采用WRF模式模拟风场分析中尺度暴雨

2005年6月9-10日江苏省中部发生了一次比较突兀的较强降水过程。采用一般常规资料不能清楚得显示其降水的中尺度特征,本文借助于最新的WRF中尺度模式对此次过程进行了数值模拟,暴雨落区及降水量与实况比较接近,说明模拟的效果是令人满意的。接着仅用得出的风场资料进行了分析,结果清楚得揭示了此次降水的中尺度特征,说明WRF模式能准确得模拟出中小尺度天气系统。本文采用的WRF模式参数设置对于模拟我国江淮地区夏季暴雨具有一定的参考价值。     

MODIS卫星反演地表覆盖对陕北地区降雨过程模拟的影响

对比了陕西省农业遥感信息中心根据MODIS卫星资料反演的2004年夏季陕北地区地表覆盖类型与中尺度气象模式MM5中使用的USGS地表类型资料,并分别用2套地表覆盖资料对同年7月的2个典型陕北区域性降雨个例进行了模拟分析,检验了模拟结果对地表资料的敏感性.与观测的降雨实况比较显示:采用MODIS卫星反演的陕北地表覆盖类型资料能够在一定程度上改进模式对区域性降水的模拟结果.     

一次梅雨锋中尺度暴雨的模拟试验

利用中尺度气象模式MM5对1998年6月23－26日梅雨锋中的一次中尺度暴雨过程中进行了二重网格双向嵌套全物理过程的模拟试验。控制试验模拟结果与实况比较吻合，对降水的模拟结果表明，选择合适的物理方案，MM5能很好地模拟出梅雨锋中尺度雨团的位置、强度及移动，对开展中尺度天气数值预报具有报导意义。对可分辨尺度降水物理方案和边界层方案的试验表明：就本个例而言，用简单冰相的参数化方案能较好地描述梅雨锋中的中尺度降水物理，其效果优于混合冰相；Blackadar高分辨率边界层方案效果优于MRF方案。     

2003年江淮连续梅雨暴雨过程的中尺度数值试验

为了分析天气研究及预报WRF(weather research and forecasting)模式对我国天气现象的适用性,利用WRF模式对2003年淮河汛期的3次梅雨锋暴雨过程进行了一组数值模拟试验,对3次天气过程模拟试验采用相同的参数设置,模拟区域根据实况降水落区作了相应设置.模拟结果分析表明,WRF模式能有效模拟我国梅雨锋暴雨的环流背景和天气形势,较好地反映影响暴雨的中尺度系统的发生和发展等特征,还可以较好地模拟出雨带的范围、位置和走向,对降水中心的模拟基本可用.     

云微物理方案对一次高原切变线暴雨过程数值模拟的影响

利用中尺度数值模式WRF v3.8.1中的16种云微物理参数化方案,对2014年8月26—27日川渝地区的1次高原切变线主导下的暴雨过程进行了数值模拟对比实验.结果表明:WRF模式能够较好地模拟本次切变线强降水过程,总体来说NSSL 2-moment方案的模拟效果最好.但不同云微物理方案对于不同量级降水的模拟各有优势,NSSL 2-moment方案对大雨及暴雨的模拟效果最好.在主要降水区,各方案模拟的逐小时降水量的峰值均滞后于实况并且突发性更强,NSSL 2-moment+CCN方案在此区域模拟的累积降水量与实况最为接近.云中水成物含量的模拟结果显示,模拟降水较多的方案中其雪粒子含量也较多,而雪粒子不仅在其凝结过程中的潜热释放有利于对流活动发展,并且亦可以通过融化过程促进降水.而对于暖云降水部分,能够到达地面的雨水粒子含量的模拟在各方案中并无显著差异.     

云微物理参数化方案对青藏高原一次对流云降水模拟的影响

利用WRF V3.9.1中尺度数值天气预报模式(mesoscale numerical weather forecast model,WRF)7种云微物理参数化方案,对2015年8月13日青藏高原那曲地区一次对流云降水过程进行数值模拟,对比分析不同云微物理参数化方案对降水、环流以及相关物理量模拟的影响.结果表明:WRF模式能够较好地模拟本次对流云降水过程,但不同云微物理参数化方案对降水、环流场等物理量的模拟有明显影响.在降水落区方面,各方案模拟的雨区范围普遍偏大,仅Lin和CAMS方案较好地模拟出那曲中部的降水中心,而对于降水量,除WSM5、Morrison和New Thompson方案模拟值偏低外,其余方案模拟结果与实况值较为一致.此外,不同云微物理参数化方案模拟的降水日变化同样存在差异,大部分方案能够再现本次降水过程的前两次降水峰值,但均未能模拟出第3次降水峰值.对于大气环流和水热物理量场,各方案也可较好地再现其基本特征,但方案间的差异不可忽视.总体来说,Lin方案对本次高原对流云降水过程降水以及环流等相关物理量的模拟效果最佳.     

1998年南海夏季风爆发过程数值模拟

用中尺度模式MM5(V3)对1998年南海（SCS）夏季风爆前后低纬环流的演变过程进行了数值模拟，共做了2个数值试验，分别是固定海温试验和日平均海温试验。结果表明，在两种海温强迫下，模式系统都能模拟出南海季风爆发前后区域环流的演变特征，并且进一步证实5月21日是1998年南海季风爆发日。日平均海温强迫模拟的降水中心位置和实况更接近，而两种海温强迫对环流和降水影响的差别主要表现在对中尺度特征的影响方面。     

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。     

云南2次西行台风暴雨过程数值模拟和诊断分析

利用NCEP再分析资料和中尺度数值预报模式(WRF模式),采用三重嵌套网格对2014年7月20日08:00—21日08:00与9月17日08:00—18日08:00的2次西行台风影响云南暴雨过程进行数值模拟试验,并对试验结果进行诊断对比分析.结果表明:WRF模式客观地模拟出了西行台风暴雨过程的强降水落区、强度和基本特征,但当高空无冷空气影响热带低压时暴雨中心与低压中心吻合,冷空气入侵热带低压外围时暴雨中心偏离热带低压中心.同时,较好地模拟出西行台风影响系统的移动方向和影响区域,由于没有考虑地形作用,模拟的影响系统和降水落区比实况位置稍偏西偏北和强度偏弱,但总体上高空高度场、温度场和流场分布也与实况基本一致.另外,WRF模式对相对湿度、涡度、垂直速度的模拟能很好地指示强降水发生的深厚高湿环境条件、正涡管效应和强烈深厚上升运动条件,模拟结果对强降水落区和发生时间有非常好的指示性.     

1998年6月“两湖”降水过程的数值模拟

运用中尺度η坐标暴雨模式(简称MEM),采用常规报文资料获得初始场,运用包络地形方法获得模式所需的地形资料,对1998年6月“两湖”降水过程进行了数值模拟。结果表明,该模式对形势场的模拟较好,MEM的TS评分结果明显高于国内目前业务运用中的主要模式,模式对暴雨有较强的模拟能力。无地形试验表明地形对降水预报有显著的作用,尤其中尺度地形对暴雨预报和模拟有重要的作用。     

“95.1”高原暴雪及其中尺度系统发展和演变的非静力模式模拟

为了对青藏高原暴雪进行深入的数值模拟研究,在对1995年1月17-18日（“95.1”）高原暴雪进行天气分析的基础上,利用非静力中尺度数值模式MM5对该次暴雪过程进行了数值模拟。数值模拟结果和客观分析结果的比较表明,非静力中尺度数值模式MM5有能力再现地面以上大、中尺度环流系统和热力场;同时MM5能够成功地模拟出复杂大地形条件下“95.1”高原暴雪中尺度低涡的发生、发展及结构演变。模拟的运动场和云微物理量场的时空演变表明,垂直运动场与水汽场的耦合是水汽凝结和冻结成雪的运动学条件;气旋性涡柱和上升运动及深厚湿舌的耦合是暴雪形成的一种重要动力机制;模拟的流场演变表明流场更能表征高原上的中尺度系统。     

北京区域近地边界层特征数值模拟

用非静力平衡的中尺度模式MM5.V3模拟了北京地区2000年夏季7月10日—11日的风速和温度场等边界层特征。模式所采用的水平分辨率为1 km,以天安门为中心,选取东西80 km南北100 km的区域进行模拟。模拟结果表明城郊之间存在明显夏季热岛效应,市区和郊区的温差最大可达6～8 ℃;边界层风场受西北特殊地形的影响,白天盛行由南往北的上坡风,夜间转为由北向南的下坡风。并用气象观测站实测资料对模拟结果进行了验证,验证表明模拟是准确的。模拟结果有助于了解北京地区区域气候的形成、污染物扩散及制定相关城市规划。     

连续铸造稳态温度场非物理边界条件的确定

建立了描述连续铸造过程的温度场模型,用外推法得出凝固金属在结晶器出口侧的非物理边界条件模型,使稳态温度场的计算精确高效.利用该温度场模型及非物理边界条件模型计算了Al-Cu合金在半连续铸造过程中的稳态温度场,并以此确定的介观温度场作为液固相变模拟的条件,用多尺度计算技术模拟了Al-10%Cu合金在不同浇注温度时的凝固组织,得到了晶粒形貌和分布合理的微观组织.对ZL201合金的近液相线铸造组织的模拟结果与实验吻合.研究表明:该温度场模型及非物理边界条件模型适于稳态连续铸造过程的模拟,并可为金属凝固组织的多尺度模拟提供正确的温度场数据.     

长江中下游地区一次辐射雾的数值模拟

为了解中尺度数值模式对辐射雾的模拟能力及对辐射雾生消有明显影响的物理过程，利用MM5模式对2003年12月11、12日的1次辐射雾生消过程进行了数值模拟研究。并针对明显影响辐射雾生消的微物理过程和辐射传输过程，以及模式水平分辨率精度进行了3组敏感性对比模拟试验。结果表明，适当选取中尺度数值模式中的物理参数化方案和水平分辨率，可以有效地模拟出辐射雾的生消及分布，模拟雾的生成时间、高度和雾区范围与实况较为相近。     

Diagnostic analysis of the asymmetric structure of the simulated landfalling typhoon "Haitang"

The landfalling processes of Typhoon "Haitang" near Lianjiang of Fujian Province of China from 00 UTC 19 to 12 UTC 20 July 2005 were reproduced by using the nesting non-hydrostatic WRF model and data assimilation technology (Level II Doppler radar data of Changle of Fujian Province are assimilated to the simulation every one hour from 01 to 06 UTC 19 July 2005).The mesoscale structure and evolution of the typhoon before,during,and after its landfall were discussed.The simulation data show that the assimilation experiment with the high temporal-and-spatial-resolution radar radial velocity and reflectivity data can produce much better simulation of the typhoon track,intensity evolution and landfalling location than the control experiment without assimilating radar data.By using the assimilation experimental data,the mesoscale fine-mesh structure and evolution before and after typhoon landfall were analyzed.Because of the influence of sea-land thermodynamic difference,two asymmetric convective regions were located at ocean and land,respectively.To better understand and investigate the asymmetric-structure characteristics of the landfalling typhoon,several dynamical diagnostic tools,the helicity (H),the moist potential vorticity (MPV),the convective vorticity vector (CW),the moist vorticity vector (MVV),which are associated with the development of strong convections,are introduced.Further analysis illuminates that the distributions of these physical diagnostic parameters are totally asymmetric,and subsequently,the associated convections also show distinct asymmetry.     

台风麦莎(0509)的数值模拟及结构演变特征分析

利用中尺度数值模式MM5,成功地模拟了0509号台风“麦莎”的路径、强度及其内部结构。根据模式输出的高分辨率结果分析了“麦莎”的动力和热力特征,包括环流结构、涡度、散度以及温湿场。结果表明：气旋低层的动力场及温湿场的明显不对称分布,加强了系统内部的上升运动;Q矢量散度辐合中心与强降水有很好的对应关系,500hPa高度场上强Q矢量散度辐合区域以及正涡度区对地面强降水中心有很好的指示作用。     

航空数值天气预报模式下风场及风切变小尺度数值模拟

针对风切变这一影响航空飞行的主要天气现象,进行小尺度下的风场数值模拟研究。实验模拟时段为协调世界时2014年6月8日06时至2014年6月8日24时(9日00时),对研究区域内生成并过境的强对流天气系统进行中小尺度的绝对涡度、水平风场和垂直风场的模拟;并提取小尺度下的风速风向值,尝试对风切变提取。结果表明:1数值模式能够清晰立体地模拟出这一次强对流天气系统的生成和运动的整体状况;2小尺度下能够对该强对流天气系统的局部进行精细化的立体的模拟;3通过分析小尺度下的数值模拟输出产品,能够判别出风切变;4对于风向数据,采用余弦平滑法能够进行有效的质量控制观察分析。     

观测资料同化与有限区模式初期降水预报

选取1991年7月3日至4日出现在我国江淮流域的梅雨暴雨天气过程,针对有限区模式降水预报中“旋转加强”问题,试验2种初值化方法即牛顿连续松弛逼近技术和降水-湿度场调整方案来改进模式的初期降水预报。试验结果表明：(1) 用湿度场调整方案同化观测降水资料,使同化时段降水区的中低层低压系统明显加强,所形成的初值具有较好的中尺度信息;但该方案会出现观测值与模式不协调引起的虚假小扰动。(2) 用牛顿连续松弛逼近技术同化业务观测系统的速度场和温度场资料,所形成的初值场形成了大尺度特征,同时对应江淮雨带的中低层低压系统加强,所形成的初值能够具有一定的中尺度信息。(3) 因此两者结合得到了最好的预报效果。对于梅雨天气过程,牛顿连续松弛逼近技术更有效。     

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。     

MM4模式和陕西春季降水模拟试验

介绍了有限区域的中尺度数值模拟ＭＭ４的结构,物理过程等,用ＭＭ４模式对陕西省春季透雨和暴雨过程进行模拟试验,证明了ＭＭ４模式在陕西春季大降水预报中的可用性。