“7．18”山东暴雨过程分析III：WRF模式边界层参数化方案对物理量场的影响

[目的]分析不同边界层参数化方案对此次暴雨过程中物理量场的影响。[方法]利用WRF模式3.4版本,选取不同边界层参数化方案对"7.18"山东暴雨过程进行敏感性试验,分析不同边界层参数化方案对此次暴雨过程中垂直速度场、水汽通量散度场、相对湿度、对流有效位能和边界层高度等物理量场的影响。[结果]不同的边界层参数化方案对于暴雨过程中垂直速度场的空间分布及其中心强度具有显著的影响,从而使得降水中心的分布和强度发生变化。尽管不同边界层参数化方案模拟得到的水汽通量散度在水平分布与实际结果具有较好的一致性,但其在垂直分布、中心位置及其强度上存在明显的差异。不同边界层参数化方案引起的边界层高度和对流有效位能的差异与其引起的降水分布差异直接相关。[结论]WRF模式中不同边界层参数化方案对暴雨过程中不同物理量场模拟效果的影响较大,选择合适的边界层参数化方案能显著提高对物理量场的模拟效果。     

WRF微物理和边界层组合方案对气旋过境海气通量模拟的敏感性研究

利用中尺度模式WRF (Weather Research and Forecasting Model)3.2版本模拟了一次冬季温带气旋过境过程,分析海气通量模拟对9种微物理方案和3种行星边界层方案的敏感性。LIN方案和YSU方案组合实验模拟出的平均风速最大,WSM3方案和ACM2方案组合平均风速最小。总体上,边界层方案对感热和潜热模拟的影响大于微物理方案的影响,风暴过境前,各实验模拟的海气通量对参数化选择不敏感;风暴期间,不同边界层参数化方案风速模拟差异较大,气温也存在差异,从而导致感热模拟差异较大;风暴过后,不同参数方案感热和潜热模拟差异较大,主要由于风速、气温和比湿综合作用导致。各种组合模拟出的海气通量均存在系统误差,这主要受近地面边界层方法限制,因此WRF 3.2还需进一步改善。     

WRF模式中不同参数化方案对华中地区一次强降水天气过程模拟的影响

【目的】利用中尺度数值模式WRF(V3.6.1)和NCEP的FNL资料,模拟2013年7月5-6日华中地区的一次强降水天气过程。【方法】通过WRF模式中2种积云对流参数化方案和3种云微物理参数化方案的6种不同组合,考察不同微物理和积云对流参数化方案对此次降水过程模拟的影响,将模拟结果和24 h累计降水实况以及雷达回波观测进行对比分析。【结果】发现采用不同微物理和积云对流参数化方案的组合都能大致模拟出降水的落区和发展趋势,但模拟的强降水中心的位置和强度与实况相比存在一定偏差。【结论】总体来说,KFN方案与Kessler方案的组合以及G3方案与Lin方案的组合的模拟效果较好。结合ETS评分,不同的参数化方案对不同等级降水模拟的效果不同,整体模拟效果比较稳定的是WSM6方案和G3方案的组合。     

2种边界层参数化方案对1013号超强台风“鲇鱼”数值模拟的敏感性研究

利用中国台湾地区"侵台台风之飞机侦察及投落送观测实验(DOTSTAR)"探空数据与WRF模式(3.8版本),针对1013号超强台风"鲇鱼"开展了边界层参数化方案的数值模拟敏感性研究。结果表明,非局地YSU方案在台风强度、路径、螺旋雨带、内核尺度以及台风外围位温、水汽混合比、风向这些方面的模拟效果优于局地MYNN2方案;但在风速的模拟上,YSU方案与MYNN2方案没有明显的优劣之分。     

基于WRF模式对西安夏季不同性质降水的数值模拟检验

[目的]了解WRF模式对西安地区夏季不同性质降水的预报能力。[方法]基于西安地区气象观测站的实况数据、Micaps观测资料、WRF实时预报数据,采用西安市气象台业务化运行的WRFV3.1对2011年7月21日和8月15日2次强对流天气过程及9月5~6日区域性暴雨过程进行模拟分析。[结果]在暴雨预报中,模式对暴雨雨带走向、落区、强度、强降雨中心位置以及强降水出现的时间段均与实况基本吻合,也可以较为准确地预报暴雨中对流层中低层风场的演变;在短时局地强降水中,模式对于降水的落区、发生时间有较为准确的预报,预报时效可达24~36 h。[结论]WRF模式能够对西安地区夏季不同类型降水进行预报,为气象服务提供较为准确的预报支持。     

不同对流参数化方案对暴雨过程影响的模拟试验

利用WRF中尺度数值预报模式,选用2种对流参数化方案Kain-Fritsch（new Eta）和Betts-Miller-Janjic,分别对2008年8月24～26日上海地区的暴雨过程进行了模拟试验。结果表明,应用WRFV3.1中尺度模式模拟暴雨过程采用网格嵌套技术时,细网格对降水的中心极值模拟效果更好。Kain-Frisch方案可能针对雨区分布效果较好,但对雨区落区存在偏差。Betts-Miller-Janjic方案对降水落区和分布都有较好的体现。     

WRF边界层参数化方案对青海强降水数值模拟的影响--以2012年7月28-30日发生在青海东部的一场强降水为例

利用WRFV3中尺度数值预报模式提供的8种边界层参数化方案（YSU方案、MYJ方案、GFS方案、QSE方案、MYNN2.5方案、MYNN3.0方案、ACM方案、Boulac方案）,对2012年7月28-30日发生在青海东部的一场暴雨进行数值模拟比较试验。整体而言,湍流动能类方案（MYJ、QNSE、MYNN2.5、MYNN3.0、Boulac）能够较好地反映出了降水区的宽度与走向;在湍流动能类方案中,无论是降水的强度还是气象要素的模拟,与实际比较接近是的高阶湍流动能类方案,在此例中,MYNN2.5方案优于MYNN3方案。     

不同陆面过程参数化方案模拟效果评估

[目的]模拟南京及其周边一次区域雾天气过程变化过程。[方法]利用2013年12月6日NCEP 1°×1°再分析资料为初始场,采用WRF模式对陆面过程参数化方案进行了敏感性数值试验,利用相关系数、平均偏差、平均绝对偏差、观测值的标准偏差、模拟值的标准偏差等对各参数化方案下的物理量的模拟效果进行评估,并与南京站的地面常规观测资料进行对比。[结果]不同陆面过程参数化方案对大雾天气过程的模拟结果是敏感的,不同的参数化方案模拟的地面温湿风存在较大差异,其中SLAB方案模拟结果可信度最高,偏差范围最小,且各变量的偏差均呈现正态分布状态。[结论]此次大雾过程中相对湿度、温度露点差、地面温度等变量的模拟效果较好,可将其作为判别指标,为后期提高雾过程预报准确率提供依据。     

积云参数化方案对北极区域气候模拟的影响

[目的]加深对积云在北极区域气候中作用的理解。[方法]利用一个北极区域气候模式,针对浮力能量型云模式以及质量通量型方案2种积云参数化方法,开展了北极区域气候数值模拟试验,分析了不同积云参数化方案模拟结果的差别以及相似之处,并对相关问题进行了初步探讨。[结果]积云参数化方案对北极年平均地表气温分布模拟影响明显,浮力能量型云模式方案可以更好地模拟温度场,模拟的温度存在较大的冷偏差,且随着高度抬升偏差减小;质量通量型方案模拟的降水误差更小,模式对总降水的模拟水平主要由对大尺度降水的再现能力决定,提高大尺度降水的模拟水平对改善北极区域降水模拟是至关重要的。[结论]该研究可为区域气候模式的改进和气候变化的预测及评估提供参考。     

高原和盆地强降水过程的数值模拟

该文利用中尺度WRF模式,分别对高原和盆地的一次强降水过程进行模拟,探讨模式在两地的模拟能力和产生误差的原因,结果表明:模拟结果显示两地小雨的TS评分都在0.5以上,而其他量级降水的评分较低;TS评分结果中高原的微物理过程随着不同的积云参数化过程而表现出不同的优劣性,而盆地表现为一致的Lin方案优于Ferrier方案。高原和盆地模拟结果的平均误差呈现出相反的变化特征。     

不同积云对流参数化方案对华南气温和降水模拟的影响

[目的]研究4种积云对流参数化方案在华南地区气候模拟中的适用性。[方法]利用意大利国际理论物理研究中心(ICTP)发展的最新版区域气候模式RegCM4,选用Anthes-Kuo(KUO)、Grell-Arakawa&Schubert(GAK)、Grell-Fritsch&Chappell(GFC)和MIT-Emanuel(MIT)4种积云对流参数化方案,分别对华南地区气候进行了长达10年(2000～2009年)的高分辨率(水平分辨率25 km)数值积分,对比研究了4种不同积云参数化方案模拟的华南地区温度和降水的差异。[结果]对比同期Climatic Research Unit(CRU)观测的地面温度和降水资料,4种积云参数化方案基本上均抓住了华南地区温度和降水的时空分布特征,但对温度模拟出了-2℃(1℃)的冷(暖)偏差,且均低估了华南地区的降水,尤其是GAK和KUO方案,相对CRU观测低估降水50%左右;KUO和MIT方案对温度的模拟比其他2个方案优秀,而MIT和GFC对降水的模拟比KUO和GAK优秀。[结论]研究结果为RegCM4在华南地区的应用提供参考。     

GWDO参数化方案及地形对一次大别山暴雨的影响研究

[目的]研究GWDO参数化方案及地形对一次大别山暴雨的影响。[方法]利用NCEP/NCAR 1°×1°分析资料和常规、非常规的地面观测资料以及WRFV3.1.1版本非静力平衡中尺度模式,对发生在2008年6月21日05：00～14：00大别山地区的一次中尺度切变线暴雨过程进行了诊断分析和数值试验,控制试验中加入了地形重力波拖曳系数（GWDO）的参数化方案,通过敏感性试验分别讨论了GWDO参数化方案和地形对此次暴雨过程的影响。[结果]地形拖曳系数对暴雨的强度或落区有很好的改进作用,考虑或不考虑地形拖曳系数得到的结果存在很大的差异。加入该参数化方案后无论暴雨的强度或落区均较未加入之前好;没有拖曳系数时,切变线扰动强,重力波活动明显,降水在重力波明显区较强。大别山以及周围的地形对此次切变线降水也有重要的作用,当去除大别山地形时,切变线上的降水强度均有显著的增加,雨带西部增强最明显;当去除大别山东南部的地形时,东部降水有明显的增幅作用,地形不利于此次暴雨的加强。雨带上雨强的变化,不仅与地形有关,且与切变线上的扰动变化也有关。[结论]该研究为暴雨的预测预报提供理论依据。     

WRF模式对青海东部地区暴雨过程的数值模拟

运用WRFV3.3模式通过设定模拟区域、两重嵌套网格以及针对各种物理过程选用参数化方案等,对青海东部地区2007年8月26～27日发生过的一次大暴雨天气过程进行数值模拟研究,并与实测资料进行对比分析,对WRFV3.3模式在青海地区的模拟效果进行评估。结果表明,从降水量的模拟结果来看,模式对于微物理过程和积云参数化方案敏感,对陆面过程、长波辐射、短波辐射、近地面层和边界层方案不敏感;对2007年8月26日青海东部地区暴雨过程的模拟结果进行评估,西宁、化隆、尖扎、清水河、黄南各站的12 h降水量平均误差分别为-86.5、-75.5、-71.0、-14.0、-100.5 mm;降水落区面积偏大;积分时间为0～12、12～24、24～36、36～48 h的模拟值和观测值相关系数分别为0.66、0.57、0.60、0.51,平均相关系数0.58。     

利用WRF模拟兰州城市边界层

利用WRF中尺度模式对兰州城市边界层进行了模拟,结果表明,WRF在兰州地区模拟效果较好,可用于研究山谷城市的大气边界层情况。     

云凝结核浓度对一次梅雨锋降水影响的数值模拟

利用WRF模式(V3.6),采用WDM6双参数微物理方案对2012年7月2~3日江淮地区的一次持续性梅雨锋暴雨过程进行数值模拟,对不同初始云凝结核(CCN)浓度背景下的地面累积降水量和云中微物理过程进行对比分析。结果表明,初始CCN浓度在一定程度上影响了降水的微物理过程,进而影响降水量;当背景CCN浓度增加时,在降水前期引起云滴半径减小,云滴转化效率变低,抑制暖云降水,后期冷云过程得到加强,大量冰相粒子生成,最终导致降水增加。     

WRF-Chem中沙尘天气过程对模式分辨率及边界层方案的敏感性试验

利用数值模式WRF-Chem对兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)所在地区2010年4月10～11日的沙尘天气过程进行了水平分辨率分别为10、3和1 km的模拟分析。在每个试验中分别采用了YSU和MYJ边界层方案。结果表明,3种分辨率的试验都较好地反映了沙尘天气过程中PM10随时间的变化特征,显示出WRF-Chem对沙尘天气过程具有良好的模拟能力,但是在复杂地形区域,模式分辨率的提高并不能相应提高模拟结果的精度。在该试验中,采用MYJ边界层方案对PM10的模拟效果优于YSU方案,反映出在热通量对整个过程不具有决定性影响的情况下,MYJ方案取得了更加接近实际的结果。     

连云港市一次强对流暴雨天气分析

[目的]分析连云港市一次强对流暴雨天气的成因和数值预报检验.[方法]利用常规和非常规气象资料,从天气背景、稳定度及触发机制等方面对2015年8月7日连云港市的一次强对流暴雨天气过程进行系统分析,并对比分析各家数值预报结果.[结果]此次强对流暴雨发生在副高西伸北抬、高空槽东移的大尺度背景下,暴雨发生前大气层结不稳定、边界层辐合是触发不稳定能量释放的主要因素;多普勒雷达观测表明,回波强度在50 dBz左右,与边界层辐合线位置对应较好;对比分析各家数值预报结果表明,数值预报对不稳定性降水预报效果较差.[结论]该研究为此类强对流暴雨天气的预报提供科学依据.     

秦岭北麓一次暴雨天气在风廓线雷达资料中的分析

[目的]分析2011年8月15日西安市长安区一次暴雨天气中风廓线雷达资料的变化特征。[方法]利用固定式边界层风廓线雷达资料,根据当地的地理环境,着重分析2011年8月15日西安市长安区一次暴雨天气的降水前和降水期间的风廓线资料,研究降水前和降水期间多普勒雷达图、风廓线资料的变化特征。[结果]对流天气来临前,风的脉动变化较大,水平风在垂直方向上2 000 m左右高度出现正的垂直风速切变,降水前最大探测高度明显升高;长安边界层风廓线雷达可获得时间和空间分辨率较高的风廓线资料,其探测到的水平风场资料可清晰地监测大风天气的发生和变化过程。长安区地处秦岭北麓,地形因素是一个很重要的需要考虑的条件,雷暴大风分布与阶梯地形相一致。[结论]该研究为长安的强对流天气分析提供科学依据。     

潜热在2013年5月26日青岛地区降水过程中的反馈作用

对2013年5月26—27日的青岛地区降水过程进行了数值模拟试验。结果表明,WRF中尺度模式能够较好地模拟此次暴雨天气,在暴雨过程中,受温带气旋缓慢移动的影响,造成了长时间的降水。其次,高低空急流的作用对暴雨发生发展起着重要作用;去除潜热“干”敏感试验验证了暴雨过程的正反馈作用。     

成都市2009年“8.25”暴雨过程分析及数值模拟

利用常规观测资料及T213数值预报资料对2009年8月25日成都地区的一次区域性暴雨过程进行了分析。分析表明:这次暴雨过程发生的环流背景为副高东撤南压后,高原低值系统快速东移影响成都地区,其形成机制是副高外围的偏南气流结合河套地区南下的冷空气触发当地不稳定能量的爆发。并利用WRF模式对此次过程进行数值模拟,模拟结果分析表明,WRF模式能有效模拟暴雨的环流背景和天气形势,还可以较好地模拟出降水过程和持续时间,对降水中心的模拟基本可用。