基于兰州市城市冠层模式的一次降水过程的数值模拟

基于耦合了城市冠层模式(UCM)的中尺度天气预报模式(WRF)的数值模型,模拟分析了兰州市一次对流降水天气过程.探讨了不同云-微物理参数方案和积云对流参数化方案的组合对此次降水过程模拟的影响,对比分析了WRF模式在耦合单层城市冠层前后对城市降水的影响.在不同的参数化方案组合中,此次降水过程风险评分最高的组合是WSM-6方案和G-F方案,其对小雨、中雨和大到暴雨的评分分别为0.50、0.36、0.33.选择此参数化方案,利用耦合UCM的WRF模式模拟降水,结果表明,耦合UCM模式后的降水范围变大,降水量的趋势更接近实况.降水过程中,与单独的WRF模式模拟结果相比,耦合UCM的WRF模式模拟的2 m温度平均偏低1.7℃、2 m高度水汽混合比偏高0.7 g/kg,对流有效位能偏高5 J/kg,增强了降水的有利条件.对比发现城市冠层能够激发出更强的大气对流运动,影响近地面水汽的分布和城市下风向降水的分布.     

浙南山区小流域WRF模式参数化方案对比与优化组合

准确的降水预报对好溪流域防洪减灾具有重要意义。本研究选取好溪流域典型降水场次,基于WRF（Weather Research and Forecasting）模式,开展云微物理过程参数化方案和积云对流参数化方案敏感性分析,优选适用于好溪流域的物理过程参数化组合方案,提高好溪流域降水预报精度。研究结果表明：云微物理过程和积云对流参数化过程的方案选择及组合对降水预报影响显著,然而没有某一种组合方案的模拟效果对于所有场次的降水都是最佳的;综合考虑所有的典型降水场次,当云微物理参数化方案选择Lin（Purdue Lin）方案、积云对流过程参数化方案选择KF（Kain-Fritsch）方案时,降水预报精度最高。     

同化QuikSCAT资料对台风Vongfong(2002)数值模拟的影响

利用四维同化技术和中尺度数值模式MM5相结合对南海台风Vongfong(2002)的登陆过程进行了模拟,分析表明:同化Qu ikScat资料主要能使模拟的台风移动路径与实况更为接近。而台风的强度变化、降水量和降水分布的模拟与对流参数化方案有密切的关系,其中以Betts-M iller湿对流调整型方案最为合适。HFT试验模拟的台风路径、强度变化、暴雨分布和降水强度与实况一致。且试验结果较好地重现了Vongfong的一些异常特征,如路径突然折向北、移速先慢后快、近海强度加强、降雨量大、强暴雨中心落在台风西北侧等。利用非常规资料改善模式初始场,有逼真的物理过程,可以提高对台风登陆过程的预报。     

WRF不同边界层参数化方案对重庆一次暴雨过程的模拟

利用中尺度天气预报数值模式(WRF)中的3种边界层参数化方案(YSU、MYJ和ACM2)模拟了重庆2012年8月30日-9月1日的一次暴雨过程,结合同期的观测资料分析了3种不同边界层参数化方案模拟降水强度和降水落区的差异,对各方案模拟重庆区域内的降水能力进行了检验评估.通过垂直速度、水汽通量散度和相对涡度等基本物理量的诊断,对比分析了不同方案模拟降水的差异.结果表明, 3种边界层方案均能模拟出此次雨带的移动方向,但YSU方案能较好地模拟出降水落区、降水强度和降水趋势, MYJ方案模拟效果次之, ACM2方案模拟效果较差. YSU方案模拟降水的动力条件和水汽条件配置符合实际降水情况,是模拟效果较好的主要原因.     

南海季风低压发生发展机制的探讨

根据FGGEⅢB资料,对发生在1979年8月中旬的一次南海季风低压过程,利用ω方程和Kuo(1974)的积云对流参数化方案进行了诊断研究.结果表明:决定南海季风低压发生发展的物理过程是潜热加热,尤以积云对流的作用最显著,温度平流和涡度平流也起一定作用,其它物理因子贡献较小.南海季风低压是通过积云对流和大尺度环境场的反馈作用而发展增强的,可认为,CISK机制是低压发生发展的主要机制.     

模式湿物理过程的组合对一次南京大暴雨降水模拟的影响分析

以第五代中尺度模式（MM5）为基础,本文对一次南京大暴雨个例进行了三组数值模拟试验,研究了模式湿物理过程参数化方案的组合对梅雨暴雨降水预报的影响.试验结果表明：模式的积云对流参数化方案的选用对南京大暴雨的预报至关重要,积云对流参数化方案的选用比边界层参数化对暴雨数值预报的影响大;对20km模式分辨率而言,采用单一的积云...     

水平湍流混合对莫拉克(2009)台风强度及结构的影响

在台风的发生、发展过程中,水平湍流混合是重要的物理过程,该过程的参数化方案对台风个例的数值模拟结果有很大影响.研究通过调整WRF(Weather Research and Forecasting Model)模式水平湍流参数化方案中的Smagorinsky系数C(sSmagorinsky Coefficient)控制水平湍流混合的强弱,对比分析了水平湍流混合强度在台风莫拉克(2009)数值模拟中对台风强度和结构的影响.结果表明:水平湍流混合对莫拉克台风路径的模拟没有显著影响,但对台风的最大强度有显著影响,随着C_s增大台风强度减弱,热力场分析表明过大的水平混合不利于台风暖心的维持.从轴对称风场特征来看,C_s变化的影响并非集中在边界层中,台风中上层的风场均发生了改变,但边界层中变化更大,随着C_s增大最大风速半径外扩.从雨带和对流的发展特征来看,C_s越小越有利于模拟出单点发展的对流胞,但这些对流胞不易组合发展为有组织的对流带,而C_s过大时,对流胞出现涡丝化发展形态而发展为平滑的长雨带...     

适用北京地区短历时强降水模拟的WRF模型物理参数化方案研究

以短历时强降水为特征的暴雨事件增多是北京地区近年来暴雨内涝频发的主要原因.为提高北京地区短历时强降水的模拟和预报能力,选用WRF(weather research and forecasting,WRF)模型中对降水模拟结果影响较为明显的3类参数化方案组成12组物理参数化方案组合,对北京地区具有不同中尺度环流特征的2类共8场短历时强降水事件进行模拟.基于构建的评价指标体系,评估各类参数化方案模拟北京地区短历时强降水过程的能力,评选出综合表现最好的物理参数化方案组合.研究结果表明:积云对流参数化方案对各类型强降水模拟结果的影响最大,云微物理参数化方案次之,行星边界层参数化方案的影响最小;从模拟北京地区短历时强降水过程的综合能力来看,表现较好且较稳定的方案分别为WSM6云微物理参数化方案、GD积云参数化方案和MYJ行星边界层方案;从模型模拟不同类型强降水过程的整体表现来看,模型对具有连续性降水特点且受地形抬升作用影响相对较小的第2类强降水过程的模拟效果最好,而对具有间歇性降水特点的深对流强降水过程及其相关的湿物理过程的模拟效果较差.研究结果对于提高区域强降水预警预报能力,改进模型参数化方案具有参考意义.     

雅砻江流域WRF模式构建及应用

针对雅砻江流域构建了数值天气预报(WRF)模式,使用7种云微物理参数化方案和3种积云对流参数化方案对3场典型暴雨进行了模拟和ETS综合评价,得出了WSM3和GD的参数化方案组合较优的结论,为WRF模式在雅砻江流域的深入应用提供了重要参考.此外,为了验证构建的WRF模式在水文应用方面的有效性,将其与HEC-HMS分布式水文模型进行了单向耦合,结果显示耦合模型对径流的模拟效果较好,说明WRF模式能够反映产生洪峰和维持径流的降水信号,其在流域径流模拟和预报中有较大的应用潜力.     

垂直分辨率对全球降水模拟的影响

利用中国科学院大气物理研究所(IAP／CAS)的全球大气环流模式(AGCM)的两个不同版本(9层模式和21层模式),对冬、夏季全球降水分布进行模拟。并将模拟的结果与美国国家环境预测中心和中国国家大气研究中心(NCEP／NCAR)的再分析资料(NCEP—RE)进行对比。数值试验的结果表明：细垂直分辨率模式(21层)模拟的全球降水分布从总体效果上优于粗垂直分辨率模式(9层),并且对夏季全球降水分布的模拟优于对冬季降水的模拟。细垂直分辨率改善了积云对流参数化,能更好地模拟对流性降水,但它对大尺度降水的模拟不如粗垂直分辨率。     

一次梅雨锋暴雨在不同物理过程下的模拟结果比较

本文研究对象为2005年7月江淮流域的一次梅雨锋暴雨,通过选择WIKF模式中五组不同的微物理方案和积云参数化方案,进行两重网格嵌套模拟。并对模拟结果进行诊断分析。通过比较得出如下结论：Betts—Miller-Janjic方案与Ferrier（new Eta）微物理方案的组合最能模拟出降水雨带的方向、位置和雨量,其次是New—Kain—Fritsch和Ferrier（new Eta）方案的组合,而且细网格的模拟效果更好;积云参数化方案的选择比微物理方案的选择对降水模拟的影响大;当微物理方案相同时,Betrs—Miller-janjic方案比New—Kain—Fritsch方案在细网格模拟下更准确反映梅雨锋暴雨的热力结构和垂直运动的特征,对暴雨的落区有一定指示作用。     

High-resolution seasonal snowfall simulation over Northeast China

Performance of the Weather Research and Forecasting (WRF) model in simulating seasonal snowfall over Northeast China was examined. The influences of horizontal resolution and physics parameterization schemes were also investigated. The results indicate that WRF can reasonably reproduce the main features of temperature and precipitation. The simulated spatial and temporal distribution of snowfall compared well with observations. Higher resolution simulations achieved better results, and WRF was found to be more sensitive to the choice of land surface and microphysics scheme than convective cumulus parameterization scheme.     

一次特大暴雨天气的数值模拟试验研究

目的检验各非绝热物理过程参数化方案对模式输出结果的影响,进一步了解和认识MM5模式中不同积云对流参数化方案的性能、特点和适用范围,为合理选择使用模式中的物理过程参数化方案提供依据,提高模式对类似暴雨天气过程的预报能力。方法运用相互比较和试验分析的方法在不同模式分辨率下,对MM5V3模式中的不同物理过程参数化方案设计18种组合方案,进行比较试验和分析。结果主要雨带位置对参数化方案并不是十分敏感,但模拟的暴雨中心强度、范围、雨带走向随参数化方案的不同有较大变化,甚至出现虚假的强降水中心。各组合方案模拟的天气尺度系统水平环流结构差别较小,模拟的中尺度系统结构存在着较大差别,这种差别对定点、定量降水的准确预报产生影响。结论在实际预报中可根据初始气象场的分型特点选择较合适的组合方案启动数值预报模式,从而达到提高模式对类似暴雨天气过程的预报能力。     

bin和bulk微物理方案在我国飑线模拟中的敏感性研究

分别利用weather research and forecasting(WRF)中尺度模式中的bulk和bin微物理参数化方案,对2014年7月12日发生在华东地区的一次飑线过程进行了数值模拟。结果表明:bulk方案基本模拟出了飑线初生、发展、成熟和消亡的生命史,但与实况存在1~2 h的延迟,且强度偏弱;而bin方案模拟的雷达回波结构松散,组织化程度较低,更类似于现状对流。从模拟的地面降水看,bin方案模拟的雨带偏窄,且强降水区偏北;而bulk方案则基本模拟出了强降水区的位置。在此基础上进一步分析了两种方案模拟的各水凝物的垂直分布,结果表明bulk方案在高层产生了大量云冰,而bin方案中雪和霰粒子数量较多。     

WRF3.0参数化敏感性及集合预报试验

为了研究WRF模式中的参数化方案对暴雨数值模拟的影响及物理过程集合预报在WRF降水集合预报中的适用性,利用中尺度WRF3.0数值模式,将模式中的物理过程参数化方案进行组合,构造了20个集合预报成员,对2003年7月8、9日发生在江淮地区的一次降水过程进行了集合预报试验。得到:集合成员之间存在一定的不确定性,不确定性随降水量级增大而增大,最终维持在一个较高的水平;通过定量比较发现,对于0.1 mm量级降水和25 mm以上量级降水,积云对流参数化方案对降水的影响要大于行星边界层方案对降水的影响;而对于10 mm量级降水,行星边界层方案对降水的影响要大于积云参数化方案对降水的影响。对20个预报成员进行了集合平均及降水概率预报试验,结果表明,集合平均的结果要比各个成员的稳定、可靠;概率预报能够提供一些有利于降水预报的信息。     

特殊地形下对WRF模式积云参数化的研究应用

以发生在地形复杂的四川地区2012年07月03日暴雨为个例,从环流形势、水汽通量和云微物理量3方面具体研究WRFV3.3版本模式7种积云方案对暴雨模拟的效果,结果表明:BMJ方案和KF方案模拟降水效果好于GD和G3D方案,TS评分表明BMJ方案和KF方案得分要远远高于其它方案,GD和G3d方案得分最低.云水混合比与雨水混合比的含量高低直接影响模式预报降水量强度,高层大气模拟值的大小对降水量预报起着主要作用.除KF方案以外,其它积云方案模拟的云水混合比发展要早于雨水混合比,随后两者几乎同步发展,云水混合比和雨水混合比值迅速增长后,降水落区和降水范围迅速扩大.最终结果表明在四川地区利用WRF模拟暴雨,积云参数化方案考虑使用KF和BMJ方案,不使用GD和G3d方案.     

Testing the ability of RIEMS2.0 to simulate multi-year precipitation and air temperature in China

RIEMS2.0 （Regional Integrated Environment Modeling System, Version 2.0） is now being developed starting from RIEMS1.0 by the Key Laboratory of Regional Climate Environment Research for Temperate East Asia, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, China. In order to test RIEMS2.0’s ability to simulate long-term climate and its changes, as well as provide a basis for further development and applications, we compare simulated precipitation and air temperature from 1980 to 2007 （simulation duration from Jan. 1, 1979 to Dec. 31, 2007） under different cumulus parameterization schemes with the observed data. The results show that RIEMS2.0 can reproduce the spatial distribution of precipitation and air temperature, but that the model overestimates precipitation with the rainfall center moving northwestward and underestimates air temperature for annual simulations. Annual and interannual variations in precipitation and air temperature for different climate subregions are well captured by the model. Further analysis of summer and winter simulations shows that precipitation is overestimated, except for the Jianghuai-Jiangnan subregions in the winter, and the air temperature bias in the summer is weaker than in the winter. There are larger biases for precipitation and air temperature in semiarid subregions. Anomalies in precipitation and air temperature are also well captured by the model. Although a similar distribution can be found between observed data and simulated results under different cumulus parameterization schemes, these show differences in intensity and location. In sum, RIEMS2.0 shows good stability and does well in simulating the long-term climate and its changes in China.