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。     

“7．18”山东暴雨过程分析II：WRF模式边界层参数化方案对降水的影响

[目的]分析不同行星边界层参数化方案对此次暴雨过程中降水模拟效果的影响。[方法]利用WRF3.4模式,选用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,研究不同行星边界层参数化方案对此次暴雨过程中的降水分布、降水极值出现时间以及BS、ETS评分的影响。[结果]不论是否使用边界层参数化方案,均能模拟出雨带的基本走向,但不同方案对于降水中心强度及其位置的模拟存在一定差异。不同边界层方案得到的模拟降水峰值的出现时间普遍比实际降水落后2~3 h,且其降水峰值之间存在较大差异,其中YSU方案对降水峰值的模拟效果最好。综合ETS评分和BS评分结果可知,对于降水量较小(25 mm)的模拟,不使用边界层方案反而效果最好;对于中等降水量级(25~50 mm)的模拟,使用Boulac方案比较合适;对于暴雨或特大暴雨(50 mm)的模拟,使用YSU方案效果最好。[结论]WRF模式中不同边界层参数化方案对降水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降水的预报准确率。     

“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。     

沙埕港超强台风“桑美”灾害成因的数值模拟分析

以超强台风＂桑美＂风场数据为依据,应用考虑波浪折射、底部损耗及波浪破碎等的波谱模型推算近岸海域台风浪场;再应用考虑波浪的浅水变形、绕射、折射、反射、海底摩擦以及波浪之间的非线性相互作用的Boussinesq方程推算港内波浪参数。在此基础上,分析了沙埕港在＂桑美＂台风正面登陆时港内波浪分布的特征及灾害成因。     

GRAPES不同参数化方案对新疆“4．18”寒潮降雪的敏感试验

利用我国新一代数值预报模式GRAPES,选择Kessler、NCEP3-class simple ice和simple ice微物理过程参数化方案和Kain—Fritsch、Betts-Miller-Janjic积云参数化方案形成6个组合,对新疆“4．18”寒潮天气的降雪过程进行预报试验,并与实况资料进行比较、检验。结果表明,就降雪个例而言,预报效果相对好的参数化方案存在不确定性,积云参数化方案对降雪的影响比微物理过程参数化方案对降雪的影响大。NCEP3-class simple ice与Kain-Fritsch方案组合对“4．18”寒潮天气降雪量的预报较好。     

"纳沙"台风对乌石渔港引起的台风浪的数值研究

利用MIKE21 SW波浪模型,对台风"纳沙"过境期间台湾宜兰县乌石渔港附近波浪特征进行数值模拟。结果表明,在"纳沙"影响下,在渔港近岸海域形成了最大有效波高超过5.5 m的巨浪,持续时间长达12 h。乌石渔港在多级防波堤的掩护下,港内有效波高逐渐减小,乌石渔港内有效波高低于0.5 m的有效避风面积达到总港域面积的24.2%。     

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。     

台风“鲇鱼”环流的风矢量结构变化对其路径突变的影响

[目的]研究1013号强台风＂鲇鱼＂的风矢量结构变化及其对台风路径突变的影响。[方法]根据台风涡旋非对称结构对台风运动产生影响理论,对以1013号超强台风＂鲇鱼＂中心为坐标原点,300～500 km内850、500 hPa切向旋转速度分解成u、v分量,分析台风的合力运动倾向,探讨1013号强台风＂鲇鱼＂的风矢量结构变化及其对台风路径突变的影响。[结果]1013号强台风在快速移动阶段时,风矢量存在明显不对称结构;而在原地打转时,风矢量呈对称结构;当ΔU、ΔV及合成风矢出现明显的变化时,表明台风的合力出现变化,台风移动方向将出现突变。500和850 hPa台风中心周围300～500 km附近风速的不对称结构也有利于移动路径的趋向性;ΔU、ΔV及合成风矢,其指向可以作为台风合力运动的方向。[结论]该研究为台风的预防提供参考依据。     

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。     

绿色空间不同布局的参数化设计及微气候模拟

以行列式和围合式2种布局方式为例,使用ENVI-met软件,通过场地内的建筑物高度、植被高度和绿量参数的变化,来模拟微气候的变化。结果表明,增加场地内的建筑高度或者植物高度,两者的天空视域因子、湍流动能、长波辐射量和散射量的变化趋势是相同的,但温度、湿度和风速的变化在两者之中是不同的,在行列式布局中,天空视域因子减小了0. 04,湿度平均增加了11. 82%,风速平均增加了2. 60%;在围合式布局中,天空视域因子减小了0. 13,湿度平均降低了3. 81%,风速平均降低了8. 60%。     

1210号台风“达维”风暴潮分析与数值模拟

1210号台风“达维”是1949年以后登陆我国长江以北地区最强的台风,给江苏、山东、辽宁等省份带来了较大的损失.在此分析了“达维”台风的过程和风暴增水情况,利用ADCIRC台风风暴潮预报模式对此次过程进行了模拟,并分析了模拟效果.结果表明,台风过程最大增水对应的时间不一定就是天文高潮;台风风暴潮数值预报系统对1210号台风“达维”的风暴潮过程的预报情况与观测结果比较吻合,可见该台风风暴潮数值预报系统对此类强度较强且登陆江苏沿海的台风过程的增水过程描述准确,对江苏沿海台风风暴潮的预报预警有非常重要的参考价值.     

南京冬季浓雾的边界层特征与数值模拟分析

利用2007年南京信息工程大学校内开展的冬季雾天边界层探测试验,分析了2007年12月13～14日南京一次大雾天气的温度、风向、风速、湿度廓线特征及其在雾生消过程中的演变规律,揭示了南京冬季大雾的边界层结构特征,并利用中尺度数值模式模拟了雾发展的整个过程。结果表明,雾发展过程中近地层逆温和湿度变化对雾的生消有很大的作用,另外,近地面层风向对平流雾的生消也有影响。中尺度数值模式能够较好地模拟雾体发展过程中温度、湿度、垂直速度等各物理量的演变,模拟雾体水汽含量可以预报雾的生消过程。     

土地利用类型变化对兰州市大气边界层特征影响的数值模拟

利用3个不同时期土地利用资料,对2012年6月份兰州强迫大气背景下陆面特征的USGS、MODIS以及卫星反演资料分别进行数值模拟,并与土地利用类型变化对兰州边界层的影响进行了对比分析.结果表明,WRF模式在高分辨率（1 km）下,模拟积分稳定,数据改变前后能较好地模拟兰州市区大气边界层特征;土地利用类型的改变对中尺度的环流形势没有影响;温度场上山谷温度明显高于山区温度,表现为热岛效应,且高度越低强度越大;不断改变土地利用类型,代表城市化进程,影响城市边界层高度且其不断增加,改变地表能量特征且其不断增加,土壤湿度不断减少.