TRMM卫星的闪电观测资料在中尺度数值模式中的Nudging同化应用研究

在以往研究的基础上,本文提出一种利用TRMM卫星闪电观测资料改善中尺度数值模式水物质初始场的Nudging同化技术,这是把物理初始化方法与Nudging同化方法相结合的一种技术。根据TRMM卫星闪电观测水平分布,对水汽和云凝结物进行Nudging同化,对积云对流参数化方案进行调整,改变模式初始水汽和云凝结物场的含量,以达到提高中尺度数值模式初始场质量的目的。本文把这种Nudging同化技术应用于一次短时降水过程的中尺度数值模拟,结果分析表明,这种Nudging同化技术有利于增加模式初始场中水汽和云凝结物含量,特别是水汽和云水的含量,实现水汽和云凝结物的合理空间分布,改善中尺度数值模式短时降水和云凝结物的预报效果,这在一定程度上验证了该Nudging同化技术的可行性。

Nudging同化方案改进及其在西北太平洋海域M_2分潮模拟中的应用

基于POM模式,以西北太平洋海域为试验海区,针对Nudging松弛项的差分方案及Nudging松弛系数进行了数值试验。结果表明,通过引入Nudging松弛项的潮波模拟结果明显优于未加Nudging松弛项的模拟结果;在松弛系数取值相等情况下,Nudging松弛项采用隐式差分方案的结果要优于采用显式差分方案的结果;Nudging松弛项差分方案不论是显式还是隐式,模拟结果的偏差都随着松弛系数的增加而逐渐减小,当松弛系数增加到最优值后,模拟结果的偏差将随着松弛系数的增加而加大;Nudging松弛项差分方案为显式时,松弛系数太大将导致模式溢出;而Nudging松弛项差分方案为隐式时,能够有效增大松弛系数的阈值。文中还给出了最优Nudging同化方案下西北太平洋海域M2分潮的同潮图。

基于CESM气候模式的同化模拟实验

利用nudging方法将GODAS次表层海温资料同化到"通用地球系统模式"(CESM)中,并分析了同化后的海温、降水、海表面气压等海洋、气象要素。结果表明,同化后的模拟结果与GODAS、NCEP、GPCP等资料的结果较为一致,较好的再现了中低纬海洋和大气的平均特征和随时间演变的规律,NINO3指数的相关系数达到0.90。但模拟结果仍存在一些问题,如大西洋西边界流偏强,赤道辐合带降水偏多等。

基于CESM气候模式的ENSO后报试验

基于美国国家大气研究中心(NCAR)开发的通用地球系统模式(CESM),本文设计了nudging次表层海温的同化方案,进行了后报实验。对1982-2011年后报结果的分析表明,通过nudging同化,模式对ENSO现象有一定的模拟和预报能力,对赤道太平洋SST、纬向风、降水等海洋、大气要素等的后报结果与GODAS和NCEP再分析资料较接近,可以较好地重现历次厄尔尼诺和拉尼娜事件中异常东传的过程,超前1、3、6个月时,模式预报的Nio3指数与CPC指数的相关性分别达到0.88、0.81、0.70。但模式同时也表现出一定的春季预报障碍,秋季起报的后报效果最好,春季最差。对1982/1983和1997/1999两个厄尔尼诺事件的分析表明,模式后报的纬向风、热通量、风应力等大气变量的响应较实际滞后,而海洋的变化与实际情况相似,这与我们的同化方案设置有关,即模式只同化了次表层海温,进而强迫大气的响应,从而导致大气的变化较滞后。