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半隐式半拉格朗日动力框架的动能谱分析 被引量:26
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作者 郑永骏 金之雁 陈德辉 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期143-157,共15页
大量的观测事实表明自由大气动能谱与波数之间满足如下关系:在大尺度区域满足E∝k-3关系,过渡到中尺度区域表现为E∝k-5/3关系。数值模式动能谱是测量模式动力框架的耗散的直接度量,而耗散对模式的性能有着重要影响,因此动能谱是研究和... 大量的观测事实表明自由大气动能谱与波数之间满足如下关系:在大尺度区域满足E∝k-3关系,过渡到中尺度区域表现为E∝k-5/3关系。数值模式动能谱是测量模式动力框架的耗散的直接度量,而耗散对模式的性能有着重要影响,因此动能谱是研究和评估模式动力框架的非常规的有效方法。文中使用基于半隐式半拉格朗日动力框架的全球/区域一体化模式GRAPES进行数值模拟试验,然后计算GRAPES模式的动能谱并与实际观测得到的大气动能谱比较,得到GRAPES模式能够很好地复制出实际大气动能谱的分布特征,包括从大尺度区域的E∝k-3关系向中尺度的E∝k-5/3关系的过渡特征。并且发现GRAPES模式存在最大有效时间步长,当时间步长小于最大有效时间步长时,模式动能谱随时间步长增大而逐渐衰减;当时间步长大于最大有效时间步长时,模式动能谱随时间步长增大而虚假增长。同时通过与实际大气动能谱比较,发现模式动能谱在5Δx波长附近开始明显衰减,因此将5Δx波长定义为GRAPES模式的最高有效分辨尺度;当空间分辨率提高与时间步长等相协调时,中小尺度模式动能谱向中小尺度延伸而更接近实际大气动能谱;当空间分辨率提高与时间步长等不相协调时,中小尺度模式动能谱存在较大误差,相应的大尺度模式动能谱亦存在较大误差。此外,时间步长对模式spinup过程有着重要的影响,较小时间步长时,spinup过程能够很好发展出合理的动能谱结构,在物理空间上表现为模式能够在spinup时间内生成和发展出合理的中小尺度系统;而较大时间步长时,spinup过程很难发展出合理的动能谱结构,在物理空间上表现为模式未能在spinup时间内生成和发展出合理的中小尺度系统。最后,GRAPES模式动能谱与WRF模式动能谱具有一致性,GRAPES全球中期模式能够完美地模拟出大尺度的E∝k-3动能谱特征。综上所述,本文通过研究GRAPES模式动力框架的动能谱得到了一些有意义的结果,为进一步研究、完善、优化和应用模式提供了科学的指导,可见动能谱是评估模式动力框架的有效方法。 展开更多
关键词 动能谱 GRAPES模式 半拉格朗日动力框架 最高有效分辨尺度 最大有效时间步长 中小尺度 SPIN up
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涡旋发展和移动的动力和热力问题Ⅰ:PV-Q观点 被引量:31
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作者 郑永骏 吴国雄 刘屹岷 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期185-197,共13页
基于从三维埃尔特尔位涡(PV_e)方程推导出的垂直涡度的拉格朗日变化方程,从位涡和非绝热加热(PV-Q)的观点研究涡旋的发展和移动,阐明了涡旋中非均匀的非绝热加热在垂直和水平方向的非对称分布对涡旋发展和移动的影响。应用得到的理论结... 基于从三维埃尔特尔位涡(PV_e)方程推导出的垂直涡度的拉格朗日变化方程,从位涡和非绝热加热(PV-Q)的观点研究涡旋的发展和移动,阐明了涡旋中非均匀的非绝热加热在垂直和水平方向的非对称分布对涡旋发展和移动的影响。应用得到的理论结果分析了2008年7月下旬一次青藏高原低涡的发展和移动过程,该低涡形成于青藏高原中西部,东移滑山青藏高原然后继续东移,给四川盆地和长江中下游带来强降水。低涡的垂直涡度发展可分解成由非绝热加热、位涡水平分量(PV_2)和静力稳定度(θ_z)变化引起的3个部分。结果表明,在大多数情形下,非绝热加热对垂直涡度发展起着主导作用;其次是位涡水平分量(PV_2)变化的作用;当稳定大气变得更稳定时θ_z变化起负作用,当大气趋向中性层结时θ_z变化则起正作用。2008年7月22日06—12时(世界时),当青藏高原低涡沿着四川盆地东北边的斜坡爬升时,低涡加强主要是由位于涡旋东边的强降水凝结潜热加热引起的。非绝热加热的垂直梯度在非绝热加热的最大中心的下(上)层产生正(负)PV_c制造,正的PV_e制造不仅加强低层涡旋的发展,而且,增强涡旋的垂直范围。非绝热加热的水平梯度对位涡变化的影响取决于加热中心处的水平风的垂直切变,其在该水平风的垂直切变的右(左)边产生了正(负)的PV_e制造。水平风的垂直切变的右边的正PV_e制造不仅加强了该处的垂直涡度,而且,影响着低涡的移动方向。这些诊断结果证实了PV-Q观点的理论结果。 展开更多
关键词 青藏高原低涡 涡旋发展 位涡 非绝热加热 拉格朗日变化
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对偶Kriging插值方法在气象资料分析中的应用 被引量:12
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作者 郑永骏 金之雁 《应用气象学报》 CSCD 北大核心 2008年第2期201-208,共8页
非对偶Kriging方法是一种局部插值,因此对每个插值点都要重新求解Kriging线性系统从而非常耗时。该文介绍了通过等价变换将泛Kriging方法转换成对偶Kriging方法,对偶Kriging方法是一种全局插值,其Kriging线性系统不依赖插值点,因此仅需... 非对偶Kriging方法是一种局部插值,因此对每个插值点都要重新求解Kriging线性系统从而非常耗时。该文介绍了通过等价变换将泛Kriging方法转换成对偶Kriging方法,对偶Kriging方法是一种全局插值,其Kriging线性系统不依赖插值点,因此仅需一次求解Kriging线性系统即可计算所有插值点的值,从而极大提高了计算效率。数值试验的实际计算表明,对偶Kriging方法不仅计算精度完全与泛Kriging方法一致,整体效果相当于或优于GrADS绘图软件的Cressman方法;而且对偶Kriging方法的计算效率远高于泛Kriging方法。最后,该文通过统计与拟合得到了降水的4类半变异函数模型的表达式,并通过敏感试验研究4类半变异函数模型对降水分析精度的影响。 展开更多
关键词 对偶Kriging Kriging线性系统 等价变换 计算效率 半变异函数
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广西气象台城市空气质量预报业务系统 被引量:1
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作者 郑永骏 董惠青 覃天信 《广西气象》 2001年第4期37-39,共3页
介绍广西气象台城市空气质量预报业务系统的流程规范、设计思想。
关键词 空气质量预报 业务系统 广西气象台 城市 流程规范 设计思想 功能模块
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梅雨锋强降水与低空急流日变化的观测分析和数值模拟 被引量:17
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作者 周静 郑永骏 +1 位作者 苗春生 罗亚丽 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2017年第5期750-761,共12页
利用地面加密自动站逐小时观测资料和ERA-Interim再分析资料,分析了2011年6月江淮流域的5次强降水过程和西南低空急流的日变化特征。发现强降水的日变化与西南低空急流的日变化一致:02—08时增强,14时减弱。这主要是由于夜间边界层内的... 利用地面加密自动站逐小时观测资料和ERA-Interim再分析资料,分析了2011年6月江淮流域的5次强降水过程和西南低空急流的日变化特征。发现强降水的日变化与西南低空急流的日变化一致:02—08时增强,14时减弱。这主要是由于夜间边界层内的惯性振荡,导致西南低空急流增强从而使得梅雨锋水汽通量辐合增强,降水增强;而白天由于边界层混合摩擦力增大,致使西南低空急流减弱或消失,降水减弱。WRF数值模拟试验不仅重现了观测的日变化特征,而且证实了江淮暴雨和西南低空急流的日变化主要是由非地转风的日变化造成:白天边界层混合强,风为次地转;而夜间边界层混合消失,气压梯度力和科氏力平衡的惯性振荡使得风为超地转。 展开更多
关键词 梅雨锋暴雨 西南低空急流 日变化特征 非地转风 太阳加热
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南宁市酸雨频率特征分析 被引量:12
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作者 董蕙青 黄海洪 +1 位作者 高安宁 郑永骏 《气象科技》 北大核心 2003年第2期101-104,108,共5页
通过对 1999年 1月至 2 0 0 2年 10月南宁市酸雨观测数据进行统计分析 ,发现南宁市的酸雨频率较高 ,2 0 0 0年为 6 1 8% ;酸雨的酸度 (pH值小 )较大 ,其酸雨频率分布特征为夏半年较低 ,冬半年较高。将各季节酸雨分布状况与气象条件进行... 通过对 1999年 1月至 2 0 0 2年 10月南宁市酸雨观测数据进行统计分析 ,发现南宁市的酸雨频率较高 ,2 0 0 0年为 6 1 8% ;酸雨的酸度 (pH值小 )较大 ,其酸雨频率分布特征为夏半年较低 ,冬半年较高。将各季节酸雨分布状况与气象条件进行综合分析 ,发现其与地面和高空风向频率有很好的关系。 展开更多
关键词 南宁市 酸雨 频率特征 统计分析 气象观测 高空风向频率 大气环流特征 降水 大气污染
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涡旋发展和移动的动力和热力问题Ⅱ:广义倾斜涡度发展 被引量:10
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作者 吴国雄 郑永骏 刘屹岷 《气象学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期198-208,共11页
从位涡-位温(PV-θ)以及拉格朗日观点,引入广义倾斜涡度发展的概念研究绝热条件下的垂直涡度发展。广义倾斜涡度发展是一个与涡度发展的坐标无关的概念框架,该框架包括倾斜涡度发展。倾斜涡度发展研究当大气处于稳定或不稳定层结情形,... 从位涡-位温(PV-θ)以及拉格朗日观点,引入广义倾斜涡度发展的概念研究绝热条件下的垂直涡度发展。广义倾斜涡度发展是一个与涡度发展的坐标无关的概念框架,该框架包括倾斜涡度发展。倾斜涡度发展研究当大气处于稳定或不稳定层结情形,空气质点沿着向上凸的陡峭等熵面下滑或沿着向下凹的陡峭等熵面上滑过程垂直涡度激烈发展。因此,倾斜涡度发展是研究强烈天气过程的涡度发展非常强的情形。此外,广义倾斜涡度发展概念澄清了涡度发展和倾斜涡度发展的区别,涡度发展和倾斜涡度发展的判别标准表明,倾斜涡度发展的要求比涡度发展的要求严格很多。在空气质点沿着向上凸的陡峭等熵面下滑或沿着向下凹的陡峭等熵面上滑过程,当在稳定大气中静力稳定度(θ_z)迅速减小或在不稳定大气中静力稳定度(θ_z)迅速增大,即静力稳定度(θ_z)趋于0时,如果C_D<0,那么垂直涡度将急速发展。应用得到的理论结果分析了2008年7月下旬的一次青藏高原低涡过程,该低涡形成于青藏高原中西部,东移滑出青藏高原然后继续东移,给四川盆地和长江中下游带来强降水。诊断表明,2008年7月22日00—06时(世界时)青藏高原低涡沿着四川盆地东北边的斜坡爬升时低涡加强发展,PV_2变化对低涡加强发展有贡献,因为此时的水平涡度(η_s)变化和斜压度(θ_s)变化都对垂直涡度发展起正贡献。而且,22日06时,330 K等熵面的倾斜涡度发展判据满足,表明倾斜涡度发展并对垂直涡度发展起重要贡献。围绕着低涡中心较强的涡度发展和倾斜涡度发展信号表明,广义倾斜涡度发展概念框架可以作为诊断天气过程的一个有用工具。 展开更多
关键词 位涡 涡度发展 倾斜涡度发展 广义倾斜涡度发展
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广西城市空气质量预报技术 被引量:12
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作者 董蕙青 郑永骏 +1 位作者 黄海洪 李雄 《气象科技》 北大核心 2002年第6期349-352,共4页
以南宁市为例介绍广西城市空气质量预报技术。对南宁市二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物等污染物平均浓度与气象要素的相关分析表明 ,污染物浓度与地面、高空气象要素相关非常好。在未来 2 4~ 36小时天气预报基础上 ,采用动态统计预... 以南宁市为例介绍广西城市空气质量预报技术。对南宁市二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物等污染物平均浓度与气象要素的相关分析表明 ,污染物浓度与地面、高空气象要素相关非常好。在未来 2 4~ 36小时天气预报基础上 ,采用动态统计预报两种模式对城市空气质量进行预报 ,并根据污染日的影响天气系统类型对两种模式预报结果进行订正。业务实践证明预报准确率较高。 展开更多
关键词 广西 城市空气质量预报 数值预报模式 动态统计预报模式
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中尺度海-气耦合模式GRAPES_OMLM对台风珍珠的模拟研究 被引量:5
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作者 王子谦 段安民 +3 位作者 郑永骏 刘琨 梁旭东 马光 《气象学报》 CSCD 北大核心 2012年第2期261-274,共14页
利用全球/区域同化与预报系统GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)和改进的Mellor-Yamada型海洋混合层模式OMLM(Ocean Mixed Layer Model),建立了一个新的中尺度海-气耦合模式GRAPES_OMLM,并利用该模式对发生... 利用全球/区域同化与预报系统GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)和改进的Mellor-Yamada型海洋混合层模式OMLM(Ocean Mixed Layer Model),建立了一个新的中尺度海-气耦合模式GRAPES_OMLM,并利用该模式对发生于南海的台风珍珠(0601)进行了模拟研究,检验了GRAPES_OMLM对台风的模拟性能,并分析了局地海-气相互作用对台风的影响。结果表明,GRAPES_OMLM基本能模拟出台风天气过程中的主要物理过程。考虑了海-气相互作用的耦合试验所模拟出的台风强度、近台风中心最大风速以及台风后期移动路径,相对于两组控制试验(单独大气模式)的模拟结果都有较大的改进。而且,采用逐日变化海表温度作为下边界条件的控制试验2的模拟结果相对于SST不变的控制试验1更接近观测。耦合模式GRAPES_OMLM能较好地模拟出台风过境海表温度的变化,台风珍珠在其路径右侧有超过4.0℃的降温。SST的变化和海表风应力的变化呈反相关系,风应力的增大伴随着海洋近表层湍流动能(TKE)的加强,大风动力作用是SST降低的主要原因。SST的降低致使海洋向台风输送的热通量减少,进而削弱了台风的强度并改变台风环流结构,同时通过改变位势涡度趋势的一波结构(WN-1)来影响台风的移动路径。 展开更多
关键词 耦合模式 台风模拟 局地海-气相互作用
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广西城市空气污染预报业务系统的建立 被引量:3
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作者 钟善锦 董蕙青 郑永骏 《气象》 CSCD 北大核心 2005年第1期59-62,共4页
应用数值预报与动态统计预报相结合的集成预报技术方法 ,将城市大气污染数值预报 (CAPPS)模式、动态统计模式、Sybase数据库、网页技术等有机地结合起来 ,建立广西城市空气污染预报系统 ,形成了流畅的集资料传输交换、预报模式运算、预... 应用数值预报与动态统计预报相结合的集成预报技术方法 ,将城市大气污染数值预报 (CAPPS)模式、动态统计模式、Sybase数据库、网页技术等有机地结合起来 ,建立广西城市空气污染预报系统 ,形成了流畅的集资料传输交换、预报模式运算、预报制作与发布于一体的气象系统和环保系统预报会商的综合业务工作平台 ,在广西气象台同时对南宁、桂林和北海的城市空气污染做出预报。将近两年的业务实践应用表明 ,所建立的空气污染预报系统性能稳定、技术成熟、自动化程度和预报准确率高。 展开更多
关键词 数值预报 预报准确率 业务系统 集成预报 气象台 气象系统 资料传输 城市空气污染 环保系统 城市大气污染
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Dynamical and Thermal Problems in Vortex Development and Movement.Part I:A PV-Q View
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作者 郑永骏 吴国雄 刘屹岷 《Acta meteorologica Sinica》 SCIE 2013年第1期1-14,共14页
Based on the Lagrangian change equation of vertical vorticity deduced from the equation of three-dimensional Ertel potential vorticity (PVe), the development and movement of vortex are investigated from the view of ... Based on the Lagrangian change equation of vertical vorticity deduced from the equation of three-dimensional Ertel potential vorticity (PVe), the development and movement of vortex are investigated from the view of potential vorticity and diabatic heating (PV Q). It is demonstrated that the asymmetric dis-tribution in the vortex of the non-uniform diabatic heating in both vertical and horizontal can lead to the vortex's development and movement. The theoretical results are used to analyze the development and move-ment of a Tibetan Plateau (TP) vortex (TPV), which appeared over the TP, then slid down and moved eastward in late July 2008, resulting in heavy rainfall in Sichuan Province and along the middle and lower reaches of the Yangtze River. The relative contributions to the vertical vorticity development of the TPV are decomposed into three parts: the diabatic heating, the change in horizontal component of PVe (defined as PV2), and the change in static stability θz. The results show that in most cases, diabatic heating plays a leading role, followed by the change in PV2, while the change of θz usually has a negative impact in a stable atmosphere when the atmosphere becomes more stable, and has a positive contribution when the atmosphere approaches neutral stratification. The intensification of the TPV from 0600 to 1200 UTC 22 July 2008 is mainly due to the diabatic heating associated with the precipitation on the eastern side of the TPV when it uplifted on the up-slope of the northeastern edge of the Sichuan basin. The vertical gradient of diabatic heating makes positive (negative) PVe generation below (above) the maximum of diabatic heating; the positive PVe generation not only intensifies the low-level vortex but also enhances the vertical extent of the vortex as it uplifts. The change in PVe due to the horizontal gradient of diabatic heating depends on the vertical shear of horizontal wind that passes through the center of diabatic heating. The horizontal gradient of diabatic heating makes positive (negative) PVe generation on the right (left) side of the vertical shear of horizontal wind. The positive PVe generation on the right side of the vertical shear of horizontal wind not only intensifies the local vertical vorticity but also affects direction of movement of the TPV. These diagnostic results are in good agreement with the theoretic results developed from the PV-Q view. 展开更多
关键词 Tibetan Plateau vortex vorticity development potential vorticity diabatic heating Lagran-gian change
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Dynamical and Thermal Problems in Vortex Development and Movement. Part II: Generalized Slantwise Vorticity Development 被引量:7
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作者 吴国雄 郑永骏 刘屹岷 《Acta meteorologica Sinica》 SCIE 2013年第1期15-25,共11页
The development of vertical vorticity under adiabatic condition is investigated by virtue of the view of potential vorticity and potential temperature (PV-θ) and from a Lagrangian perspective. A new concept of gene... The development of vertical vorticity under adiabatic condition is investigated by virtue of the view of potential vorticity and potential temperature (PV-θ) and from a Lagrangian perspective. A new concept of generalized slantwise vorticity development (GSVD) is introduced for adiabatic condition. The GSVD is a coordinate independent framework of vorticity development (VD), which includes slantwise vorticity development (SVD) when a particle is sliding down the concave slope or up the convex slope of a sharply tilting isentropic surface under stable or unstable condition. The SVD is a special VD for studying the severe weather systems with rapid development of vertical vorticity. In addition, the GSVD clarifies VD and SVD. The criteria for VD and SVD demonstrate that the demand for SVD is much more restricted than the demand for VD. When an air parcel is moving down the concave slope or up the convex slope Of a sharply tilting isentropic surface in a stable stratified atmosphere with its stability decreasing, or in an unstable atmosphere with its stability increasing, i.e., its stability θz approaches zero, its vertical vorticity can develop rapidly if its CD is decreasing. The theoretical results are employed to analyze a Tibetan Plateau (TP) vortex (TPV), which appeared over the TP, then slid down and moved eastward in late July 2008, resulting in heavy rainfall in Sichuan Province and along the middle and lower reaches of the Yangtze River. The change of PV2 contributed to the intensification of the TPV from 0000 to 0600 UTC 22 July 2008 when it slid upward on the upslope of the northeastern edge of the Sichuan basin, since the changes in both horizontal vorticity ~?~ and baroclinity Os have positive effects on the development of vertical vorticity. At 0600 UTC 22 July 2008, the criterion for SVD at 300 K isentropic surface is satisfied, meaning that SVD occurred and contributed significantly to the development of vertical vorticity. The appearance of the stronger signals concerning the VD and SVD surrounding the vortex indicates that the GSVD concept can serve as a useful tool for diagnosing the development of weather systems. 展开更多
关键词 potential vorticity vorticity development slantwise vorticity development generalized slant-wise vorticity development
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