高分辨率模式中积云参数化方案对模拟台风“凡亚比”的影响

在高水平分辨率模式(3～6 km)中,对于是否应该再使用积云参数化方案,仍存在着争论.为此,利用WRF模式,在5 km水平分辨率下,研究了不同云降水方案对一次台风过程模拟的影响,并对影响原因进行了初步探索.结果表明,即使在5 km高水平分辨率下,使用积云参数化方案仍能有效改善对台风路径的模拟,同时,成熟的混合冰相微物理方案对模拟台风路径也非常重要;对台风强度模拟,对积云参数化方案的选择较为敏感和复杂;在48 h预报时效内,只使用微物理方案模拟的降水较好,使用积云参数化方案容易产生较多的虚假降水,但能改善第3天24 h累积降水模拟.这些研究结果为利用高水平分辨率模式模拟台风和改进积云参数化方案提供一定借鉴.     

CMIP5气候模式对东亚地区对流和层云降水量和降水发生频率的模拟评估

利用融合降水数据和TRMM卫星3A25月平均降水数据,评估了参与第五次耦合模式比较计划(CMIP5)的19个海气耦合模式模拟的东亚地区降水总量、对流和层云降水量和降水发生频率的结果。结果表明:(1)各模式都能较好地模拟东亚地区降水的气候态,高分辨率和中等分辨率模式能够模拟出喜马拉雅山南坡、中国南方以及洋面上的强降水中心,但低分辨率模式模拟结果较差;各模式对秋季和冬季降水量模拟结果较好,与观测值的空间平均相关系数均0.7,而春季和夏季的模拟结果相对较差,相关系数分别为0.50和0.61。(2)TRMM卫星数据表明,对流降水中心主要分布在菲律宾岛、孟加拉湾和青藏高原南部,而层云降水中心主要分布在青藏高原南部、长江下游地区、中国东海以及孟加拉湾。对于二者的模拟,对流降水的模拟较好,层云降水的模拟存在热带地区降水量偏小的问题,高、中分辨率模式的模拟能力要高于低分辨模式。(3)对于东亚地区总降水发生频率的模拟,有13个模式模拟的降水频率60%;对于不同降水强度发生频率的模拟,强度在0.001~1 mm·h-1之间绝大多数模式模拟的发生频率最高,而超过1.0 mm·h-1的降水事件都相当少;(4)对于层云降水发生频率的模拟,高、中分辨率模式的结果与多模式平均结果更为接近,但对于对流降水,高分辨率模式和中等分辨率模式模拟能力并没有明显优于低分辨模式。总体而言,高、中分辨率模式对于东亚地区降水模拟效果更好,因而提高模式水平分辨率成为改善气候模式模拟东亚地区降水能力的重要途径。     

成都区域气象中心高低分辨率η模式降水预报检验分析

利用成都区域气象中心η坐标模式，对2002年汛期及主要降水过程进行了η坐标模式降水预报检验，对典型个例进行了详细的分析。结果表明：模式对夏季区域性过程有较强的预报能力，模式预报雨量中心强度有50％与实况相差小于25毫米。模式对晴雨预报有较好的指导意义，对降水强度的预报通常偏弱，对落区的预报位置易偏西、偏北。模式易漏报不易空报，当模式预报有较大量级的降水时，实况出现的概率很大，但要注意落区的位置。高分辨率模式在降水中心强度的预报较低分辨率模式接近实况，低分辨率模式在降水落区和中心位置预报上较接近实况。     

探空气球漂移位置订正在MM5模式中的应用研究

通过对模式MM5V37中客观分析系统加以改进,并采用包含有实际探空气球在各个气压层上精确的经纬度信息的新型探空资料,加以研究探空资料随高度的漂移对高分辨率中尺度数值模式MM5V37的影响。通过对一次层状云降水个例的模拟可看出:位置订正所带来的初始场差异在低层较小,高层较大,且在500 hPa以上较明显;位置订正对模拟的气象要素场的修正有明显的正面效果,对强降水天气系统的反映比较敏感;模拟结果对于雨区分布和强降水中心的位置有较大改进;位置订正后的评分总体优于不加探空和不加漂移的评分,随着模式分辨率的提高,位置订正后对小量级降水的模拟效果欠佳,但对大量级降水的模拟效果较好。     

CMIP5部分模式气温和降水模拟结果在北半球及青藏高原的检验

利用北半球和青藏高原的观测资料,通过趋势分析、量值比较及小波分析等方法对已提交历史模拟结果的8个模式进行了比较.结果表明,各模式对北半球气温年变化模拟的较好,一般7、8月气温最高,1月气温最低,不存在相位差问题.各模式模拟的历史气温年际和年代际变化趋势比较一致,气温最大相差2.8℃以上;模拟的1850-2005年气温平均最高和最低值相差可达1.8℃左右;除1个模式外,其余模式都能较准确地模拟出至少有一次气温突变.对北半球降水的模拟,各模式都模拟出了降水的季节变化,但从年际变化趋势来看,4个模式模拟的降水为增大趋势,4个为减小趋势.对青藏高原的模拟,从变化趋势与观测气温的对比来看,8个模式中,除2个模式通过了0.05显著性水平检验外,其余均通过了0.01显著性水平检验;各模式都模拟出了青藏高原的降水中心,但对降水量值的模拟相差较大.     

MM5模式中不同对流参数化方案的比较试验

应用MM5中尺度模式, 在60、20和10 km模式分辨率下, 分别选用4种不同对流参数化方案 (KUO方案、GRELL方案、KAIN-FRITSCH方案和BETTS-MILLER方案, 以下简称KU、GR、KF和BM方案) 对1996年8月3~4日石家庄暴雨过程进行数值模拟试验.模拟结果的对比分析及其与观测的比较表明:主要雨带位置对参数化方案并不是十分敏感, 但随分辨率提高, 雨带分布特征的模拟更接近实况; 当分辨率提高到10 km时, 虚假的降水中心也明显增加; 模拟的暴雨中心强度随分辨率的提高而增强并随参数化方案的不同有所变化, 但均比实况偏弱.分析还发现, MM5模式的GR、KF及BM方案的次网格降水对总降水的贡献率随分辨率的提高而减小, 而KU方案的情况则呈现出不合理的缓慢增加态势.虽然4种方案下模拟的水平环流特征有较好的一致性, 但模拟的云物理特征和垂直运动特征还是存在一定差别的, 这种差别对定点、定量降水和天空状况、地面气温、湿度等要素的准确预报都会产生影响.因此, 在预报和模拟中应考虑预报和研究对象的特点来选择对流参数化方案.     

成都区域气象中心高低分辨率η模式降水预报检验分析

利用成都区域气象中心η坐标模式,对2002年汛期及主要降水过程进行了η坐标模式降水预报检验,对典型个例进行了详细的分析.结果表明:模式对夏季区域性过程有较强的预报能力,模式预报雨量中心强度有50%与实况相差小于25毫米.模式对晴雨预报有较好的指导意义,对降水强度的预报通常偏弱,对落区的预报位置易偏西、偏北.模式易漏报不易空报,当模式预报有较大量级的降水时,实况出现的概率很大,但要注意落区的位置.高分辨率模式在降水中心强度的预报较低分辨率模式接近实况,低分辨率模式在降水落区和中心位置预报上较接近实况.     

WRF模拟青藏高原东南部极端旱涝年降水的参数敏感性研究

为了进一步评估和提高区域模式对青藏高原地区极端气候的模拟能力,利用WRF模式,采用不同模式参数(包括边界位置、积云对流、边界层参数化方案和水平分辨率)模拟了青藏高原东南部极端旱(2006年)、涝(1998年)年夏季降水。对比不同参数模拟的降水结果表明:整体而言,无论是旱年还是涝年,除南边界以外的模式边界位置对高原主体和东南部降水模拟的影响较小;边界层方案对降水空间形态的模拟影响较小,而对降水量级的影响较大;积云对流方案对降水空间形态和量级的影响均较大;采用15 km水平分辨率时可显著改善模式对高原主体和东南部降水的模拟水平。WRF采用适当的参数组合能较好地模拟高原主体和东南部降水的空间分布,但降水量偏大。整体而言,能较好模拟旱年降水的边界层和积云对流参数化方案组合也能较好模拟涝年降水。模式模拟的高原南侧降水偏多可能使高原南侧西风偏强,并进一步造成云南西南部降水偏多;湖南南部降水偏多可能在云南东北部至贵州地区激发出较强的气旋式环流偏差,该偏差环流在四川盆地形成异常强的偏北风,导致低纬度地区进入四川盆地的水汽偏小,从而在四川盆地形成明显的相对干偏差。因此,模式在四川盆地降水模拟能力的提高不仅要做好参数的本地化工作,还需要关注盆地以外地区的影响。     

WRF模式不同分辨率模拟分析

利用WRF中尺度模式对内蒙古地区2011年降水天气过程进行模拟分析,主要研究模式不同水平分辨率对温度和降水的影响。结果表明:水平分辨率为27km时,模式可以较好的模拟我区的降水落区和强度;不同分辨率下模拟单站降水结果存在差异,分辨率提高,模式空报率下降,但是漏报率却明显增加,TS评分降低;分辨率提高与温度预报准确率无明显的正相关,模式前12h预报准确率明显高于后12h,模式分辨率提高对后12h温度预报准确率结果有明显改善。     

数值模式不同分辨率和地形对东亚降水模拟影响的试验

为探讨东亚地区降水数值模拟中水平分辨率和地形的作用,使用RegCM2区域气候模式,采用不同的模式分辨率和地形,对东亚降水进行对比模拟试验.结果表明,东亚地区降水的模拟效果取决于模式的水平分辨率,模式分辨率越高,模拟的效果越好.使用实际地形的模拟效果好于使用平滑地形的.但同时,使用较高分辨率的平滑地形的模拟,效果好于使用次高分辨率的实际地形的模拟.这表明在东亚地区降水模拟中,分辨率与地形相比,起着至少同样重要的作用.结果指出,对东亚地区降水的模拟而言,使用60 km及以上分辨率可能是必需的.     

高分辨嵌套区域气候模式对我国中、东部地区夏季气候的数值模拟

利用引进的ＮＣＡＲ＿ＲｅｇＣＭ２模式在较高分辨率情况下,对我国东部地区夏季气候状况进行了数值模拟。结果表明,模式能够较真实地再现我国东部 地区夏季气候的基本状况。模拟的海平面气压场、５００ｈＰａ高度场、地表温度场以及对流层高、低层风场等的分布形式,都与实测场比较一致。并且较好地模拟出了７月中旬副热带的北跳。模式模拟的夏季降水场分布形式也与观测结果一致。高、低值中心等对应较好,不足之处是模拟中心值测     

The effects of precipitation schemes and horizontal resolution on the major rainband in typhoon Flo (1990) predicted by the MRI mesoscale nonhydrostatic model

Summary ?This paper describes a numerical study of the major spiral rainband in typhoon Flo (1990) using the Meteorological Research Institute Mesoscale Nonhydrostatic Model (MRI-NHM). The effects of precipitation schemes and horizontal resolution on the representation of the simulated rainband are discussed. Dynamic and thermodynamic structures of the simulated major rainband to the north of the storm center are well represented in the model with a 5 km horizontal resolution. The structures are consistent with observational results reported for other tropical cyclones. Among the realistic features are: a cold pool and convergence on the inner side of the band; convergence above low-level inflow layers; and the outward slope of the updraft with height. The band is caused by the motion of the storm through its surroundings where horizontal wind has vertical shear. The simulation of the structure and precipitation pattern associated with the major rainband depends on the precipitation scheme rather than the horizontal resolution. The band appears more realistic when using explicit cloud microphysics as a precipitation scheme, rather than moist convective adjustment. This result is attributable to the difference in scheme triggering. In the simulation with moist convective adjustment, the elimination of vertical instability in low-level atmosphere is excessive, suppressing band formation. The overall structure of the band is also more realistic in the simulation using explicit cloud microphysics, because a cold pool exists in the lower layers and the vertical axis of upward flow tilts outward. This result suggests that prediction will partly depend on variables associated with cloud microphysics, such as the mixing ratio of cloud water. The horizontal grid distance, which varied between 5 and 20 km, quantitatively influenced the rainfall amount, although the large-scale band structure remained unchanged. The rainfall amount increased as the grid interval was reduced from 20 to 10-km but decreased as the interval was further reduced from 10 to 5 km. Received March 20, 2001; revised August 20, 2001     

不同云微物理方案对上海特大暴雨模拟影响的分析

利用中尺度数值预报模式WRF3.5,采用36、12和4 km三重嵌套,在积云参数化方案为BMJ条件下,选用WSM5、WSM6和Lin三种云微物理参数化方案,对发生在上海地区的两次典型特大暴雨（简称“0913”和“0825”）进行模拟试验和对比分析,探讨不同云微物理参数化方案对上海暴雨模拟的影响。结果表明:三种方案总体上都较好地模拟出两次特大暴雨过程,但在降水落区、降水中心、降水强度等方面仍存在差异。再利用地面自动站、观测站的实测雨量以及自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据,结合K指数、相对湿度、垂直速度和涡度散度等物理诊断量,从降水落区、降水中心和降水强度等方面对三种云微物理参数化方案的模拟结果进行对比分析。此外,通过对三种方案主要参数的比较以及三种方案模拟的冰、雪、霰粒子混合比的垂直廓线对相应的模拟结果进行解释。结果显示:WSM5微物理方案能更好地模拟出强降水的范围,其模拟的降水量较实测偏大;WSM6方案模拟的降水落区略有偏移,降水量偏小;Lin方案模拟的降水落区偏移较大。      

RegCM3对中国区域气候模拟的敏感性试验

为使区域气候模式RegCM3在中国区域气候的模拟中取得更好的模拟效果,针对RegCM3进行了初始场、模式水平分辨率、侧边界方案及积云对流方案的敏感性试验.结果表明:①从冬季开始的积分,模拟结果对初始场的依赖性较小;②模式水平分辨率的提高不一定会带来模拟效果的显著改善,高分辨率的嵌套模拟会对模拟效果有一定程度的改善;③选...     

THE IMPACT OF HORIZONTAL RESOLUTION ON THE INTENSITY AND MICROSTRUCTURE OF SUPER TYPHOON USAGI

Typhoon Usagi (1319) was simulated by using the Advanced Weather Research and Forecasting numerical model (WRF) with different horizontal resolution to understand the impact of horizontal resolution on the intensity and characteristics of typhoon’s microstructures (including dynamic and microphysical structure). The simulated results show that the improvement of horizontal resolution from 5 km to 1 km has little impact on the track which is comparable to real results, but has a significant impact on the intensity and microstructures, and especially, the impact on wind speed at 10 m height, the vertical movement and precipitation intensity is the greatest. When the resolution is increased to 1 km, the intensity and characteristics of typhoon’s microstructures can be simulated better. In lower resolution simulations, some structural characteristics, including more asymmetrical and more outward tilted eyewall, and less water vapor flux on sea surface, work together to weaken typhoon intensity.     

Sensitivity of the Asian summer monsoon to the horizontal resolution: differences between AMIP-type and coupled model experiments

A set of experiments forced with observed SST has been performed with the Echam4 atmospheric GCM at three different horizontal resolutions (T30, T42 and T106). These experiments have been used to study the sensitivity of the simulated Asian summer monsoon (ASM) to the horizontal resolution. The ASM is reasonably well simulated by the Echam4 model at all resolutions. In particular, the low-level westerly flow, that is the dominant manifestation of the Asian summer monsoon, is well captured by the model, and the precipitation is reasonably simulated in intensity and space appearance. The main improvements due to an higher resolution model are associated to regional aspects of the precipitation, for example the Western Ghats precipitation is better reproduced. The interannual variability of precipitation and wind fields in the Asian monsoon region appears to be less affected by an increase in the horizontal resolution than the mean climatology is. A possible reason is that the former is mainly SST-forced. Besides, the availability of experiments at different horizontal resolution realized with the Echam4 model coupled to a global oceanic model allows the possibility to compare these simulations with the experiments previously described. This analysis showed that the coupled model is able to reproduce a realistic monsoon, as the basic dynamics of the phenomenon is captured. The increase of the horizontal resolution of the atmospheric component influences the simulated monsoon with the same characteristics of the forced experiments. Some basic features of the Asian summer monsoon, as the interannual variability and the connection with ENSO, are further investigated.     

RSM模式对中国东部夏季降水模拟能力的检验

本文利用美国国家环境预报中心NCEP(National Centers for Environmental Prediction)区域谱模式RSM(Regional Spectral Model)对中国东部地区夏季降水进行了为期20 a(1984—2003年)、水平分辨率为30 km的高精度模拟,并对模拟所得降水的气候态、年际变率、逐日变化以及极端事件进行了检验,和对造成降水偏差的大气环流特征进行了分析。结果表明RSM模拟所得夏季降水的空间分布、时间变率,以及降水量值都与实况相近,也基本可以再现夏季降水的年际变率分布情况,但是模拟所得的雨带存在偏南且偏弱的特点。对于逐日降水特征,RSM模拟所得季节内逐日降水变化与实况的走势基本一致,再现了夏季降水主要集中于东部和南部的特点,模拟出了江淮地区6月日降水区随时间北抬的特点。对于极端事件,模拟和实测的夏季不同雨强的天数分布对比表明模拟与实况基本接近,但是模拟的降水日大值中心较实况偏北;极端降水指数的计算结果也表明RSM模拟的极端降水情况与实况基本一致。综上,RSM模式对中国东部地区降水有着较好的模拟能力,可以用于中国东部地区的夏季降水气候特征研究。     

WRF模式对江西2006—2015年夏季气候模拟的性能分析

基于NCEP/FNL再分析资料,利用中尺度天气预报模式（WRF）对2006—2015年1月1日—8月31日的天气形势进行模拟,分析探讨了模式对江西省夏季(6—8月)气温和降水的模拟能力。结果表明：WRF模式能准确模拟出江西省气温和降水的空间分布气候特征,模拟结果与中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集（CMFD）接近。其中,降水的模拟精度低于气温模拟;模拟的气温在鄱阳湖地区出现低值,与CMFD的偏差最大。WRF模式模拟的地面反照率偏大导致气温模拟结果偏低。     

CCSM4.0的长期积分试验及其对东亚和中国气候模拟的评估

本文利用通用气候系统模式CCSM4.0的低分辨率 (T31, 约3.75° × 3.75°) 版本进行了700年的长期积分试验, 将中国地表气温、降水及东亚海平面气压、500 hPa和100 hPa位势高度、850 hPa风场的最后100年模拟结果与观测和再分析资料进行了定性比较, 并对前三个要素的不同统计量值进行了定量计算, 系统评估了CCSM4.0对东亚及我国气候的模拟能力。结果表明, 模式能够合理模拟各变量的基本分布形态, 但幅度与观测有所差别, 其中地表气温的模拟效果最好, 降水的相对最差。具体而言, 地表气温空间分布型与观测一致, 但全年青藏高原地表气温模拟值偏高, 位于塔里木盆地的暖中心未能模拟出来; 降水空间分布型模拟较差, 除冬季不明显之外, 我国中南部全年都存在一个虚假降水中心, 并在夏季达到最强; 冬季东亚地区海陆热力对比大于观测, 夏季海平面气压场整体模拟效果不如冬季; 模式对冬、夏季500 hPa东亚大槽和西北太平洋副热带高压的主要特征刻画较好, 但模拟结果整体比观测偏强; 夏季100 hPa南亚高压强度与观测接近, 但高压范围及中心位置存在偏差; 850 hPa东亚冬季风和夏季风环流模拟较好, 但冬季西北气流偏强, 夏季索马里越赤道气流偏弱、我国东部西南气流偏强。总的来说, CCSM4.0对东亚和我国大尺度气候特征具备合理的模拟能力, 尽管在定量上还存在着不足。     

模式分辨率对台风“天鸽”（2017）模拟效果的影响

利用WRF模式,研究了模式水平和垂直网格分辨率对台风“天鸽”（2017）模拟的影响。结果表明:水平分辨率的改变会对台风路径造成一定的影响,这种影响与改变水平分辨率以后所引起的台风强度和结构的变化有关。使用更高的水平分辨率时模拟的台风强度往往更强。此外,改变垂直分辨率对台风的路径模拟也有一定的影响。采用双曲正切的垂直分层方法,提高垂直层数,模式大气的垂直分辨率都有增加,但是在低层和高层垂直分辨率的增加更大。低层和高层垂直分辨率增加,模拟的台风强度增强。模式的水平分辨率和垂直分辨率之间匹配才能比较好地模拟台风,双向嵌套模式在提高嵌套层数的同时也要增加模式的垂直分辨率。台风强度和结构变化密切相关,台风强度增强的重要原因是台风云墙随着分辨率的增加更加陡峭,垂直风速随着水平分辨率的提高逐渐增强。