基于WRF模式的新疆巴音布鲁克盆地强降雨天气数值模拟效果分析

为了验证中尺度数值模式WRF中参数化方案对新疆中天山地带巴音布鲁克盆地天气模拟的适用性,以寻找对该区域天气模拟WRF模式中最优参数化方案组合。利用WRF模式对新疆中天山地带巴音布鲁克盆地2场强降水过程进行数值模拟,选取2种不同的边界层参数化方案(YSU,MYJ),2种不同的云动力参数化方案(GrellFreitas,Grell-3),3种不同的云微物理参数化方案(Lin,WSM6,Thompson),3种不同的长短辐射参数化组合方案(New Goddard/New Goddard,Dudhia/RRTM,GFDL/GFDL),组成36种参数化方案组合。模式模拟采用双层嵌套的方式,其中内层嵌套区域为4 km精度,对中天山地带巴音布鲁克盆地进行数值模拟。同时,借助气象部门的自动站观测资料,与小时降雨量、空气温度、10 m风速、表面大气压强等边界层结构特征进行了比较分析,评估不同参数化方案的模拟差异。得出最优参数化方案组合:陆面参数化方案为YSU方案,云动力方案为Grell-Freitas方案,云微物理方案为WSM6,长波辐射和短波辐射参数化方案为Duhia/RRTM。各边界层参数化方案组合均能够模拟出降雨趋势变化特征,但最优参数化方案组合模拟结果与实际观测结果仍然存在一些差异。     

WRF模式不同参数化方案组合对干旱区一次暴雨模拟的对比分析

为了研究不同参数化方案组合对干旱区暴雨模拟的影响,借助新一代中尺度数值模式WRF对2012年7月29日腾格里沙漠边缘一次暴雨过程进行数值模拟研究。选取不同的微物理、积云、陆面过程和边界层参数化方案,得到14种组合;结合同期外场试验观测资料和区域降水实况,对不同组合方案的降水模拟性能进行对比分析。结果表明:不同组合的模拟结果差异显著,选用Thompson、KF、Pleim-Xiu与MYNN 2.5 level参数化方案的组合(case 11)在24 h累计降水、单站逐时降水及降水的TS评分中均表现较好且区域平均误差最小,能够较为真实地模拟出本次暴雨过程。进一步对比不同组合方案模拟物理量变化的差异发现,降水量差异正是模拟物理量差异的客观表现,并对此次暴雨过程发生机制进行了诊断分析。     

WRF模式物理过程参数化方案对黑河流域降水模拟的影响

以黑河流域一次降水过程为研究个例,利用中尺度数值预报模式WRF 3.1进行物理过程参数化方案选择的分组敏感性试验,分别讨论了WRF模式中的微物理、积云对流、陆面过程和边界层参数化方案对黑河流域降水模拟的敏感性,并利用该流域内12个气象站的日降水资料进行了验证。研究表明：没有确定的某个物理过程参数化方案在所有试验方案中的模拟效果一致好,不同的参数化方案配合使用模拟效果更佳。对比分析模拟结果发现,要有效地模拟出降水中心位置和降水量、降水区分布形态和范围,应同时选用MYJ边界层参数化方案与Noah陆面过程参数化方案;微物理参数化方案中选择Ferrier方案时,对降水的模拟效果要好于选用WSM3、WSM5、Lin方案;积云对流参数化方案对降水模拟的敏感性明显弱于其他物理过程参数化方案。     

WRF模式在天山地区模拟能力的敏感性评估

为探寻天山地区气候模拟WRF(weather research and forecasting)模式中最优参数化方案组合,针对云微物理方案(MIC)、积云对流方案(CS)、行星边界层/近地面层方案(PBL/SLS)、陆面过程方案(LSM)以及长短波辐射方案(LSW)设计了6组季节尺度物理参数化方案敏感性试验,模拟时间设为2014-11-28-2015-12-01。利用地面气象站观测数据和GPM(global precipitation measurement)卫星降水数据(R≥0.6),对模式模拟的日最高、最低气温及降水进行验证。结果表明:WRF模式对气温的模拟效果较好,且对日最高气温(0.8相似文献   

集合预报方法在新疆大降水中的试验

采用多模式多物理参数化方案的集合预报方法,以GRAPES和WRF中尺度区域数值模式为基础,分别使用2个模式提供的多种物理过程参数化方案和积云参数化方案,通过敏感试验进行有效组合,形成了8个集合成员的集合预报系统。使用该系统对新疆2007年和2008年以降水为主的27场天气过程进行模拟试验,采用Ts评分和BS评分方法,对...     

中尺度大气数值模拟及其进展

首先,以MM5,RAMS,WRF模式为例,简要介绍了各模式的动力学框架、物理过程以及应用情况,同时比较了当前国内外几种著名的中尺度数值模式性能。其次,归纳分析了积云、行星边界层和陆面过程3种主要的参数化方案。积云参数化方案按其发展过程分为对流调整、大尺度水汽辐合和质量通量3类方案,对各个方案的优缺点进行了总结;行星边界层参数化方案分为总体行星边界层、高分辨行星边界层参数化方案和大涡模拟3部分,概括了每种方法的特点;还分析了陆面过程参数化的发展过程、非均匀下垫面参数化和目前主要的陆面模式。然后,简要概括了客观分析方法和3类主要的资料同化方法。最后,对该领域存在的问题进行了阐述,并展望了中尺度大气数值模拟今后的发展趋势。希望通过对这些问题的综合分析,有助于进一步开展中尺度大气数值模拟的研究。     

新疆夏季行星边界层参数化方案模拟特征研究

行星边界层参数化方案(PBL)对天气气候和大气环境的模拟与预报具有重要影响.通过基于单柱模式(SCM)的乌鲁木齐单点理想实验,以及新疆2019年8月15—18日的一次降水天气过程的模拟检验及诊断分析,研究了YSU、ACM2、BOULAC、GBM、MYJ和QNSE 6种常用的PBL参数化方案模拟的大气比湿、位温等气象要素...     

WRF模式辐射方案对极端低温天气预报的影响

利用WRF模式和GFS资料对北疆的两次强寒潮天气过程进行了回报,分析了WRF模式不同辐射参数化方案对极端低温天气预报的影响.结果表明:WRF模式不同的辐射方案,尤其是长波辐射方案对极端低温天气预报的影响较大.Earth Held-Suarez forcing与Dudhia、Goddard组合方案预报的气温更接近实况.但是Earth Held-Suarez forcing方案没有考虑微物理过程之间的相互作用,没有考虑云量和温室气体对辐射的影响,比较适用于冬季.从辐射平衡的角度来看,该方案在预报43.5°～50°N的气温时,误差比较小.     

邢台市近61年降水变化特征及其对生态环境的影响

根据邢台市国家气象观测站1954—2014年的逐日降水资料,运用线性倾向分析、Mann-Kendall突变检验、滑动t检验等方法对邢台市的降水气候变化特征进行了分析。结果表明:近61 a来,邢台市月不同等级降水日数随着降水等级的升高而快速下降,月雨日和月雨量的峰值均出现在7月份,平均为18.67 d和150.46 mm;小雨日和小—中雨日分别呈-3.17 d·10a~(-1)和-0.61 d·10a~(-1)的显著性下降,其他等级降水的雨日也都呈不明显的下降趋势,年总雨日呈-4.37 d·10a~(-1)的显著性下降,其中在夏季的下降趋势最明显;年总雨量的气候倾向率为~(-1)8.23 mm·10a~(-1),其中小雨量呈-5.22 mm·10a~(-1)的显著下降;总雨量下降的原因一方面是雨日的减少,另一方面是小雨日和小—中雨日雨量在夏季的显著性减少。检验证明小雨日、小—中雨日的突变时间分别在20世纪70年代中后期和60年代末,总雨日和小雨量的突变时间分别发生在20世纪70年代初和80年代初。     

甘肃不同强度降水日数变化对干旱灾害的影响

采用甘肃省60个地面气象站1961～2004年3～10月日降水量,统计了历年3～10月的降水量,小雨、中雨、大雨、暴雨日数和连阴雨次数;用相关分析方法研究了干旱气象灾害对不同强度降水日数变化的响应.结果表明,降雨量印小雨、中雨、大雨、暴雨日效和连阴雨次数都呈减少趋势;干旱面积和粮食减产量呈增加趋势;降水量、连阴雨次数、中雨日数与干旱面积和粮食减产量之间呈显著负相关,小雨和大雨次之;连阴雨次数和中雨日数减少,是造成干旱面积扩大、粮食大幅度减产的重要因素.     

对陆面过程模型CoLM中关键参数的修正

通过对塔克拉玛干沙漠腹地观测数据的分析和模拟,重新修正了陆面过程模型CoLM中的关键参数值和参数化方案。① 采用涡动相关数据和Monin Obukhov理论,对地表动力学粗糙度重新计算;为提高地表比辐射率的精度,采用两种不同的方法进行计算和比较;将地表反照率参数值校正为符合年际变化的参数化方案;重新选择符合沙漠环境的地表热力学粗糙度参数化方案;改变相同的10层土壤导热率为不同值。② 经过参数值的校正与参数化方案的修正,改善了CoLM在沙漠地区对地表通量、地表和土壤温度模拟的缺陷;③ 改善后的CoLM模拟值与观测值的标准误差小于改善前,但不同季节模拟改善效果存在差异,总体上冬季的标准误差小于其他季节。     

Spatio-temporal pattern and changes of evapotranspiration in arid Central Asia and Xinjiang of China

Accurate inversion of land surface evapotranspiration (ET) in arid areas is of great significance for understanding global eco-hydrological process and exploring the spatio-temporal variation and ecological response of water resources.It is also important in the functional evaluation of regional water cycle and water balance,as well as the rational allocation and management of water resources.This study,based on model validation analysis at varied scales in five Central Asian countries and China's Xinjiang,developed an appropriate approach for ET inversion in arid lands.The actual ET during growing seasons of the study area was defined,and the changes in water participating in evaporation in regional water cycle were then educed.The results show the simulation error of SEBS (Surface Energy Balance System) model under cloud amount consideration was 1.34% at 30-m spatial scale,2.75% at 1-km spatial scale and 6.37% at 4-km spatial scale.ET inversion for 1980-2007 applying SEBS model in the study area indicates:(1) the evaporation depth (May-September) by land types descends in the order of waters (660.24 mm) > cultivated land (464.66 mm) > woodland (388.44 mm) > urbanized land (168.16 mm) > grassland (160.48 mm) > unused land (83.08 mm);and (2) ET during the 2005 growing season in Xinjiang and Central Asia was 2,168.68×10 8 m 3 (with an evaporation/precipitation ratio of 1.05) and 9,741.03×10 8 m 3 (with an evaporation/precipitation ratio of 1.4),respectively.The results unveiled the spatio-temporal variation rules of ET process in arid areas,providing a reference for further research on the water cycle and water balance in similar arid regions.     

边界层参数化方案对一次西北地区沙尘天气过程影响的数值模拟研究

使用耦合化学模块的高分辨率中尺度数值模式WRF-Chem3.4,结合近地层观测资料评估YSU、MYJ、QNSE、MYNN2.5和BouLac共5种边界层参数化方案对2007年3月27日西北地区一次沙尘天气过程模拟效果的影响,结果显示5种边界层参数化方案均可模拟出此次沙尘天气的发展演变过程,其中YSU和BouLac方案模...     

近30年新疆降水量及雨日的变化特征分析

利用新疆1971-2006年98个气象站的逐日降水资料,研究了新疆年和四季降水量及雨日的气候变化特征。结果表明：新疆多年平均年降水量及雨日的空间分布均为北疆大于南疆,山区大于平原,二者长期变化的空间分布相似程度较低,有些地区甚至完全相反。南疆大部地区降水量的增加主要是由于雨日增加而造成的;北疆大部地区降水量的增加主要是...     

最优子集回归在武威市降水预报中的应用

选用Micaps下发的ECMWF 0～120 h格点场资料,使用差分法、天气诊断、因子组合等方法构造出能反映本地天气动力学特征的预报因子库.根据大气环流产生降水的物理机制不同,将天气形势分为西北气流型、西南气流型和不规则型3种,分别对预报因子和预报量进行线性0,1标准化处理,采用Press准则初选冈子,最优子集回归建立武威市6个站点不同天气类型的0～120 h降水预报方程,用多因子概率权重回归预测其降水概率.预报方程的降水和晴雨拟合率达0.742,0.783;投入业务试用后,0～120 h降水和晴雨预报准确率Ts 达0.653,0.813.说明该预报模型对降水天气预报能力强.其预报能力超过或接近日常业务预报,为地市级客观预报提供了有效的指导产品.业务系统与MICAPS对接,实现全自动化,输出的预报产品客观、定量.     

基于气象因子驱动的阴山地区马铃薯产量预测模型

为了及时掌握马铃薯产量,提高产中、产后气象服务能力,指导马铃薯生产,以内蒙古阴山旱作区马铃薯生产为例,利用16个旗县1980-2007年气象和产量资料及发育期等其它相关资料,采用相关和回归分析等方法,分区域分析了影响马铃薯产量的关键气象因子,并建立了气象产量预测模型.结果表明:(1)降水是影响产量的关键因子,温度次之;前山地区高温胁迫的影响大于后山,降水不足的影响则相反;干旱少雨、高温胁迫是制约该地区马铃薯产量提高的主要因素.(2)用逐步回归方法建立的幼苗期-结薯期、幼苗期-淀粉积累期、结薯期-淀粉积累期和生长季4个时间段的气象产量预测模型均达到极显著水平,拟合率75％以上,产量预测平均误差11.1％,误差变幅0.34％ ～ 27.9％,近85％的预测值准确率超出80％,对区域预测结果好于各旗县;(3)结薯期是对水热最敏感的时期;不同时间段模型中以生长季和幼苗-结薯期模型预测结果较好.所建模型可以在马铃薯产量预测业务中应用.