基于WRF模式的一种雷电潜势预报指数的研究

首先引入与水成物粒子分布相关的雷电潜势预报指数F指数,通过WRF模式模拟结果所计算出的F指数的分布情况与青海地区的闪电实况作对比。得出:模式模拟的F值和闪电实测在逐时分布图上走势大致一致,尤其峰值期是一一对应的,在空间分布上,区域有些偏差,密度的走向趋于一致,可以进行密度预报。然后近一步验证了雷电潜势预报指数在实际中的预报效果。     

高分辨率中尺度模式在乐平工业园区的污染预报试验

为了研究乐平工业园区企业排放的污染物对乐平市城区的影响程度,应用了WRF高分辨率中尺度模式、利用最新的GIS资料、结合CALPUFF污染物输送模式对SO_2等污染物输送、扩散、浓度分布和沉降进行预报试验。结果表明:精细化的大气扩散模式,能实时给出污染物的主要影响范围、最大影响浓度所在位置以及发生时间等信息,对于评估企业大气污染物排放的实时环境影响具有重要意义。模式输出产品符合污染物常规的传输与扩散规律:排放源附近,SO_2的浓度达到极值,地面盛行风向是污染物传输的主要方向,沿着地面主导风向,污染物存在侧向的扩散,污染物影响较显著的范围主要位于药厂与盛行风向的下游。预报结果与观测结果的相关系数可达0.8以上,且超过95%的信度,平均浓度预报偏差低于10μg/m~3,35家企业地面SO2日均浓度对本地的最大贡献率约为63.4%,但从影响范围来看,最大浓度贡献点位于企业聚集区内,即处于可控范围内。对于评估企业大气污染物排放的实时环境影响具有重要意义,可为乐平市大气污染防治提供有效预报参考。     

应用WRF模型模拟分析风力发电场风速

风能的规划和设计中需要比较准确地确定所选厂址区域的风力资源分布,要有先进而准确的分析手段.论文选用美国WRF中尺度模式,分别选用4种不同的陆面过程方案（SLAB、Noah、RUC和Pleim-Xiu）,对2008年6月16日08：00至6月23日08：00（北京时间）贵州乌江源地区某风电场区域进行水平分辨率1,km的数值模拟,对比分析了近地面风场以及4种陆面过程对模拟结果的影响.结果发现：WRF模式较好地模拟出了该区域近地面风场的变化特征.Noah方案模拟的风速最大值与实际测站的风速最大值较接近;SLAB方案与Noah方案模拟的7,d的风功率密度更接近实际测站的风功率密度.可见,WRF模式能够较好地反映该区域的近地面风场情况,且模拟结果受到地形及地表粗糙度的影响较大.     

运动学效应对登陆台风近地面风场模拟的影响

以2016年超强台风"莫兰蒂"为例,采用天气研究与预报模型(WRF)耦合加利福利亚气象模型(CALMET)的方法,提出了适用于台风条件下的CALMET运动学效应改进方案(KETT)。结果表明,KETT方案可以成功消除CALMET原有运动学效应带来的风场模拟系统性误差,并且10 m高度风速和风向模拟误差比原有方案分别降低10.8%和5.4%。在石蛇山区域,与不采用运动学效应相比,KETT方案10 m高度风速和风向的模拟误差均降低12%以上,能够更准确地反映局地地形对台风近地面精细化风场的影响。     

台风影响下渤海及邻域海面风场演变过程的MM5模拟分析

在装有Linux操作系统的PC机上运行美国大气研究中心（NCAR）的非静力中尺度大气模式MM5,运用MM5的嵌套功能,以30km水平分辨率对台风KAI－TAK（2000年第4号）影响渤海海区的时段进行数值模拟,同时给出了水平分辨率为10km的嵌套区内还时的渤海海面风场,通过对台风中心位置,中心气压,风速分布与雨区分布等要素的模拟结果与实况的比较,证实该实验对台风过程的模拟较为成功,嵌套区内渤海海面风场也明显体现出了地形影响的特征,并尝试以T106格点资料的三维客观分析场结合主空及地面观测为模式提供初值场,6h／次预报场为模式提 变边界条件,对渤海海面风场进行了24h时预报。     

全球区域同化预报系统在台风移动与登陆预报中应用

全球区域同化预报系统为中国新一代数值天气预报模式.使用全球区域同化预报系统模式产品和常规观测资料,模拟预报了2005年4个登陆强台风,得到全球区域同化预报系统模式对于台风移动路径、登陆时间、地点、强度等方面的预报能力的初步评价,为应用全球区域同化预报系统模式进行台风天气预报和分析以及对于模式的进一步改进提供一些有意义的依据.结果显示,全球区域同化预报系统模式预报的台风路径24 h平均距离误差小于150 km,48 h平均距离误差小于200 km.模式预报台风强度偏弱,原因在于模式的初始场对台风强度的描述远低于实况,下一步需要改造模式初始场.     

基于高度再指定的FY-2C双通道云导风同化及预报试验

为了探求FY-2C双通道云导风在实际预报中的可用性,先对双通道云导风进行合并,并利用T511模式12 h预报场对云导风进行高度再指定,使得云导风资料的空间密度和质量明显提高。进而利用WRF模式及其变分同化系统WRFDA对高度再指定前、后的云导风在同化及预报中的影响进行了研究,结果表明：同化原始云导风使初估风场的统计误差增大,而同化高度再指定后的云导风对初估风场有明显的改善作用;同化原始云导风会导致压、温、湿的初估场误差增加,但同化高度再定位后的云导风效果明显好于同化原始云导风;同化高度再定位后的云导风对48 h内的风场预报有改善作用,随着预报时效的延伸,风场的改善带动了其他要素场从负影响到正影响的转变。     

福建漳州沿海大气扩散特性的数值分析与模拟

用福建漳州地区的实测气象资料, 结合风场诊断、轨迹分析和随机游走模拟方法, 分析漳州核电厂所在地小尺度( 40 km ×40 km) 范围内的大气扩散特性, 并与现场扩散示踪实验数据比较。结果表明, 该地区的扩散输送总体受天气系统和海陆风环流二因子影响。研究范围内的风场在水平方向的空间变化不大, 扩散烟流基本平直。海陆风环流因子所致的风场时间变化和风向摆动对当地扩散有重要意义。随机游走模拟方法较好地反映出当地大气扩散的定量特征, 但复杂地形与海岸气象条件的联合作用, 仍使模拟结果与示踪实验结果的统计比较显得离散。     

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。     

湖体对风、湿环境影响的数值模拟

湖体对周边气象环境的影响研究可为气象站站址选择及代表性评估提供依据。应用WRF中尺度模式,通过对四季晴天小风、阴天大风背景天气下有无湖体算例的模拟比较。分析了浙江青山湖湖体对风、湿环境的影响。结果表明:(1)湖体存在通常使近地层风速增加,而春季湖体降温效应会导致近地层风速减小。(2)春夏湿润季节湖体对湿度影响较小,而秋冬干燥季节湖体有明显增湿作用,最大达7 g/kg。(3)青山湖对下风方风速、湿度观测可能产生影响的距离分别为6.5 km、2.7 km。     

CALMET时空分辨率对CALPUFF模拟浓度场的影响

采用WRF输出的逐小时1 km分辨率预报风场作为CALMET诊断模式的输入, 生成不同时空分辨率的CALMET诊断风场, 耦合 CALPUFF得到逐分钟50 m分辨率浓度场, 在此基础上分析CALMET气象场时空分辨率对浓度场的影响, 并统计不同气象时空分辨率方案的计算耗时。结果表明, 当风向稳定且风速较大时, 较粗的时空分辨率亦能得到满意的风场和浓度场; 当风向转变且风速较小时, 时空分辨率对诊断风场和浓度场影响显著, 不同气象方案的浓度场差异可以高达40%; 风场转变期间, 当CALMET的时间步长大于30 min时, 加密气象网格会降低浓度场的模拟精度, 时间步长越长, 浓度场偏离越显著。综合考虑计算耗时和浓度场模拟准确性, 推荐在大气污染事故应急预警中采用10 min时间步长和400 m网格距的CALMET气象方案。     

海南岛地区大气边界层高度的时空变化特征

利用WRF模式模拟分析海南岛及其邻近海区的大气边界层高度时空变化特征。结果表明, 海南岛春夏季北部开阔地区平均边界层较高, 约500~600 m; 秋冬季海岛的西北?东?东南沿岸的半环绕地带平均边界层较高, 约500~700 m; 岛内中南部山区平均边界层高度较低且季节变化不大, 数值约200~500 m。各季盛行风向及海风发展因素与平均边界层的空间分布之间有良好的对应关系。海岛周边海区秋冬季平均边界层高度约500~800 m, 春夏季约100~500 m, 呈秋冬季高、春夏季低的季节变化特征。岛内边界层高度最大值出现在春夏季, 可达1800 m以上; 沿岸地区边界层高度最大值出现在秋冬季, 约1300~1500 m。海南岛岛内区域具有典型的陆面大气边界层日变化规律; 沿海地带受盛行风向的影响, 向岸流和离岸流时边界层日变化分别表现为海洋性和陆地性的特点。     

Alfvénic waves with sufficient energy to power the quiet solar corona and fast solar wind

Energy is required to heat the outer solar atmosphere to millions of degrees (refs 1, 2) and to accelerate the solar wind to hundreds of kilometres per second (refs 2-6). Alfvén waves (travelling oscillations of ions and magnetic field) have been invoked as a possible mechanism to transport magneto-convective energy upwards along the Sun's magnetic field lines into the corona. Previous observations of Alfvénic waves in the corona revealed amplitudes far too small (0.5?km?s(-1)) to supply the energy flux (100-200?W?m(-2)) required to drive the fast solar wind or balance the radiative losses of the quiet corona. Here we report observations of the transition region (between the chromosphere and the corona) and of the corona that reveal how Alfvénic motions permeate the dynamic and finely structured outer solar atmosphere. The ubiquitous outward-propagating Alfvénic motions observed have amplitudes of the order of 20?km?s(-1) and periods of the order of 100-500?s throughout the quiescent atmosphere (compatible with recent investigations), and are energetic enough to accelerate the fast solar wind and heat the quiet corona.     

天山天池一次强降水过程中的地形效应

2010年6月22日至23日,新疆天山天池发生了一次特大暴雨过程,6 h累积降水量高达124 mm。利用WRF中尺度数值模式对本次强降水过程进行数值模拟,探讨了天山地形在本次强对流过程的作用。结果表明,控制北疆地区的西北气流遇博格达山脉阻挡,除了一部分西北气流以12 m·s-1的速度沿迎风坡爬升之外,另一部分偏西绕流因为狭管效应以18~24m·s-1速度沿山体西侧绕流爬升,两支气流在山顶汇合造成的对流增强为本次大暴雨过程的发生提供了动力条件。由于地形阻挡和狭谷效应,博格达山西坡上低层偏西气流的垂直分布随高度递减,造成山坡上水平辐合增强,对应的气旋式涡度进一步加强,最大值达136×10-5s-1,有利于降水量增加。高低层风场配置相反,垂直风切变加强,有利于强对流的发生。东北偏东方向移动的多单体系统受博格达山西坡地形阻挡抬升与局地生成的对流单体合并,是本次天池发生大暴雨过程的主要原因。     

冷却塔对大气扩散影响的数值模拟

利用计算流体力学模型Fluent, 模拟多个冷却塔对大气流动和湍流场的作用, 用拉格朗日随机粒子模式进一步模拟其大气扩散影响。针对一个内陆核电厂的设计方案进行模拟, 共有4个冷却塔和4个常规烟囱排放口。取当地典型风速1.5 m/s和中性边界层条件模拟ESE, SSE和SW这3个方向来流的塔体扰动情况。对应各风向各取2个排放位置进行扩散模拟并计算扩散参数。结果显示, 在扰动最小的风向条件下, 冷却塔几乎对扩散没有影响, 扰动严重时水平和垂直扩散参数可分别增大2个和1个稳定度级别, 这种影响在1 km之内最为明显。     

稳定、中性条件风速标准差对烟幕扩散的影响

为了更好发挥发烟装备的使用效果,需要研究风速标准差对烟幕扩散的影响规律.通过分析现场观测数据,研究了稳定、中性层结条件下3个方向风速分量标准差与稳定度分类判据SR数及平均风速之间的关系,运用高斯烟羽模式结合实测平均风速和风速标准差计算了烟幕在大气中的扩散效果,分析了平均风速和风速标准差对烟幕有效遮蔽区域长度、高度、面积的影响规律.结果表明,烟幕有效遮蔽区域长度和高度的主导因素分别为垂直方向风速标准差和平均风速;相同的稳定度类别和近似的平均风速条件下,风速分量标准差可能存在较大差别,导致烟幕有效遮蔽区域的长度和面积可能存在量级上的变化.因此,在发烟装备评价和使用过程中,观测并参考风速标准差是很有必要的.     

2012年7月4-5日河南省驻马店暴雨过程分析

利用MICAPS常规资料、NECP再分析资料、雷达回波资料,对2012年7月4-5日河南省驻马店暴雨过程进行诊断分析,资料表明：此次暴雨过程是受副热带高压边缘西南气流和中低层切变线的共同影响,高空槽后带来的冷空气与西南暖湿气流在淮河流域上空交汇,促使不稳定能量爆发,从而产生中小尺度强降水.在新一代天气雷达上,则表现为对流性降水回波,回波呈块状结构,强度大,中心强度为59 dBZ,对流高度12 km .从回波连续演变来看,整个回波云系随着低槽的东移南压,移速25 km/h .径向速度图上,最大负速度入流为-39 m/s,最大正速度出流为24 m/s,入流绝对值远大于出流绝对值,表明测站附近为气流辐合.垂直风廓线图上,最大风速高度6．7 km,最大风速风向198 deg,最大风速18．0 m/s,表明高层有西南气流加入,在4．6 km高度附近有一个明显的垂直切变线.     

基于数值模式的风场时空变化特征的统计分析

统计分析风场时空变化的特征,掌握其变化规律,可以提高风场预报的准确性。利用WRF模式对大气状态进行模拟,优化配置物理过程参数化方案,采用多层嵌套、双向反馈。以2 h为时间间隔的风场状态变化作为统计的风差样本,重点关注超过规定阈值大小的显著风差样本的分布,将风差样本标注在地图上,制作显著风差样本图。统计了显著风差样本数量在一天中的累积分布、风差样本的大小在垂直方向的分布,以及风场状态在各个高度层之间的差别。选择银川河东机场区域作为WRF模拟区域,对该区域一年的风差样本进行统计分析。结果表明:复杂地形条件下,不同区域风场变化的剧烈程度有很大的差别,但由同一因素引起的显著风差样本的变化趋势是一致的;风场时空变化的剧烈程度随着高度的增加而减弱。     

基于多相质点网格法的大气污染仿真模拟

为了准确估计不同风速条件对单点源排放的污染物浓度时空分布、粒子抬升高度、污染物扩散范围产生的影响,本文使用以多相质点网格方法（Multi-Phase Particle-In-Cell,MP-PIC）为基础的拉格朗日粒子追踪模型对污染物扩散进行大涡仿真模拟。结果表明:低风速下,受污染源阻挡作用,污染源周边形成方柱绕流现象,污染物在下风方向分裂为两股,污染物随湍流作用在计算域内波动,且计算域内分裂状况始终存在。随着风速的增大,污染物分裂情况逐渐消失,且污染物扩散范围、粒子最大抬升高度随风速增大而减小。风速为2 m·s-1时,分裂的两股污染物之间距离为5-20 m,流场稳定时下风向1 000 m至1 300 m污染物最大数浓度为70-87个·m-3;风速为5 m·s-1时,分裂的两股污染物距离为2-10 m,流场稳定时下风向1 000 m至1 300 m污染物最大数浓度为212-300个·m-3;风速为10m·s-1时,分裂情况消失,流场稳定时下风向1 000 m至1 300 m污染物最大数浓度为407-502个·m-3。