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基于集合求解的CNOP西南低涡敏感区数值研究
刘娟娟
中国科学院大气物理研究所
西南低涡作为我国仅次于台风的暴雨影响系统,现有的业务预报模式很难给出准确的预报,其主要原因之一是由于西南低涡所处的特殊地理位置导致观测资料稀少,使得预报的初值质量不高。而西南低涡的发生发展过程对于初值具有很高的敏感性,如何在最低的开销下增加观测提高模式初值的质量,从而有效提高西南低涡的预报技巧,是急需解决的科学问题。这一问题的关键就是要寻找西南低涡的初值敏感区。以往相关研究工作采用基于线性理论的方法来研究这类强非线性系统的初值敏感性存在较大的局限性。本研究采用了条件非线性最优扰动(CNOP)的方法,以特定的标准选取了三例强烈发展并带来区域性暴雨天气过程的西南低涡,根据西南低涡的主要特征,定义了目标函数和引导性变量,利用了基于集合无需伴随模式的快速算法计算了西南低涡初值中的CNOP。围绕CNOP开展了西南低涡发展的初值敏感区的研究及验证。分析了敏感区内引导性变量中各分量的和各层次的初值敏感性分析,探讨缩小验证区域及目标函数仅关注700hPa位涡时对计算初值敏感区的影响,进一步以三个个例合成的初始场为背景场计算CNOP给出了有一定普适意义的敏感区。最后,在确认寻找到的CNOP对西南低涡的发生发展会产生明显影响的基础上,通过改变目标函数为仅关注与背景场相比位涡变化为负增长的部分,计算出了抑制低涡发展的CNOP,对比了两类CNOP垂直结构的差异,以及所带来的不同西南低涡发展过程中涡度,散度,垂直速度,非绝热加热和位涡收支的差异