不同辐射参数化方案对南京地区大雾过程数值模拟的影响

为了比较不同长、短波辐射参数化方案对江苏省大雾过程的模拟效果,本文利用WRF模式,通过设计不同长、短波辐射参数化方案,对江苏省2015年5月18—21日和12月20—21日2次典型大雾过程进行了数值模拟,讨论了模式中不同长、短波辐射参数化方案对江苏省大雾过程的模拟影响。采用平均绝对误差(MAR)、均方根误差(RMSE)、皮尔逊相关系数(r)及中国气象局颁布的雾区预报规定,评价得到不同条件的最优模拟方案。结果表明:(1)热力条件与水汽条件,模拟最优方案为长波GFDL方案与短波RRTMG方案组合。(2)动力条件,最优辐射参数化方案组合为CAM方案与FLG方案组合。(3)雾区的模拟,效果最好的方案为长波GFDL方案与短波RRTMG方案的组合。     

两组辐射方案对中国短期天气过程影响的比较和探讨

为了比较长短波辐射方案对中国短期天气过程模拟的影响, 并进一步完善中尺度模式MM5中的辐射过程的参数化方案, 将WRF中Goddard短波辐射参数化方案移植到模式MM5中.利用移植的方案和MM5模式原有的参数化方案, 设计了两组试验方案.通过对2002年第16号台风个例和2002年12月19～24日北方降雪的个例模拟, 结果表明: 选用不同的辐射参数化方案对两个个例模拟结果具有较明显的影响, 较详细的长短波辐射参数化方案组合模拟的各种辐射量和云更加细致合理地反映地形、台风、副高和槽脊的结构和位置; 台风降     

西北戈壁区夏季一次降水前后土壤温度变化规律分析

利用简单的土壤热传导方程建立模型,并结合小波变换方法,分析了2004年6月22日～8月18日金塔绿洲附近观测的戈壁土壤温度序列,重点关注地下10 cm的土壤温度变化.结果表明,在观测时段土壤温度除了有明显的日变化外,还存在周期为准4天和准两周的波动.利用滑动相关分析后发现,太阳向下短波辐射强度与土壤温度日变化能量存在显著的正相关,这与利用土壤热传导模型分析土壤日变化振幅年变化的相关研究的结论一致.太阳向下短波辐射强度与准4天周期波动实部分量在降水前后存在负相关关系.比较观测时段土壤温度准4天波动能量与同时期的天空温度,发现准4天波动可能与持续增强的云逆辐射有关.通过分析降水前后土壤温度、土壤含水量的变化,发现二者的日变化在降水后与降水前相比,振幅增大,位相前移.这一结果可以用土壤热扩散率在一定范围内随土壤含水量增大而增大得到解释.最后利用回归分析发现T10的准两周波动可能与更大范围的大气环流场异常有关.     

湖南省有限区域数值天气预报系统模拟试验

介绍了湖南省有限区域数值天气预报系统，该系统试用结果表明，系统具有较强的稳定性和实用性，降水的时空分布的预报效果较好。数值模拟试验结果表明，模拟降水预报对积云参数化方案、边界层参数化方案、辐射参数化方案等比较敏感。     

GRAPES模式中的坡地辐射方案及其对短期天气过程模拟的影响

为了改进太阳短波辐射参数化, 在非静力中尺度模式GRAPES (全球/区域同化和预报系统) 中考虑了坡地辐射 (SLOPE), 并着重讨论其在不同分辨率情况下对我国短期天气过程的影响.数值试验结果表明: 地形坡度和坡向对地表短波辐射 (GSW) 计算有较大的影响, 与没有考虑坡地作用的参考运行 (FLAT) 相比, 早晨和傍晚的GSW最小可减小60%以下, 最大也可增加60%以上, 比一天中其他时间和平均值大得多.在江淮流域一次梅雨锋降水过程中, 坡地辐射参数化方案的引入对降水模拟有较明显的影响, 特别在高分辨率 (6 km) 情况下, 降水的增加和减小不仅发生在GSW改变比较大的地区, 且与复杂地形有较好的相关性.另外, 由于地形坡度和坡向引起地表温度的改变与地表热通量的变化一致, 且也发生在地形起伏的多山地区.因此, 当水平分辨率较高且地形陡峭起伏时, 应当包含坡地辐射.     

RegCM3积云参数化方案对中国南方夏季强降水过程模拟的影响

利用区域气候模式RegCM3的最新并行版本,选择Anthes-Kuo、MIT-Emanuel和Grell 3种积云参数化方案,对2003年7月发生在淮河流域的强降水过程进行了多组模拟试验,重点分析比较了3种参数化方案对降水总量分布、主要降水时段和基本气象要素场的模拟能力,并相对实测降水和要素场进行了统计检验.对比分析试验结果,发现RegCM3对中国南方夏季强降水具有较好的模拟能力,不同参数化方案对中高层流场特征的模拟没有实质性差异.但对低层850 hPa流场结构 (切变线、副高、低空急流、湿舌等) 和水汽输送状况模拟存在一定差异,这也是它们能否正确模拟降水分布及过程、强度等特征的关键,也是Kuo方案降水模拟效果相对优于其他两种参数化方案的主要原因.     

AREM模式对"05.7"四川大暴雨的敏感性试验

利用AREM中尺度数值模式,对2005年7月8日四川盆地大暴雨天气过程进行了数值模拟,比较分析了AREM模式提供的不同降水方案、地表通量方案、地表辐射参数化方案对此次降水过程的模拟,以及对该过程中西南低涡活动特征的模拟。试验结果表明:各方案较好地反映了四川盆地西南部强降水,对其东北部的强降水模拟存在较大偏差;各方案模拟的涡度场和流场分布决定了降水区域分布;采用降水的显式云微物理过程和大尺度饱和凝结过程模拟的降水强度、低涡强度和低空急流有一定差异,后者模拟的偏强,与实况更接近;不同地表通量过程和地表辐射过程对降水、低涡和低空急流的模拟无明显差异。     

苏通大桥桥位江面风速的数值试验

用WRF中尺度模式对苏通大桥桥位江面的风速进行了数值模拟。在修改了模式自带的静态地形数据后模拟效果较修改前有所改善。并发现在对天气系统有较准确模拟的情况下模式对桥位江面最大风速的模拟也较为精确,反之结果相差较多。挑选了其中两个个例并使用修改过静态地形数据的模式分别对地形和一些物理方案作敏感性试验,发现各种因素对模拟结果都有着不同程度的影响,起决定性作用的是水陆分布;在没有强对流天气系统的情况下各种微物理参数化方案对模拟结果均不产生明显影响;模拟时需加入长短波辐射参数化和边界层参数化方案,并且其中YSU边界层参数化方案的模拟结果最为理想。在缺乏江面风观测数据的时段里模式对江面风速的模拟结果具有一定的参考价值。     

基于RegCM4模式的中国区域日尺度降水模拟误差订正

气候模式模拟得到的各气候变量与观测相比,总会存在一定的偏差,所得到的气候变化预估结果难以在影响评估模型中直接应用。本文尝试对一个区域气候模式（RegCM4.4）所模拟的中国区域逐日降水,基于概率分布（分位数映射）方法进行统计误差订正。在订正过程中,以模拟时段1991~2010年中的前半段（1991~2000年）作为参照时段,建立传递函数,对后一时段（2001~2010年）进行订正并检验其效果。首先对使用参数和非参数所建立的6种不同传递函数方法进行对比,发现6种方法均可明显减少降水模拟的误差,其中利用非参数转换建立传递函数的RQUANT方法效果更好。随后进一步分析了采用该方法对模式模拟降水所做订正的效果,结果表明,该方法可以明显改善对平均降水,以及降水年际变率和极端事件的模拟结果。     

Validation for a tropical belt version of WRF: sensitivity tests on radiation and cumulus convection parameterizations

对基本气候态和降水日变化的分析是检验模式模拟性能、理解模式误差来源的重要手段。为了评估出对热带气候模拟效果较好的物理参数化方案组合,本文应用WRF带状区域模式,主要比较了四种积云对流参数化方案:NewTiedtke、Kain-Fritsch、newSAS、Tiedtke,和两种辐射参数化方案:RRTMG和CAM,对热带带状区域的气候模拟结果。研究表明:使用NewTiedtke积云对流参数化方案和RRTMG辐射方案的试验,表现出对气温、降水及降水日变化等综合性最好的模拟性能;NewTiedtke积云对流参数化方案能模拟出较好的降水空间分布和降水日变化位相分布特征;与RRTMG辐射方案相比,CAM辐射方案会使温度模拟偏低,特别是陆地上更明显,这种陆地上的冷偏差可能主要来源于Tmin的模拟偏冷。     

A regional climate model simulation over West Africa: parameterization tests and analysis of land-surface fields

The West African Monsoon has been simulated with the regional climate model PROMES, coupled to the land-surface model ORCHIDEE and nested in ECMWF analysis, within AMMA-EU project. Three different runs are presented to address the influence of changes in two parameterizations (moist convection and radiation) on the simulated West African Monsoon. Another aim of the study is to get an insight into the relationship of simulated precipitation and 2-m temperature with land-surface fluxes. To this effect, data from the AMMA land-surface model intercomparison project (ALMIP) have been used. In ALMIP, offline simulations have been made using the same land-surface model than in the coupled simulation presented here, which makes ALMIP data particularly relevant for the present study, as it enables us to analyse the simulated soil and land-surface fields. The simulation of the monsoon depends clearly on the two analysed parameterizations. The inclusion of shallow convection parametrization affects the intensity of the simulated monsoon precipitation and modifies some dynamical aspects of the monsoon. The use of a fractional cloud-cover parameterization and a more complex radiation scheme is important for better reproducing the amplitude of the latitudinal displacement of the precipitation band. This is associated to an improved simulation of the surface temperature field and the easterly jets. However, the parameterization changes do not affect the timing of the main rainy and break periods of the monsoon. A better representation of downward solar radiation is associated with a smaller bias in the surface heat fluxes. The comparison with ALMIP land-surface and soil fields shows that precipitation and temperature biases in the regional climate model simulation are associated to certain biases in land-surface fluxes. The biases in soil moisture seem to be driven by atmospheric biases as they are strongly affected by the parameterization changes in atmospheric processes.     

Improving CLM4.5 simulations of land–atmosphere exchange during freeze–thaw processes on the Tibetan Plateau

Soil is heterogeneous and has different thermal and hydraulic properties, causing varied behavior in heat and moisture transport. Therefore, soil has an important effect on land–atmosphere interactions. In this study, an improved soil parameterization scheme that considers gravel and organic matter in the soil was introduced into CLM4.5 (Community Land Model). By using data from the Zoige and Madoi sites on the Tibetan Plateau, the ability of the model to simultaneously simulate the duration of freeze–thaw periods, soil temperature, soil moisture, and surface energy during freeze–thaw processes, was validated. The results indicated that: (1) the new parameterization performed better in simulating the duration of the frozen, thawing, unfrozen, and freezing periods; (2) with the new scheme, the soil thermal conductivity values were decreased; (3) the new parameterization improved soil temperature simulation and effectively decreased cold biases; (4) the new parameterization scheme effectively decreased the dry biases of soil liquid water content during the freezing, completely frozen, and thawing periods, but increased the wet biases during the completely thawed period; and (5) the net radiation, latent heat flux, and soil surface heat flux of the Zoige and Madoi sites were much improved by the new organic matter and thermal conductivity parameterization.     

WRF4.0模式陆气耦合对不同物理参数化方案的敏感性初探

模式的不同参数化方案会对模拟的天气和气候产生影响,但如何影响陆气耦合还不是很清楚。利用WRF 4.0模式设计了一组16种不同参数化方案组合的集合试验,对华北地区2013年夏季气候进行模拟。结果表明,不同积云对流参数化方案对模拟的降水平均态影响较大,其次是短波辐射方案,而微物理方案影响较小。进一步利用潜热通量(LH,Latent Heat flux)和土壤湿度(SM,Soil Moisture)、抬升凝结高度(LCL,Lifting Condensation Level)的相关系数R_(SM,LH)和R_(LH,LCL)表征陆气耦合过程,评估了陆气耦合对不同参数化方案的敏感性。模式模拟的R_(SM,LH)在不同区域随着平均降水、相对湿度的增加以及平均短波辐射的减少而减小,而R_(LH,LCL)的变化正好相反。它们内在的物理机制类似,与气候态的干湿变化密切相关,即随着土壤湿度趋于饱和,蒸散发过程逐渐受太阳辐射的限制,陆面对大气的影响减弱。另外,陆气耦合强度受积云对流方案、微物理方案和短波辐射方案的影响而产生差别,这与不同参数化方案模拟的气候态的不同密切相关,因此本研究对于WRF 4.0模式中参数化方案特别是积云对流方案的选择同样有着重要的指导意义。     

A source of hail embryos

Abstract

The sensitivity of the annual cycle of ice cover in Baffin Bay to short‐wave radiation is investigated. The Princeton Ocean Model (POM) is used and is coupled with a multi‐category, dynamic‐thermodynamic sea‐ice model in which the surface energy balance governs the growth rates of ice of varying thickness. During spring and summer the short‐wave radiation flux dominates other surface heat fluxes and thus has the greatest effect on the ice melt. The sensitivity of model results to short‐wave radiation is tested using several, commonly used, shortwave parameterizations under climatological, as well as short‐term, atmospheric forcing. The focus of this paper is short‐term and annual variability. It is shown that simulated ice cover is sensitive to the short‐wave radiation formulation during the melting phase. For the Baffin Bay simulation, the differences in the resulting ice area and volume, integrated from May to November, can be as large as 45% and 70%, respectively. The parameterization of the effect of cloud cover on the short‐wave radiation can result in the sea‐ice area and volume changes reaching 20% and 30%, respectively. The variation of the cloud amount represents cloud data error, and has a relatively small effect (less then ±4%) on the simulated ice conditions. This is due to the fact that the effect of cloud cover on the short‐wave radiation flux is largely compensated for by its effect on the net near‐surface long‐wave radiation flux.     

Noah-MP陆面模式对干旱区不同下垫面水热通量模拟评估

陆面水热通量的准确模拟可为气候模式提供高质量的下边界条件，对气候模拟和预测具有重要意义。本研究基于干旱区张掖国家气候观象台2021年1月-2022年6月和大满灌区绿洲农田站2020年1-12月的观测数据，评估Noah-MP模式对干旱区荒漠和农田两种下垫面的水热通量的模拟性能。结果表明：Noah-MP模式模拟的干旱区荒漠下垫面辐射及感热和潜热通量的变化特征、峰谷值与观测值总体一致，模拟效果较好；模拟的5 cm土壤湿度对降水过程有明显的响应，表现出明显的冷暖季差异，但其模拟性能仍有待改进。Noah-MP模式对干旱区农田下垫面辐射通量及各层土壤温度的模拟效果较理想，但模拟的潜热通量及各层土壤湿度较观测值偏低，尤其在生长季模拟性能并不理想。总体而言，Noah-MP模式对干旱区荒漠下垫面水热通量的模拟性能优于农田下垫面，优化和发展模式水文过程的参数化方案，在模式中考虑人为作用，是提高干旱区陆面过程模式模拟能力的重要方向。     

CWRF对青藏高原气温和降水模拟效果的综合评估

利用CWRF(Climate-Weather Research and Forecasting model)对中国区域气候的31 a多物理集合模拟试验,分析了该模式对青藏高原气温和降水的模拟效果及其对水平分辨率和物理过程参数化方案的敏感性。结果表明:1)CWRF降尺度全面改善了全球模式对高原气温和降水的模拟,使气温年循环的均方根误差减小近1℃,月降水量年循环的均方根误差减小10~40 mm,同时显著提高了各月气温和降水与实测资料年际变化的相关系数,最高提升0.6;2)模式分辨率对降水模拟有显著影响,不同分辨率模拟降水差异高达60 mm(54%),模拟偏差随分辨率提高先降低后上升,转折在30 km左右;3)物理过程参数化方案对气温和降水模拟影响显著,不同方案模拟的各月平均气温相差1~4℃,夏季各月降水量相差20~100 mm,其中对气温模拟影响最大的是辐射方案,对降水影响最大的是积云方案。本文为CWRF局地优化对物理参数化及水平分辨率等如何选择提供了依据。     

陆面过程模式的改进及其检验

文中对陆面过程模式 (BATS)进行了改进 ,改进后的模式能较好地模拟地表物理量的年、季和日变化 ,它有两方面的特点 :采用热扩散方程模拟 7层土壤温度 ,模拟的温度可与实测值进行比较 ;在BATS的地表径流方案中 ,考虑了空间不均匀性的一般地表径流 (GVIC)过程 ,研究结果表明 :⑴模式能很好地模拟各层土壤温度的年、季和日变化。冬季土壤温度下层高于上层 ,而在夏季上层高于下层 ,这种上下层温度的转换时间大约在 4和 10月份 ,这与实测土壤温度的年变化非常一致。较为准确地模拟了各层土壤温度日变化的时滞效应。⑵用南京和武汉站的资料 ,将BATS地表径流方案模拟的地表水分分量与GVIC方案进行比较 ,BATS地表径流方案模拟的地表水分分量 ,与总水量的平衡相差较大 ,而GVIC模拟的效果相对较好 ,地表总水量基本上与降水总量达到了平衡     

根系吸水过程参数化方案对青藏高原陆面过程模拟的影响研究

根系吸水过程对地表能量平衡和水循环起着重要作用，目前不同的根系吸水过程参数化方案对青藏高原陆面过程模拟的影响尚不明确，探讨相关参数化方案的影响，可以为今后建立陆面过程模式根系参数化方案提供参考。本文利用2010年6月1日至9月30日青藏高原玛曲站的观测资料作为大气强迫资料，驱动BCC_AVIM模式（北京气候中心陆面模式）引入不同的根系吸水过程参数化方案，对玛曲站2010年6月1日至9月30日时段感热通量、潜热通量、土壤温度、土壤含水量等要素进行数值模拟，分析根系吸水过程参数化方案对青藏高原地区陆面过程的影响。模式中有关根系吸水过程的参数化方案主要分为根分布模型和土壤水分对根系有效性函数两类，根分布模型用Jackson方案、Schenk方案替换，土壤水分对根系有效性函数用Li方案、LSM1.0方案、CLM4.5方案替换。对比结果表明:不同的根系吸水过程参数化方案对土壤温度、土壤含水量的模拟影响较小，对感热通量、潜热通量模拟影响较大，尤其对冠层蒸腾量模拟差异显著，相关参数化方案的变动直接影响冠层蒸腾量。两类方案模拟的差异受降水的影响，在多雨期，根分布对比方案与原模式方案模拟的感热、潜热通量间存在较大差异；在少雨期，土壤水分对根系有效性函数对比方案与原模式方案模拟的感热、潜热通量间存在较大差异。     

青藏高原中部季节冻土区地表能量通量的模拟分析

利用“全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验(CAMP/Tibet)”中那曲地区BJ站2002年8月1日\_2003年8月31日的观测资料作为水热耦合模式(Simultaneous Heat and Water, SHAW)的强迫场,对青藏高原中部季节冻土区地表能量通量特征进行了单点模拟研究。通过对实测值与模拟结果的对比分析,发现SHAW模式能较成功地模拟该地区地表能量通量特征, 短波净辐射和长波净辐射的模拟值与观测值吻合较好, 净辐射和土壤热通量在夏半年的模拟值与观测值也吻合,但相对夏\, 秋季而言,它们在冬\, 春季的模拟值较观测值略偏大。模拟的感热和潜热通量的季节变化比较合理,由模拟的感热和潜热通量计算的Bowen比能较好地解释不同季节太阳辐射的能量转化。     

Cloud and Radiation Processes Simulated by a Coupled Atmosphere-Ocean Model

Using NCC/IAP T63 coupled atmosphere-ocean general circulation model (AOGCM),two 20-yr integra- tions were processed,and their ability to simulate cloud and radiation was analysed in detail.The results show that the model can simulate the basic distribution of cloud cover,and however,obvious differences still exist compared with ISCCP satellite data and ERA reanalysis data.The simulated cloud cover is less in general,especially the abnormal low values in some regions of ocean.By improving the cloud cover scheme, simulated cloud cover in the eastern Pacific and Atlantic,summer hemisphere's oceans from subtropical to mid-latitude is considerably improved.But in the tropical Indian Ocean and West Pacific the cloud cover difference is still evident,mainly due to the deficiency of high cloud simulation in these regions resulting from deep cumulus convection.In terms of the analysis on radiation and cloud radiative forcing,we find that simulation on long wave radiation is better than short wave radiation.The simulation error of short wave radiation is caused mostly by the simulation difference in short wave radiative forcing,sea ice,and snow cover,and also by not involving aerosol's effect.The simulation error of long wave radiation is mainly resulting from deficiency in simulating cloud cover and underlying surface temperature.Corresponding to improvement of cloud cover,the simulated radiation (especially short wave radiation) in eastern oceans, summer hemisphere's oceans from subtropical to mid-latitude is remarkably improved.This also brings obvious improvement to net radiation in these regions.