铁路沿线的闪电活动在高原3000 m以下的成都西—雅安段和高原3000 m以上的雅安—拉萨段呈现明显的时空分布不连续特征。闪电活动总体上呈现东多、西少的空间分布模态,雅安—拉萨附近的年均闪电密度[约10 fl(10 km)^(-2)a^(-1),fl表示flashes]远小于成都西—雅安附近[约50 fl(10 km)^(-2)a^(-1)]。雅安—拉萨附近的闪电活动更早爆发、更晚结束,集中在5~11月份;而成都西—雅安附近则主要集中在6~10月份。雅安—拉萨附近的闪电日活动在下午至晚间16:00~20:00达到峰值,而成都西—雅安附近的闪电日活动大多在凌晨00:00~06:00达到峰值。对十年观测资料分析发现,川藏铁路沿线闪电活动的上升幅度明显高于下降幅度。铁路沿线大部分区域,尤其是青藏高原上的区域闪电活动长期变化几乎都呈现上升趋势[可超过14 fl(10 km)^(-2a)^(-1)],且多数上升幅度大于70%,其中拉萨站附近增幅超过150%;但成都西至雅安站附近却呈显著下降趋势[约10 fl(10 km)^(-2)a^(-1)],下降幅度约60%。 展开更多
关键词 川藏铁路 闪电活动 时空不均匀 长期变化趋势
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高分辨率区域集合预报混合侧边界扰动方法研究
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作者 王婧卓 李红祺 +2 位作者 陈静 徐致真 姚梦颖 《气象》 北大核心 2025年第9期1029-1045,共17页
受限于有限区域,侧边界扰动是区域集合预报的主要扰动方法之一。然而,如何为中国气象局高分辨率区域集合预报系统构建侧边界扰动以提高预报技巧仍不明确。本文利用中国气象局全球集合预报系统扰动场及区域确定性模式的侧边界场,开发了... 受限于有限区域,侧边界扰动是区域集合预报的主要扰动方法之一。然而,如何为中国气象局高分辨率区域集合预报系统构建侧边界扰动以提高预报技巧仍不明确。本文利用中国气象局全球集合预报系统扰动场及区域确定性模式的侧边界场,开发了一种混合侧边界扰动方法,并通过动态扰动系数调整扰动振幅。结果表明,无侧边界扰动会抑制预报后期扰动能量的增长,导致集合离散度不足。混合侧边界扰动方案可提高α中尺度和大尺度的扰动能量谱,改进等压面要素和降水的离散度技巧和概率预报技巧。与混合侧边界扰动方案相比,动态混合侧边界扰动方案能增加波长100 km以上的波谱能量,提高离散度技巧关系及低层要素和24 h时效以后的降水概率预报技巧,显示出良好的业务应用潜力。 展开更多
关键词 高分辨率区域集合预报 混合侧边界扰动 动态扰动系数 离散度技巧关系
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利用地面格点Nudging改进华南前汛期暖区强降水的数值预报
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作者 郑宇豪 尹金方 +1 位作者 许先煌 李丰 《大气科学》 北大核心 2025年第2期587-602,共16页
数值模式对华南前汛期暖区强降水的再现能力存在显著的不确定性。2020年5月29日在广东省沿海发生了一次暖区强降水事件,所有数值预报几乎都漏报了此次降水。本研究采用地面格点Nudging技术设计了8组试验,探讨了格点Nudging地面观测资料... 数值模式对华南前汛期暖区强降水的再现能力存在显著的不确定性。2020年5月29日在广东省沿海发生了一次暖区强降水事件,所有数值预报几乎都漏报了此次降水。本研究采用地面格点Nudging技术设计了8组试验,探讨了格点Nudging地面观测资料对数值模拟结果的影响。结果表明,Nudging地面全气象要素(控制试验,EXP1)能够较好地再现广东省沿海岸线线状对流的发生发展时空演变及其强降水。Nudging不同地面要素的敏感性试验表明,Nudging地面水汽直接决定了对流的触发,主要是由于Nudging地面水汽在3小时之内迅速将对流层低层相对湿度从80%增加到趋近于饱和(99%),同时显著降低了对流抑制能、抬升凝结高度和自由对流高度;Nudging地面温度增大了位温扰动,增加了热浮力,一定程度上有助于对流的触发和组织,未Nudging地面温度时对流的发生发展明显滞后,且对流系统组织较松散;Nudging地面风场有助于修正近地层西南风风向,使对流演变和降水量更接近观测。最后开展了6组试验探讨了Nudging时长对模拟结果的影响,结果显示Nudging地面全气象要素6小时的模拟效果与控制试验几乎一致,可较好地再现此次暖区强降水过程。尽管水汽在前3小时之内迅速增加,但一定时间(3小时)的水汽维持有助于对流的快速发展。因此,在模式积分前期(6小时),采用格点Nudging地面加密观测资料一定程度上可改善华南暖区强降水的数值预报性能。 展开更多
关键词 地面格点Nudging 华南前汛期 暖区强降水 数值预报
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佛山新机场建成对局地雾及低云影响的数值模拟分析
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作者 刘艳群 张羽 +6 位作者 张骥 张柳红 黄浩辉 吴昊 秦鹏 周皓宇 植石群 《海洋气象学报》 2025年第4期45-54,共10页
为分析佛山新机场场址下垫面改造对造成低能见度天气的局地雾及低云的影响,利用数值模拟和观测资料相结合的方法,分析机场场址下垫面改造前后能见度、低云、相对湿度的演变特征。结果得出:(1)预选场址的低云与低能见度主要出现在凌晨至... 为分析佛山新机场场址下垫面改造对造成低能见度天气的局地雾及低云的影响,利用数值模拟和观测资料相结合的方法,分析机场场址下垫面改造前后能见度、低云、相对湿度的演变特征。结果得出:(1)预选场址的低云与低能见度主要出现在凌晨至清晨,二者的日变化分布特征类似,低云和低能见度出现的日数分别占全年总日数的11.0%和19.7%;(2)模拟结果表明机场建成后改变下垫面类型和地形高度,会造成局地气温升高,相对湿度降低,尤其是夜间相对湿度的降幅可超过10%,进而抑制雾的形成,改善能见度,能见度改善幅度最大可超过10 km,且由于高湿层的明显抬高,难以凝结成云,低云的出现频次减少。研究定量揭示了下垫面改造对低能见度的抑制效应,直接服务于飞行安全阈值设计,为机场安全运行提供气象风险预判,也可为同类交通枢纽等重大基建项目选址提供气候效应研判参考。 展开更多
关键词 新机场 下垫面改造 雾与低云 能见度 数值模拟
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FY-4A卫星AGRI辐射资料直接同化对华南一次极端降水预报的影响
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作者 姚乐宝 沈丹 +2 位作者 王东海 周括 李国平 《中山大学学报(自然科学版)(中英文)》 北大核心 2025年第5期100-115,共16页
风云四号A星(FengYun-4A,简称FY-4A)是我国新一代静止气象卫星的首发星。围绕其成像仪辐射资料的直接同化,聚焦其如何提高极端降水预报准确性及多通道组合同化是否优于单通道同化2个科学问题开展研究。基于WRF(weather research and for... 风云四号A星(FengYun-4A,简称FY-4A)是我国新一代静止气象卫星的首发星。围绕其成像仪辐射资料的直接同化,聚焦其如何提高极端降水预报准确性及多通道组合同化是否优于单通道同化2个科学问题开展研究。基于WRF(weather research and forecasting)和GSI(gridpoint statistical interpolation)框架,采用观测算子替代方案测试了GSI同化系统在晴空条件下对FY-4A AGRI(advanced geostationary radiation imager)红外通道辐射资料的直接同化性能。设计多组同化预报试验,对比了其对1次季风低压极端强降水天气过程的循环同化和预报影响。结果表明,采用GOES-15(geostationary operational environmental satellite-15)IMAGER观测算子替代方案直接同化3.75、6.25、10.8和13.5μm 4个FY-4A AGRI红外通道的试验,及上述方案附加采用Himawari-8 AHI(advanced himawari imager)观测算子替代方案直接同化7.1、8.55和12.0μm 3个FY-4A AGRI红外通道的试验,可在洋面上空关键位置产生中心强度更大、水平分布范围更广、垂直涵盖层次更深厚的正水汽混合比分析增量,并在区域高分辨率数值预报中改善了低层暖湿条件,明显地提高了特大暴雨落区范围和雨带形态走向的预报准确性。 展开更多
关键词 AGRI辐射资料 极端降水预报 WRF模式 GSI同化系统 华南
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距平积分订正方法对中国西南复杂地形区域数值天气预报的改进
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作者 常俊 张述文 +1 位作者 任星露 冉津江 《高原气象》 北大核心 2025年第4期974-986,共13页
利用基于历史资料的模式距平积分预报订正(ANO)方法,结合欧洲中期天气预报中心第五代(ERA5)全球再分析资料,对中国西南区域数值天气预报模式系统(简称SWMS)预报产品进行订正试验,检验了ANO方法对2019年6月20-25日一次复杂地形条件下灾... 利用基于历史资料的模式距平积分预报订正(ANO)方法,结合欧洲中期天气预报中心第五代(ERA5)全球再分析资料,对中国西南区域数值天气预报模式系统(简称SWMS)预报产品进行订正试验,检验了ANO方法对2019年6月20-25日一次复杂地形条件下灾害性区域暴雨过程气象要素的中短期天气预报订正改进效果。结果发现,SWMS模式在对流层中上层的预报性能较好,但在中低层随着高度降低预报质量逐渐下降,经ANO方法订正后各预报变量均有所改进,前72 h预报500 hPa和700 hPa位势高度场的平均距平相关系数(ACC)提高0.1~0.2,达到0.8左右,而850 hPa的位势高度ACC最大提高0.6;同时,700 hPa和850 hPa订正位势高度的均方根误差(RMSE)降低显著,分别平均降低了24%和66%。温、湿、风场的订正效果也显示出很好的正效果,展示了基于历史资料的ANO方法对我国西南复杂地形区域中短期数值预报的订正能力和提高SWMS模式数值预报技巧的有效性。 展开更多
关键词 数值预报订正 ANO方法 距平积分 复杂地形 SWMS模式
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东南极地区WRF模式3种边界层参数化方案的评估
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作者 胡杰 杨堤益 +1 位作者 邹小伟 丁明虎 《极地研究》 北大核心 2025年第1期11-25,共15页
由于极地自然环境恶劣,大气观测受到较大的限制,因此,极地数值天气预报模式(Polar WRF)是在该地区开展大气科学研究的重要手段之一。本文利用Polar WRF 4.1.1模式对2020年3月—2021年3月东南极近地面气象要素进行模拟,对模式中3种边界... 由于极地自然环境恶劣,大气观测受到较大的限制,因此,极地数值天气预报模式(Polar WRF)是在该地区开展大气科学研究的重要手段之一。本文利用Polar WRF 4.1.1模式对2020年3月—2021年3月东南极近地面气象要素进行模拟,对模式中3种边界层参数化方案进行适用性评估,并利用4个从东南极海岸至冰盖穹顶分布的自动气象站逐小时地面常规气象观测资料进行分析验证。结果表明,在沿海站点,ACM2方案考虑了热量和湍流通量的多层结构,对相对湿度、风速和气压的模拟效果最好(偏差分别为–12.53%,–1.38 m·s^(–1)和0.37 hPa),整体表现出最好的模拟效果;在内陆站点,ACM2和YSU方案较强的非局地作用使得热力强迫引导的湍流混合增加,模拟效果更好;在穹顶站点,下垫面类型较为单一,局地方案(MYJ)对气温和风速的模拟效果最好(偏差分别为3.32℃和3.76 m·s^(–1))。本研究结果对未来极区边界层参数化方案改进与更系统地开展极区边界层数值模拟有重要参考价值。 展开更多
关键词 PolarWRF 东南极 数值模拟 边界层方案
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基于对流尺度集合模拟的江淮暴雨预报不确定性来源分析
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作者 张璐 庄潇然 +3 位作者 闵锦忠 张振东 杨茜茜 徐渊 《气象学报》 北大核心 2025年第2期286-303,共18页
选取发生在江淮地区暖季的一次系统性锋面暴雨(Frontal rainfall,FR)和一次局地暖区暴雨(Warm-sector rainfall,WR)过程作为研究对象,通过考虑初值(IC)、侧边界条件(LBC)和模式(MO)不确定性,设计了7组对流尺度集合预报试验,用于分析FR... 选取发生在江淮地区暖季的一次系统性锋面暴雨(Frontal rainfall,FR)和一次局地暖区暴雨(Warm-sector rainfall,WR)过程作为研究对象,通过考虑初值(IC)、侧边界条件(LBC)和模式(MO)不确定性,设计了7组对流尺度集合预报试验,用于分析FR和WR的预报不确定性来源,并评估不同来源扰动对于两类降水过程不确定性的表征能力。结果表明:联合扰动试验较单一扰动试验能够产生更大的降水离散度,其中引入MO扰动可以修正降水系统偏差,特别是体现在WR中。FR的预报不确定性主要来自于天气尺度低空急流和冷、暖气流交汇处,其中低空急流的强度、位置和高度形成的三维结构决定了锋面降水的位置和强度,引入MO扰动能够提升集合预报对于冷、暖空气交汇处预报不确定性的表征;相比之下,WR预报不确定性主要来源于边界层及山脉背风坡附近的局地风辐合,其中模式物理参数的配置对于边界层热、动力要素较为敏感,合适的MO扰动能够更好地体现局地暖区暴雨的预报不确定性,从而提升集合预报表现。 展开更多
关键词 锋面暴雨 暖区暴雨 对流尺度集合模拟 预报不确定性
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