WRF模式对青藏高原南坡夏季降水的模拟分析

利用中尺度数值模式WRF研究积云对流参数化方案、网格嵌套技术和模式分辨率对陡峭的青藏高原南坡夏季降水模拟的影响。对2006年7月青藏高原南坡地区降水的模拟分析表明:降水对积云对流参数化方案的选择很敏感,不同方案模拟的结果差异显著,采用Grell-Devenyi质量通量方案时的模拟效果优于其他方案。在此基础上,通过5种试验方案比较发现,使用积云对流参数化方案、提高模式分辨率和应用网格嵌套技术能改善降水强度和空间分布的模拟,组合使用时模拟的降水与观测资料更接近。它们均能改进风场,使得水汽的输送和辐合过程的模拟更加准确;还能影响大气的垂直加热状态,导致不同的对流发生,使垂直速度的分布趋于合理。未使用积云对流参数化方案时,大气湿度偏小,而模式分辨率和网格嵌套技术对大气湿度的影响不大。      

基于WRF模式对青藏高原一次强降水的模拟

为了了解新一代中尺度数值预报模式WRF中各参数化方案组合、嵌套技术的使用对青藏高原降水模拟结果的影响,利用WRF模式对2004年10月5—6日青藏高原一次强降水过程进行了模拟试验;对各微物理方案和积云参数化方案组合进行了模拟和对比评分,对嵌套技术的使用进行了对比分析,主要分析了不同行星边界层方案选择对降水模拟的影响。结果表明,WRF模式基本能够重建此次强降水过程的中心、强度及降水范围,Eta-Ferrier云微物理方案和Betts-Miller-Janjic积云参数化方案的组合在此次模拟降水过程中是最优的,采用嵌套技术的模拟结果要优于不采用嵌套技术的结果;行星边界层方案的合理选择能够明显提高降水模拟的效果。     

区域气候模式在东亚地区的应用研究——垂直分辨率与侧边界对夏季季风降水影响研究

将美国国家大气研究中心（NCAR）的区域气候模式（RegCM2-1996）设置在东亚-西太平洋区域（简称东亚区域气候模式RegCM2/EA）。利用该模式研究东亚区域气候模式的几个重要问题，即：垂直分辨率的影响，侧边界条件（如嵌套技术、缓冲区宽度、不同资料）的重要性等。数值试验结果表明：细垂直分辨率模拟的降水分布优于粗分辨率模式，但容易引起“数值点暴雨”；RegCM2/EA与不同来源的大尺度侧边界嵌套，模拟的降水会有明显的不同；当用RegCM2/EA模拟较大区域时，应该取较宽的缓冲区；在各种嵌套方案中，指数松弛嵌套方法最好。这些结果为进一步探讨东亚区域气候模式的特点以及发展与改造区域气候模式提供一定的依据。研究结果还需要用更多的数值试验来验证。     

不同嵌套方式下的积云对流方案对上海崇明极端暴雨高分辨率模拟的影响研究

使用1980～2017年共38年崇明站逐日降水资料对崇明站年降水量及暴雨日数的特征进行分析,并使用中尺度数值预报模式WRF3.9.1.1（Weather Research and Forecasting model）针对崇明年降水量及暴雨日数异常年份2015年的最强降水过程进行数值模拟,结合站点降水观测资料使用统计方法来系统验证模拟结果。通过敏感性试验着重研究尺度自适应的GF（Grell–Freitas）与传统的KF（Kain–Fritsch）、BMJ（Betts–Miller–Janji?）积云对流参数化方案在不同比率的网格嵌套方式下对于本次过程极端降水总量及逐时变化预报的影响。研究结果表明:使用大比率（9:1或15:1）的双层嵌套可以更真实地模拟强降水区累积降水量分布和逐时变化情况,而使用传统的小比率（3:1或5:1）三层嵌套网格会导致大暴雨和特大暴雨的TS（Threat Score）评分降低,小时降水峰值模拟偏弱等问题;模式外圈使用传统的KF、BMJ积云对流方案比尺度自适应的GF方案对于内圈高分辨率的极端降水总量、逐时变化模拟更有优势,特别是使用KF方案,可以更真实地模拟出极端降水中心的日变化强度;而使用GF方案对于入海口降水模拟偏弱,大暴雨和特大暴雨的TS评分普遍偏低,小时降水峰值也被严重低估。     

2003年汛期3种中尺度数值预报模式降水预报检验

利用2003年汛期降水实况及河南省气象台引进的3种中尺度数值预报模式(REM、MM5、MAPS)的降水预报资料，对模式预报性能作了检验对比分析。结果发现：REM模式对于大雨以上降水的预报效果较好；MAPS模式的12h预报有明显优势；MM5模式对小雨和中雨的预报效果较好，并且预报结果具有稳定性。     

区域气候模式不同积云对流参数化方案对新疆气候模拟的影响研究

使用NCEP-FNL全球分析资料作为WRF模式的初始场和边界场,利用该模式中7种积云对流参数化方案对新疆地区进行2006年10月1日至2008年3月1日的模拟积分试验,重点考察模式在水平分辨率为10 km下不同积云对流参数化方案对新疆地区气象要素模拟的敏感性。结果表明:1）采用7种积云对流参数化方案的模式都能较好地模拟出年、雨季总降水量、平均温度的空间分布及大气的垂直结构。2）对于不同区域来说,采用各种积云对流参数化方案的模式都能模拟出候降水及候平均温度随时间演变,模式候降水与观测的相关系数在0.20~0.85之间,而候平均温度与观测的相关系数在0.98以上。对于整个新疆地区来说,采用各方案模式模拟的低层偏干偏冷,大气层结较稳定导致降水较观测偏少,而其中天山地区模式模拟的低层较观测偏湿偏暖,大气层结偏向不稳定导致降水偏多。3）采用新的Grell和Kain-Fritsch（new Eta）方案模式模拟的效果综合来看较好。因此利用WRF模式开展新疆地区数值模拟研究时应该考虑不同积云对流参数化方案适用范围。     

低纬高原地区MM5v3不同参数化方案降水模拟试验

为了进一步了解MM5模式在低纬高原降水预报性能，利用MM5模式中的3个物理过程组合了7个不同的参数化试验方案，对低纬高原地区2005年主汛期进行了降水数值试验。结果表明：第三重嵌套网格中的Grell积云参数化、Goddard显式水汽和Cloud（或RRTM）辐射过程组合的试验方案对降水预报效果较好，特别是对大雨和暴雨预报有明显的改善；在将试验结果插值到测站点时，不同扫描半径对插值结果有一定影响，相对而言，20～30km扫描半径插值结果较为理想。     

环境大气对积云发展的影响

为了能更实际客观地模拟天气的发展变化，在胡志晋教授的一维时变积云数值模式的基础上考虑了环境大气与积云群的发生、发展及降水之间的相互作用，保留了原模式所有的微物理过程，建立了一维积云时变 套柱模式。此模式不仅能模拟积云，还可以模拟积云在层状云中发展变化，以及模拟环境大气具有辐合辐散场时积云的发展。     

辽宁夏季积云降水发生频率及人工影响潜力分析

用辽宁14个台站的常规地面观测记录，统计分析了6～8月各类积云的发生频率及其降水特征，结合沈阳站的探空资料，分析了各类积云的降水能力和人工影响潜力。结果表明：①辽宁夏季积云出现概率很大，每站年均41．5d，占夏季总云日的50％以上；②平均每年每站有11d以上的积云降水，为夏季总降水日数的36．9％；③各地区平均积云降水量占总降水量的33．5％，其中积云暴雨量占总暴雨雨量的43．1％；④有层状云伴随出现的积云、积雨云出现的概率较大，但多数情况降水效率不很高，具有较多的人工增雨作业机会和潜力，可以作为人工催化的主要作业对象。     

梅雨静止锋积云群整体属性的诊断研究

本文利用积云群整体诊断模式，对一次梅雨静止锋暴雨过程的积云对流活动进行研究，计算了质量通量、云内温度、比湿、液态水等积云属性，讨论了云中凝结蒸发过程以及对流能量输送特征。结果表明，梅雨积云质量通量比热带扰动大，但积云的发展高度不及热带深厚对流；积云群的降水效率约为50％；潜热在对流能量铅直输送中占显著地位，其量值远大于热带扰动中的对流活动。     

一维积云模式初始参数优化的研究

福建省人工增雨指挥系统在预报积云降水和评估增雨效果中曾采用一维时变积云模式。关于该模式初始场的确定 ,考虑到不同天气类型对模式初始参数的影响 ,并采用了以确定敏感参数为主 ,综合考虑其他影响参数为辅的方法。经分类调试 ,证明了一维模式初始场确实与天气类型有关 ,并得到旱期降水预报率大于 75%和可预报积云云顶高度的结果。通过对模拟云和实测云高度的线性回归分析 ,以及经拟合敏感参数初始扰动温度与平均地面最高气温 ,均存在较好的相关。     

WRF模式物理参数化方案对一次局地大暴雨预报的影响研究

基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式及其3Dvar(3-Dimentional Variational)资料同化系统,采用36、12、4 km嵌套网格进行快速更新循环同化和不同的微物理及积云对流参数化方案对比试验,对2011年5月8日鲁中一次局地大暴雨过程进行了研究。结果表明,快速更新循环同化地面观测资料是影响模式降水落区预报准确性的关键因素,不同的微物理和积云对流参数化方案主要影响降水强度预报。采用不同的微物理参数化方案和积云对流参数化方案进行降水预报对比试验表明,LIN方案和WSM6(WRF Single-Moment 6-class)微物理参数化方案对降水预报均较好,LIN方案降水预报较WSM6方案略强。4 km网格预报使用K-F (Kain-Fritsch)积云对流参数化方案或不使用积云对流参数化方案,预报的降水均较好。4 km网格使用旧的K-F积云对流参数化方案,预报的近地层大气风场偏弱,导致大气动力抬升作用偏弱,从而造成模式降水预报偏弱。     

三维嵌套技术在有限区域模式长时间积分中的初步应用

在复杂地形条件嵌套细网格模式基础上, 利用球圈模式与有限区域模式自嵌套, 就三维嵌套方法在长时间积分中的模拟结果进行了初步分析。结果表明:三维嵌套对垂直层次选取较敏感; 在长时间积分中模式运行稳定, 积分时间越长, 其优势越明显。这为有限区气候模式侧边界方案提供了新的思路。     

修正的质量通量积云对流方案及其模拟试验研究Ⅰ:方案介绍及对1991年洪涝过程的模拟

文中在综合比较各类积云对流参数化方案优缺点的基础上 ,主要参考陈伯民等修正的ECMWF质量通量积云参数化方案 ,对其进行简化和修改 ,发展了一个质量通量积云对流参数化方案 ,文中表示为 MFS(Mass Flux Scheme)。MFS是一种综合型的方案 ,既考虑了大尺度水汽辐合的重要性 ,又考虑了积云中的上升运动、下沉运动、环境中的补偿下沉运动 ,以及卷入、卷出和蒸发等 ,用总体云模式来描述积云与环境的相互作用 ,同时考虑了深对流和浅对流。将 MFS植入 NCAR区域气候模式 Reg CM2中 ,对 1 991年 5～ 7月江淮地区特大降水过程的夏季风气候特征和变化进行了模拟 ,并与 NCAR Reg CM2选用 Kuo方案 ,在同样初、边值条件和其它物理过程选择下的模拟结果进行了对比分析。分析结果表明 ,植入 MFS后的模式能够模拟这次极端的降水气候事件。在某些方面 ,如地表气温 ,降水的模拟上 ,植入 MFS后的模式的模拟结果要比原模式的结果更合理     

大尺度环境场和CISK与西南低涡发展的动力学分析

本文根据文献1)提出的用CISK理论研究西南低涡发展的设想,采用早期最简单的积云参数化模式,把积云对流同低层次天气尺度扰动联系起来,用描述大尺度环境场和积云对流对次天气尺度扰动作用的方程组,在简单两层模式中求解,分析了影响西南涡发展的各个因子,讨论了发展型西南涡在模式中的简单结构。     

积云凝结加热对海陆风的作用

本文用参数化方法研究积云凝结加热对海陆风的作用。第一部分是线性理论,在静力稳定度参数和湍流扩散系数为常数时,加热使风场的结构发生很大的变化。积云加热还起到修正静力稳定度的作用。第二部分是数值模拟,加热作用的主要贡献是使垂直速度增大,若海陆风是暴雨的触发机制,则积云凝结加热使这一机制加强。比较两部分结果,它们之间有一定的差异,但在风场的变化与加热场分布的对应关系上,两者是一致的。     

Performance of One-Way and Two-Way Nesting Techniques Using the Shelf Circulation Modelling System for the Eastern Canadian Shelf

The performance of one-way and two-way nesting techniques is assessed in this study using model results produced by a regional ocean circulation modelling system for the eastern Canadian shelf. The assessment is made in terms of dynamical consistency between the parent model (PM) and child model (CM), representation of general circulation features, and reduction of numerical noise generated during the interaction of the PM and CM. It is demonstrated that the feedback from the CM to the PM in numerical experiments using two-way nesting ensures that the large-scale circulation produced by the PM and CM be dynamically consistent over the region where the two model domains overlap. In comparison with one-way nesting, two-way nesting leads to a better representation of coastal currents over the Gulf of St. Lawrence and the Scotian Shelf and improves the large-scale circulation in the results produced by the PM. This study also examines an alternative two-way nesting technique based on the semi-prognostic method in which differences between the PM and CM densities are used to adjust the horizontal momentum balance in the PM. Model results demonstrate the advantage of the semi-prognostic method in eliminating numerical noise during the feedback from the CM to PM while ensuring dynamical consistency between the two model components.     

MODIFIED MASS FLUX CUMULUS CONVECTIVE PARAMETERIZATION SCHEME AND ITS SIMULATION EXPERIMENT—PART Ⅰ:MASS FLUX SCHEME AND ITS SIMULATION OF THE 1991 FLOOD EVENT*

Based on the existing cumulus convective parameterization schemes,a mass flux scheme (MFS) for cumulus convective parameterization has been successfully developed by reference to the work of Chen et al. (1996).The MFS is a comprehensive scheme.In MFS,not only the importance of the large-scale moisture convergence is taken into account,but also it includes the cumulus updrafts and downdrafts,cumulus-induced subsidence in the environmental air.entrainment,detrainment and evaporation.The interaction between the cumulus and the environment is described by using a one-dimensional bulk model.At the same time the scheme includes the penetrative and shallow convections.The MFS has been successfully incorporated into the regional climate model RegCM2 developed by NCAR.The new model has been applied to simulate summer monsoon characteristics and their variations of heavy rainfall process in the Changjiang-Huaihe River Basins for three months from May to July 1991.The results show that the new model can successfully simulate this rainfall prolonged process.By comparising the model outputs of RegCM2.using the Kuo scheme and the MFS.it is found that the MFS is better in simulating the surface temperature,rainfall position and amount,and rainfall duration.     

南方夏旱期积云含水量和降水效率的云模式估算

在胡志晋二维对流云模式的物理框架上增加了对整块积云的含水量、地面降水量、降水效率的估算部分.改进后的模式模拟了福建夏旱期37 个降水个例,并估算出南方夏旱期冷云、混合云和暖云的含水量、地面降水、降水效率,其结果与湖南积云的实测值较接近.分析了含水量在关键时段的主要分布情况,为研究南方夏旱期积云的人工影响方法提供物理依据.