摘要：新一代全球/区域多尺度统一的同化与数值预报系统(global/regional assimilation and prediction system,缩写为GRAPES)已在中国气象局研究建立.该系统的核心技术包括:资料变分同化;半隐式-半拉格朗日差分方案和全可压/非静力平衡动力框架;可自由组合的、优化的物理过程参数化方案;全球、区域一体化的同化与预报系统;标准化、模块化、并行化的同化与模式程序.针对GRAPES系统的正确性、有效性,已经进行了一系列的标准测试和应用模拟试验,包括常规资料分析应用、雷达和卫星非常规资料直接分析应用试验.该系统已在国家级、区域级气象业务中心运行,在实际气象业务中发挥了重要应用.本文重点介绍数值预报模式,包括总体设计思路与策略、多尺度统一动力模式构建、物理过程参数化方案组合优化、模式程序结构设计等;同时,还通过介绍GRAPES模式的模拟试验和实际应用结果等,展示多尺度统一模式的可行性和科学性、实际应用的能力和水平.

摘要：参考大气的选取对于半隐式半拉格朗日(Semi-Implicit Semi-Lagrangian,简称SISL)模式动力框架的计算精度至关重要。中国气象局数值预报中心自主研发的GRAPES_GFS(Global Regional Assimilation and PrEdiction System,Global Forecast System)采用基于等温大气构造的一维参考大气,该方法求解简单、易于实现,但无量纲气压和位势温度扰动量的数量级较大,降低空间计算精度的同时,由于非线性项较大,使得时间计算精度较低。借鉴近年来世界上各主要业务中心的数值模式框架搭建方法,拟在GRAPES_GFS的动力框架中引入不随时间变化且满足静力平衡的三维参考大气,使得积分过程中参考大气可以尽量地靠近模式大气,提高空间计算精度的同时,减小非线性项的数量级,进而提高时间积分的计算精度。本研究重新推导了引入三维参考大气之后模式动力学方程组的求解过程,通过若干个理想试验验证了理论方法以及代码实现的正确性,说明新的三维参考大气可以有效地提高模式动力框架的计算精度。

摘要：【目的】通过检索相似台风来获取历史灾情是灾害综合研判和损失评估中的重要手段,而台风致灾不仅与路径有关,亦与致灾强度、持续时间等环境场决定的要素密切相关。为了发展一套面向灾害应对的致灾相似台风解决方案,【方法】首先,以6—11月为台风季节、以2014—2015年、1981—2015年台风为目标和历史样本、以500 hPa高度场为环境场指标,选取相似离度表征路径相似度、最优相似系数表征环境场相似度并将两者进行标准化及加权设计,建立了一套致灾相似台风检索模型;其次,基于上述模型,通过赋权试验,考察了台风海陆位置差异、强度差异对环境场权重赋值的影响;最后,基于1949—2021年数据,选取典型案例蔷琵(1525)、桑美(0608)、利奇马(1909)进行方法释用。【结果】结果显示:(1)对西北太平洋台风而言,当环境场权重区间在[0.3,0.8]时距离偏差相对较小,权重区间在[0.2,0.7]时方向偏差相对较小,两者的最优权重均在0.5前后取得;(2)对影响我国的台风而言,当环境场赋值区间在[0.5,0.9]时,距离偏差和方向偏差相对较小,最优权重赋值在0.6前后;(3)对影响我国的不同强度台风而言,当环境场取最优权重时,台风、强台风改善敏感度最高。【结论】结果表明:引入环境场对判定致灾相似台风有重要作用,环境场最优权重的选取与台风所处位置、台风强度有关;引入环境场的致灾相似台风检索模型对转折路径有一定的预判作用,对台风灾情的分布、量级等预判工作具有指导意义。

摘要：用MM5对长江流域的一次暴雨进行模拟考察其对行星边界层参数化的敏感性。不同的边界层参数化表现在不同的地表通量和垂直混合设计上;;本文分析了MM5中4个主要方案地表通量和垂直混合参数化方案的不同以及它们对降水强度、落区和时间的影响。研究还发现;;地表通量对暴雨模拟结果的影响比垂直混合方案要大。

摘要：天气雷达三维格点组网基数据具有多方面的应用价值,而且,新一代天气雷达观测资料目前基本上都可以实时传输到区域中心,为充分发挥雷达网的作用,基于近期相关具有实用性的研究成果,在国内首次研制了新一代天气雷达三维数字组网软件系统。系统以后台数据处理为核心,辅以简便的控制界面,多线程编程技术提高了系统数据处理的效率,模块化的多线程管理便于扩展新算法模块,混合语言编程技术缩短了科研成果业务化应用的周期。系统可在微机上运行,进行高时空分辨率的区域雷达三维数字组网以及二次产品生成。

摘要：目前,数值预报中卫星资料的应用主要只是针对晴空条件,大量受云和降水影响的卫星资料被丢弃不加以使用。但是,云雨区观测往往包含有大量与天气系统发生发展密切相关的大气信息,对这部分资料的同化应用由此成为当前研究的一个重要问题。在快速辐射传输模式中云雨粒子辐射效应的考虑还有待于进一步完善情况下,云雨区卫星资料的应用通常是采用云检测方案对观测受云影响的严重程度进行判识并决定使用的取舍。以0604号热带气旋Bilis作为研究个例,该文设计了一组受云影响微波卫星资料不同云检测方案和通道选择的应用试验。对AMSU-A资料,云检测方案包括散射因子、降水概率和小雨检测3种,AMSU-B卫星资料的云检测方法选用了通道2亮温模拟观测误差和Bennartz散射因子。在对进入分析系统卫星资料与天气系统的配置关系、卫星模拟与实际观测偏差特征的统计以及对初始分析影响研究的基础上,探讨了它们对台风不同阶段数值预报效果的影响。

摘要：春季干旱是威胁海南岛番茄生长的主要灾害，为了实现番茄春季干旱实时监测预警，需要建立合适的干旱等级指标。以持续干旱日数和补充水量为试验因子，进行2因素9水平的均匀设计试验，以番茄死苗率评估干旱程度，筛选番茄干旱致灾因子，以土壤相对湿度划分干旱等级为参考，构建干旱灾害等级指标，分析番茄生理参数和产量对不同等级干旱胁迫的响应。研究结果表明：在干旱胁迫下，番茄死苗率呈明显的增加趋势，与持续干旱日数的一次项和二次项关系显著；在不同深度土壤层中，番茄死苗率与20em土壤相对湿度的相关关系最明显，相关系数达到-0．84；以20cm土壤相对湿度划分的干旱等级为参考，得到番茄无旱、轻旱、中旱、重旱的等级指标分别为〈26d、26～31d、31～35d、≥35d。在无旱-轻旱-中旱-重旱胁迫下，番茄净光合速率、气孔导度和蒸腾速率分别呈减小．增大．减少．减小的趋势，胞间CO2分别呈减少-增大-增大-增大，番茄相对产量损失逐渐加重。

摘要：中国气象局数值预报研究中心开发了一个全球和区域统一框架的格点三维变分资料同化系统(GRAPES3D-Var)。作者给出全球版本的方案设计,采用单点观测试验检验方案设计的合理性和正确性。全球方案选择流函数、速度势、非平衡高度和相对湿度作为分析求解的控制变量,用线性平衡方程作为质量场和风场的动力约束,通过预调方法解决背景误差协方差矩阵阶数过大和难以求逆的问题,其中垂直变换和物理变换以及观测算子设计等方面与区域方案相同,但预调的水平变换采用球谐函数谱滤波表示背景误差协方差的水平相关模型,避免了递归滤波在高纬和极区因相关尺度过大无法实施的问题。另外,设计了一个使极区插值和差分计算完全闭合的网格以及相应的算法,解决了极点分析问题。单点观测理想试验结果表明,GRAPES 3D-Var系统能够合理给出全球任何地区的分析。

摘要：对房山X波段双线偏振天气雷达的天线性能、接收动态范围、噪声系数、系统定标能力以及接收双通道一致性进行测试分析,结果表明:天线增益和交叉极化隔离度最小值分别为44.73dB和36.1dB、双通道差分反射率ZDR和差分传播相位ΦDP标准差分别为0.02dB和0.26°、双通道的噪声系数最大平均值为2.02dB,均满足该雷达系统相应的指标设计要求;双通道的动态曲线特征和回波强度定标性能一致性存在差异,会对雷达系统探测数据质量造成不利影响。同时对该雷达系统的差分反射率ZDR标定方法进行了探讨,对雷达探测降水个例数据进行了分析。

摘要：应用WRF及其耦合的城市冠层模式(UCM,Urban Canopy Model),对2004年6月底—7月初受副热带高压和台风外围气流影响下发生在广州地区的一次高温天气过程进行了数值模拟。考察了WRF/UCM对"城市热岛"及城市高温天气模拟的应用效果。三个不同设计的模拟试验表明,E-UCM试验(新土地利用资料,耦合UCM模式)比E-BPA试验(新土地利用资料,BPA方法)和E-NOU试验(旧土地利用资料,耦合UCM模式)更好地模拟出了城区2 m高度温度的演变,平均绝对误差最小。尤其在夜间,E-UCM试验成功地再现了夜间热岛的形成及分布。城区及郊区地表能量平衡差异的分析表明,日间城区高温与低反射率引起的短波辐射吸收增加有关,由于城区缺少水汽蒸发蒸腾冷却过程,大部分能量收入被分配为感热加热大气。夜间,地表能量收入来自土壤热通量的向上输送,收入能量除部分用于长波辐射之外,由于城区潜热通量小,其余部分仍主要以感热形式加热大气。夜间热岛的形成与感热加热的持续有关,有利于夜间高温的维持。