三维变分映射资料同化技术在台风数值模拟上的应用实验

台风移动路径及登陆是台风预报中的关键问题,提高台风初始分析场质量是改进台风数值预报效果的重要途径之一.文中首先对目前国际上占优势的变分资料同化方法:三维变分资料同化(3DVar)、四维变分资料同化(4DVar)和作者近年提出的三维变分映射资料同化方法(3DVM)的理论进行了简单的比较分析;然后基于MM5-4DVar的系统构建了MM5-3DVM系统;最后以9914号台风Dan为例,利用该系统设计了17组同化卫星AMSU-A反演的温度和风场资料及人造涡旋海平面气压场资料的数值实验,初步探讨3DVM技术对提高台风初始场质量的有效性.与4DVar的对照实验表明:通过文中3DVM系统得到的初始台风结构相对更合理,更能改善台风的模拟,特别是路径预报.敏感性研究表明:初始涡旋的大小、同化时间窗口的长短和信息量的强弱对台风路径和强度变化的敏感性,3DVM比4DVar技术更为稳定.特别地,3DVM利用历史资料只需低廉的计算代价进行初始化,这是符合业务预报需求的.

青藏高原东南局地山谷风环流在一次地形云和降水形成中的作用

利用第二次青藏高原科学考察及其他数据,结合5层网格嵌套、高分辨率(最高333 m)的WRF(Weather Research and Forecasting)可分辨云数值模拟,研究了局地山谷风环流在青藏高原东南林芝地区2019年9月17~18日一次地形云和降水形成过程中的作用。结果表明,此次降水过程由西风槽天气过境造成,林芝位于西风槽底部,具有弱不稳定层结,云和降水过程呈现明显的午后、傍晚和凌晨三个阶段的变化特征,并且发现局地山谷风环流在这三个阶段的变化中具有重要作用。午后阶段,由于山区强烈的太阳辐射加热,首先产生明显的上坡风和强上谷风环流,在山坡迎风坡受阻挡抬升,并激发出强的地形波,产生了强对流云和降水;傍晚阶段,由于山脉强烈的长波辐射冷却效应,产生的强下坡风在谷底辐合抬升,促进了山谷上空的弱对流、层状云发展;凌晨阶段,下坡风达到最强,产生了强下谷风环流(山风),下坡风在谷底产生强烈的抬升作用,形成深厚的层状云降水过程。

IPCC AR6解读:全球和区域海平面变化的监测和预估

IPCC第六次评估报告第一工作组报告第九章综合评估了与海平面相关的最新监测和数值模拟结果,指出目前(2006—2018年)的海平面上升速率处于加速状态(3.7 mm/a),并会在未来持续上升,且呈现不可逆的趋势。其中低排放情景(SSP1-1.9)和高排放情景(SSP5-8.5)下,到2050年,预估全球平均海平面(GMSL)分别上升0.15~0.23 m和0.20~0.30 m;到2100年,预估GMSL分别上升0.28~0.55 m和0.63~1.02 m。南极冰盖不稳定性是影响未来海平面上升预估的最大不确定性来源之一。区域海平面变化是影响沿海极端静水位的重要因素。

Chanchu台风(0601)流出层的低理查森数特征分析

对流层高层存在流出层是台风环流结构的一个典型特征,但是关于台风流出层层结及不稳定特征的分析相对较少。本文利用了非静力中尺度WRF模式输出的0601号Chanchu台风的模式模拟资料,以Ri(理查森数)<1为判据,分析了存在于Chanchu台风流出层的低理查森数,以及它的分布特征与形成原因。分析表明,在Chanchu台风流出层10~16 km高度附近,低理查森数出现频率较大,甚至达到湍流标准,这与Emmanuel(2011)推测得出的结论一致。通过对比台风发展过程发生、发展、成熟和消亡阶段流出层低理查森数的状况,发现低理查森数的出现频率与Chanchu台风强度有较好的对应关系,即Chanchu台风强度越强,低理查森数出现的频率越高,范围也越大,同时,Chanchu流出层的低理查森数的存在及分布特征受到水平风的垂直切变和稳定度影响。在Chanchu台风强度缓变过程中,低理查森数的分布还存在日变化,这与太阳辐射日变化导致的辐射加热和冷却造成的稳定度变化有关。分析揭示出存在于Chanchu台风流出层的低理查森数层的结构特征,也验证了低理查森数层对Chanchu台风的强度和辐射日变化具有敏感性。

海洋环流的长期变化和预估

IPCC第六次评估报告(AR6)于2021年8月在IPCC第一工作组第14次联合大会上得到审议通过,并得到了IPCC第54届全会接受和批准。文中主要对该报告第九章“海洋、冰冻圈和海平面”中与海洋环流的相关评估内容进行解读。与以前的IPCC报告相比,AR6进一步确认人类活动对海洋环流的影响,并基于最新的数值模式给出对未来变化预估的结果。报告指出,海洋各区域表层盐度梯度增加(基本确定),预估到21世纪末认为海水较淡的海洋区域将变得更淡,而咸的区域将变得更咸(中信度);至少自1970年以来在全球海洋绝大多数区域的上层海洋层结更稳定(基本确定),预估到21世纪末认为上层海洋的密度层结会继续增加(基本确定),而绝大多数区域的混合层深度在高排放情景下会变浅(低信度);自20世纪80年代以来海洋热浪的发生频次翻倍(高信度)且持续时间更久(中信度),预估结果认为海洋热浪发生频次将更高;在4个东边界上升流系统中,20世纪80年代以来,仅有加利福尼亚上升流系统经历了有利于上升流的风力增强,而其他3个上升流系统未出现(中信度),东边界上升流系统将以偶极子的空间型态变化,即低纬度减弱而高纬度增强(高信度);所有预估情景下大西洋经向翻转环流(AMOC)均将减弱(非常可能),虽然AMOC会减弱,但全球变暖不会导致AMOC在2100年之前突然停止(中信度);AR6增加了可分辨海洋中尺度涡旋的高分辨率数值模拟试验,结果显示高分辨率模式有效地改进了海洋表面温度(SST)、海气通量和动力海面高度变化等要素的模拟。