英国利兹大学地球与环境学院招收全奖博士

英国利兹大学地球与环境学院招收全奖博士

通过理解热带地区反气旋与高影响天气之间的关联，提升预测能力

关于项目

当非洲的预报员想要预测诸如强降水等高影响天气时，他们通常会关注反气旋的位置、强度和走向。然而，研究人员尚未对反气旋展开广泛研究，对其也缺乏深入了解。本项目旨在从理论上理解反气旋如何影响非洲地区的恶劣天气，并利用这一理解来改进非洲大陆的天气预报方法。

我们希望探究反气旋与高影响天气之间的关联。我们希望利用这一理解，对下一代基于人工智能的全球天气预报提出挑战并加以发展，从而改善非洲地区的日预报和周预报。新的人工智能模型展现出了投入实际运行的良好前景，因此本项目将在实际天气预报、气候动力学理论以及基于人工智能的建模之间搭建一座桥梁。

本项目将解决以下研究问题：

热带地区不同高度（低层和高层）反气旋的气候学特征（路径、位置、速度、强度）是怎样的？

反气旋在高影响天气事件形成过程中扮演什么角色？

什么因素控制着反气旋的强度？

利用最先进的公里级英国气象局模型模拟以及新一代基于机器学习的模型，我们对这些关联的预测能力如何？

拟议项目计划：

第一年：反气旋的特征描述

我们将首先利用40年的ERA5再分析数据，通过平均海平面气压（MSLP）以及高层的位涡（PV）来追踪反气旋。基于该数据集，我们将根据反气旋的大小、强度、速度、走向、季节性和位置对其进行特征描述，以生成全球气候学特征。然后，我们将利用降水数据集来探究反气旋与强降水之间的关联。我们希望了解反气旋的作用是否完全是被动的，即降水的“主动”形成因素来自低压系统，还是反气旋的部分作用是将水汽输送到赤道地区，从而促成强降水的形成。多项研究表明，北半球和南半球的中纬度罗斯贝波在非洲中部和澳大利亚北部强降水的形成过程中可能发挥重要作用。我们将探究此处起作用的机制。这项研究将为热带地区的预报员提供他们多年来在图表中所观察到的现象背后的基础知识，并有望为他们提供额外信息，以便更准确地预测热带地区的高影响天气。

第二年：反气旋强度的控制因素

平均海平面气压的气候学特征显示，最强的反气旋出现在夏季半球。然而，我们知道区域哈德莱环流的最强下沉支出现在冬季半球。这一矛盾现象阻碍了我们对反气旋的理解。我们将利用ERA5数据，研究是什么因素控制着反气旋的强度。我们将使用的工具是环流预算和ω方程。

第三年：可预测性与尺度相互作用

在更深入地了解了反气旋的动力学特征及其在驱动热带地区高影响天气过程中的作用之后，我们希望探究这些过程在最先进的英国气象局模拟以及新一代基于人工智能的预报模型中的表现情况。此外，我们希望探究在哪些时间和空间尺度上，对这些关联的预测具有最高的可预测性。

除定期的在线讨论外，还将有机会访问加纳气象局。我们将与反气旋专家特斯·帕克（Tess Parker）和中纬度动力学专家迈克尔·巴恩斯（Michael Barnes）开展合作，他们均在澳大利亚工作。本项目是英国气象局合作研究教育项目（CASE）。

资助说明

本项目是“青年地球系统科学家数据与理论网络”（YES-DTN，详见网站）的一部分。YES-DTN每年提供25至26个全额资助的学生名额，涵盖大学学费、个人津贴以及研究和培训费用。国际申请者需自行承担申请学生签证和国际健康附加费（IHS）的相关费用。

本项目接受英国和国际申请者，但根据英国研究与创新署（UKRI）的规定，国际申请者的资助名额有限。