对流边界层中过山气流的数值模拟

采用ARPS4.0非静力中尺度气象模式模拟了对流边界层中气流过山引起的地形波,讨论了地形及大气条件改变对其的影响.模拟表明,当大气边界层是对流边界层时,气流过山引起的地形强迫,仍能在上部稳定层结中造成足够的垂直扰动,产生向上传播的重力内波,重力内波引起的波动阻力仍不可忽略.     

A study of nonhydrostatic effects in idealized sea breeze systems

Nonhydrostatic effects in two-dimensional mesoscale sea breeze systems are investigated by numerical simulations. It is shown that nonhydrostatic effects are directly contributed by the vertical gradients of the vertical velocity variance as well as by the vertical accelerations. It is also shown that a K-type turbulence closure is not suitable in a nonhydrostatic primitive equation model, and a higher-order closure scheme should therefore be used. Results from hydrostatic and fully-nonhydrostatic models are compared for various surface and atmospheric background conditions, such as scale and strength of surface heating, geostrophic wind, stability, surface roughness contrast, Coriolis effect, etc. It is found that for strongly developed sea breeze cases, vertical gradients of vertical velocity variance contribute most to nonhydrostatic forcing in the lower layers, and that the resultant nonhydrostatic pressure gradient acts against the hydrostatic pressure gradient, so that nonhydrostatic simulations produce weaker systems than hydrostatic ones. For weak sea breeze systems, the difference between the two models tends to be small.     

BDA方案在台风路径预报中的应用

利用PSU／NCAR中尺度非静力有限区域MM5及其伴随模式,以T106分析资料为背景场,设计两种台风Bogus方案对台风的初始场进行优化,并进行了数值模拟试验。对9608号台风个例的数值模拟试验研究表明,经过优化的台风初始场较好地改进了由于海洋上资料缺乏所造成的台风中心位置不准、台风环流偏弱和台风内部结构不完整等问题,提高了台风路径预报的准确率。通过试验对比发现,BDA方案优化的初始场更合理,其台风路径预报效果优于GFDL方案。     

“2002.3”华北地区强沙尘暴天气的螺旋度分析

利用MM5非静力中尺度模式和螺旋度计算结果,对2002年3月18-22日华北地区发生的一次强沙尘暴过程进行了分析研究,重点分析了北京及周边地区水平与垂直方向螺旋度和完全螺旋度的结构变化及演变特征,结果表明：螺旋度的演变与强沙尘暴天气的发生、发展有较好的对应关系,将中尺度模式和螺旋度计算结合起来可以有效提高沙尘暴天气的预报准确度。     

乌鲁木齐市区域数值预报模式业务系统

介绍了区域非静力中尺度数值模式预报系统，模式与MICAPS平台的结合，运行的硬件、软件平台，在新疆气候及复杂地形下对模式的预报能力进行了初步的试验。     

山东04.28强飑线过程重力波结构的分析

利用卫星、雷达及山东省中尺度自动站网获取的多种观测资料分析了2006年4月28日主要发生在山东境内的一次飑线(squall line)过程.利用PSU/NCAR中尺度大气非静力模式MM5对这次飑线过程进行了数值模拟分析.分析结果表明,高空冷槽叠加在低空暖空气上,形成上冷下暖的大气热力层结,积累了大量的对流有效位能.由于太行山地形影响而产生的下坡风与地面低压槽前的西南暖湿气流相汇合,形成中尺度辐合线,触发了不稳定能量的释放,产生对流并由中尺度辐合线组成飑线.用小波分析的方法对数值模拟的结果进行连续小波变换,对变换后的结果进行分析表明:太行山的背风波是此次过程的激发机制之一,并且在这次过程中有明显的中尺度重力波结构,其主要波长约为50~100 km,波包传播速度为14~28 m/s,但50 km波相速略大于100 km波.     

一次高原低涡过程的数值模拟与结构特征分析

利用非静力中尺度数值模式MM5,模拟了2009年7月29～31日的一次高原低涡过程,结果表明,TBB卫星资料显示出在低涡发展过程中具有同热带气旋类低涡相似的涡眼结构.MM5模式能较好地模拟出低涡的降水落区、强度以及内部结构,正位涡区随着低涡的东移而东移.在动力结构上,低涡发展过程中,涡心处散度和涡度的变化不大,垂直速度...     

DIAGNOSIS OF WAVE ACTIVITY OVER RAINBAND OF LANDFALL TYPHOON

A generalized wave-activity density, which is defined as an absolute value of production of three-dimensional vorticity vector perturbation and gradient of general potential temperature perturbation, is introduced and its wave-activity law is derived in Cartesian coordinates. Constructed in an agoestrophic and nonhydrostatic dynamical framework, the generalized wave-activity law may be applicable to diagnose mesoscale weather systems leading to heavy rainfall. The generalized wave-activity density and wave-activity flux divergence were calculated with the objective analysis data to investigate the character of wave activity over heavy-rainfall regions. The primary dynamical processes responsible for disturbance associated with heavy rainfall were also analyzed. It was shown that the generalized wave-activity density was closely correlated to the observed 6-h accumulative rainfall. This indicated that the wave activity or disturbance was evident over the frontal and landfall-typhoon heavy-rainfall regions in middle and lower troposphere. For the landfall-typhoon rainband, the portion of generalized wave-activity flux divergence, denoting the interaction between the basic-state cyclonic circulation of landfall typhoon and mesoscale waves, was the primary dynamic process responsible for the evolution of generalized wave-activity density.     

一次梅雨锋上MCS云微物理过程及降水形成机制

选取2004年6月23日一次梅雨锋MCS暴雨过程,在天气分析的基础上,利用非静力中尺度模式MM5(V3.6)进行了数值模拟.对于可分辨尺度的降水,采用Reisner霰显式方案,对云内微物理过程特别是对各种水成物的源项进行了详细分析.结果表明:冷云过程是此次降水的主要云物理过程.云中以霰和雪为主要的降水元,尤其霰的作用最大.在强降水时段,雨水的主要源项都与霰有关,霰的生长过程中冰相粒子与过冷水的碰并以及霰的凝华过程最为重要.零度层上方存在着丰富的过冷水,最大的云水含量中心也在过冷层中.在过冷层中冰相粒子主要通过凝华过程和碰并过程增长,MCS发展强盛期冰晶与过冷水的碰并增长要大于液水的蒸凝过程的增长.最后给出了本次梅雨锋上MCS降水云系的三层云结构及微物理过程模型.     

EXPERIMENT ON THE FORECAST OF CHARACTERISTIC QUANTITIES OF ATMOSPHERIC TURBULENCE BY MESOSCALE MODEL MM5

In nested nonhydrostatic mesoscale model MM5,the characteristic quantities of atmosphericturbulence,i.e.,the standard deviations of the turbulent fluctuated speeds for three directions inPBL are computed by Mellor-Yamada's level 2.5 closure scheme.The magnitudes and the verticalprofiles of these quantities computed from the model are closely connected with temperature andwind speed profiles as well as the type of the ground with a significant diurnal variation,and are inagreement with known magnitudes and regularities in different stratification conditions.Hence themethod in this paper is reasonable and convincible.Their horizontal distribution depends on thehorizontal distribution of the stratification.The method of predicted characteristic quantities ofturbulence from mesoscale model in this paper can be used in the problem of atmospheric diffusionand atmospheric environment.     

凝结潜热与地表热通量对一次西南低涡暴雨影响分析

利用PSU/NCAR的非静力中尺度MM5V3模式,对2004年9月四川省及重庆市一次特大暴雨过程进行了凝结潜热与地表热通量的敏感性试验,结果表明:凝结加热与地表热通量通过影响中尺度系统环境场的高低空急流、高低层辐合辐散等动力、热力条件,从而影响中尺度系统的发展以及中尺度暴雨的发生。     

EXPERIMENT ON THE FORECAST OF CHARACTERISTIC QUANTITIES OF ATMOSPHERIC TURBULENCE BY MESOSCALE MODEL MM5*

In nested nonhydrostatic mesoscale model MM5,the characteristic quantities of atmospheric turbulence,i.e.,the standard deviations of the turbulent fluctuated speeds for three directions in PBL are computed by Mellor-Yamada's level 2.5 closure scheme.The magnitudes and the vertical profiles of these quantities computed from the model are closely connected with temperature and wind speed profiles as well as the type of the ground with a significant diurnal variation,and are in agreement with known magnitudes and regularities in different stratification conditions.Hence the method in this paper is reasonable and convincible.Their horizontal distribution depends on the horizontal distribution of the stratification.The method of predicted characteristic quantities of turbulence from mesoscale model in this paper can be used in the problem of atmospheric diffusion and atmospheric environment.     

由变性台风环流引发的山东特大暴雨天气的位涡场分析

利用非静力中尺度模式MM5对0114号热带风暴Fitow从2001年8月31日00时(UTC)到9月2日00时的降水过程进行了模拟，采用滤波方法对模式结果进行了尺度分离，分析了暴雨发生时的中尺度特征及成因。结果表明：MM5模式对：Fitow登陆过程的降水模拟较成功，暴雨的落区和强度与实况比较一致。Fitow暴雨的中尺度特征在降水的时间尺度、空间尺度、高低空流场和散度场上都很明显。正是维持少动的TC倒槽和嵌入其上的这些中小尺度系统相互作用造成了暴雨的发生，而高低空中尺度散度场的配置对这类暴雨有很好的指示意义。华南地形和海陆分布与暴雨的发生发展有密切的关系。弱的层结不稳定或中性层结是有利于暴雨系统发展的环境条件。     

9406号台风与中纬度系统相互作用的中尺度特征

利用非静力中尺度模式MM5,对9406号台风从1994年7月11日12时（世界时,下同）到12日12时之间的24h降水进行了模拟,采用滤波分析方法对模式结果进行了尺度分离。中尺度场的分析表明:台风与中纬度系统的相互作用非常显著地表现在中尺度系统的活动上;高低空中尺度散度场的分布对中低纬系统相互作用所产生的降水具有一定的指示意义;台风及西风槽强度的改变将直接导致中尺度系统强度的变化,从而造成降水强度的不同。另外,还从能量学角度对不同尺度系统的能量变化进行了分析。结果表明,中尺度场的能量变化极值区与中低纬度系统的强度变化密切相关,且与降水的变化有较好的对应关系。     

锋面结构的MM5数值模拟

利用美国PSU／NCAR具有嵌套功能的非静力中尺度大气模式MM5，对发生在2000年4月8-9日的一次强冷锋进行数值模拟。分析模拟结果发现，锋面结构的演变与适应锋生理论相一致，并且具有一种不连续结构。     

重庆市"5·29"暴雨天气过程诊断分析与数值模拟

在天气分析的基础上,利用非静力中尺度数值预报模式MM5和双向二重嵌套网格技术,对2004年5月29~30日重庆市暴雨天气过程进行数值模拟。诊断分析表明,高空低槽产生的冷锋云系发展东移是产生此次暴雨天气过程的主要大尺度天气系统,由高空槽诱发产生的中尺度涡旋是产生此次暴雨天气的主要中尺度系统。模拟结果与观测结果的对比显示表明,MM5中尺度数值预报模式能够成功模拟四川盆地东部的暴雨天气过程,同时揭示了高空槽东移过程中在重庆地区范围内产生的较强中尺度气旋性辐合和强烈上升运动促使了暴雨的产生。     

基于高分辨率中尺度气象模式的实际雷暴过程的数值模拟试验

雷暴数值预报的实际应用离我们还有多远？本文对此进行了尝试, 即利用一个复杂的高分辨率中尺度气象模式驱动一个三维雷电模式, 在只采用常规气象观测资料的条件下, 对北京的一次实际雷暴过程进行模拟试验, 分析了雷暴云的宏观动力、 微物理过程及电结构的时空变化特征以及其可能的相互作用机制。结果表明: 利用高分辨中尺度模式预报出的三维气象场作为雷电模式的初始场, 完全可以不需添加虚假的扰动来触发雷暴云的发展, 高分辨中尺度模式的预报场本身所包含的水平非均匀、 垂直强非静力性及较强的对流不稳定信息足够促发雷暴云的剧烈发展; 用较为真实的三维气象场作为初始场模拟产生的电场分布特征与云微物理分布特征及环境气象要素的分布结构非常协调, 得到的雷暴云的电荷结构特征以及电结构随时间的演变特征更为复杂, 更真实的体现了实际雷暴云本身发展的复杂性, 同时, 模式能够模拟出合理的云闪及正负云地闪, 且模拟的闪电频数随时间发展演变趋势基本与观测实况基本吻合, 从而表现了对雷电天气潜在的预报能力。本次模拟的北京雷暴云在发展过程中, 水物质霰的最大质量比、 最大正电场强度及闪电频数随模拟时间的演变发展趋势非常相似。     

一次热带风暴造成辽宁暴雨的数值模拟研究

利用非静力平衡的中尺度模式MM5V3,对1997年8月20日Winnie台风减弱的热带风暴,进行了48h数值模拟。结果表明：MM5不仅比较好地模拟出高空形势场,还成功地模拟出了强降水的时间和强度。应用模拟出的物理量对这次过程进行了诊断分析,并对暴雨形成机制进行了讨论。     

热带风暴Fitow(0114)暴雨的中尺度特征及成因分析

利用非静力中尺度模式MM5对0114号热带风暴Fitow从2001年8月31日00时(UTC)到9月2日00时的降水过程进行了模拟,采用滤波方法对模式结果进行了尺度分离,分析了暴雨发生时的中尺度特征及成因.结果表明:MM5模式对Fitow登陆过程的降水模拟较成功,暴雨的落区和强度与实况比较一致.Fitow暴雨的中尺度特征在降水的时间尺度、空间尺度、高低空流场和散度场上都很明显.正是维持少动的TC倒槽和嵌入其上的这些中小尺度系统相互作用造成了暴雨的发生,而高低空中尺度散度场的配置对这类暴雨有很好的指示意义.华南地形和海陆分布与暴雨的发生发展有密切的关系.弱的层结不稳定或中性层结是有利于暴雨系统发展的环境条件.