重庆市区地面风场的数值研究

建立了一个模拟复杂下垫面风场的中尺度模式，利用该模式对重庆市区地面风场进行实况模拟，计算结果与客观实际相吻合，说明该模式具有较好的模拟能力。该模式模拟的风场可以作为大气扩散研究的初始风场，为节省野外气象观测经费有着重要的意义。     

辐射传输模式中地表参数对大气长波辐射的影响

本文利用Liou-Ou一维宽带辐射传输模式，对地表热力参数取值部分作了改进，使用模式大气和青藏高原实测资料对下垫面温度与地表空气温度两者不能合二为一的问题进行了分析，同时还讨论了下垫面温度的日变化对大气长波辐射通量日变化的影响及地表比辐射率的变化对大气长波辐射通量计算结果的修正作用。     

贵阳市地面风场的数值研究

建立一个模拟夏杂下垫面风场的中尺度模式，利用该模式对贵阳市地面风场进行实况模拟，计算结果与客观实际相吻合，说明该模式具有较好的模拟能力。该模式模拟的风场可以作为大气扩散研究的初始风场，对今后发市将开展的大气污染状况预报工作有实际意义。     

济南市城市热岛和山谷风环流的模拟研究

基于区域大气模拟系统(RAMS),采用水平网格嵌套等方法,实现了使用同一模式对区域尺度和城市尺度气象场的同步模拟.作者重点模拟和分析了济南地区两种典型的中尺度局地环流--城市热岛环流和山谷风环流.在考虑复杂地形条件和非均匀下垫面型对中尺度天气系统的动力过程和热力过程的影响下,结合考虑长短波辐射、湍流扩散和积云对流等多类重要物理过程,揭示了影响济南地区这两种中尺度局地环流的基本特征及其形成、演变规律.       

山丘地形的陆面过程及边界层特征的模拟

将模式NP-89的陆面过程参数化方法应用到北京大学的三维复杂地形中尺度数值模式中, 得到了一个较理想的三维陆面过程及边界层模式, 利用这个改进的三维模式对20 km×20 km范围的山丘地形的陆面过程及边界层特征进行了数值模拟。模拟结果表明, 由于地形阻挡所造成山后的湍流较山前强, 进而造成近地面温度梯度和感热支出小, 最终造成山后的温度比山前的温度明显偏高; 而且随着山高的增加, 这种现象更加明显, 即该模式对山丘地形条件下的陆面过程和大气边界层特征具有较强的模拟能力; 模拟结果合理, 对研究过山气流形成机制、起伏地形大气边界层物理特征和污染物的扩散具有理论和应用价值。     

积云对流和云物理过程调整对气候模拟的影响

本文利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室 (LASG/IAP) 的大气环流谱模式SAMIL, 结合观测与政府间气候变化专门委员会第四次评估报告 (IPCC AR4) 大气模式集合平均结果, 以大气辐射通量为例, 诊断分析了物理过程调整前后模式对气候模拟的影响。旧版本SAMIL对大气辐射通量的模拟存在较大偏差, 经过大气辐射过程、 积云对流和诊断云等物理过程的调整后, 新版本SAMIL模拟的全球辐射通量的年平均结果与观测的偏差大幅减小, 其中大气顶能量收支的年变化及其平均值与观测更为接近。在积云对流方案调整基础上, 通过对诊断云物理方案的进一步调整, 新版本SAMIL对云物理量模拟更为合理, 在赤道辐合带等区域, 在很大程度上克服了单一积云对流物理过程调整引起的云宏观和微观属性不匹配问题, 能模拟出夏季气候平均辐射通量的全球分布特征, 尤其在东亚区域有较好的模拟能力。研究还表明, 在热带和副热带对流活跃区域, 当前SAMIL中积云对流过程偏差对辐射通量的模拟偏差有很大影响, 而模式中较为简单的诊断云方案也会将云宏观物理量模拟偏差带入云微观量模拟中, 也是主要偏差源之一。本文结果表明, 要继续提高SAMIL的模拟性能, 急需更新云物理参数化方案以改进云辐射过程的模拟, 同时也需要有针对性的研究积云对流和云物理过程之间相互作用, 并作进一步协同调整。     

区域海气耦合模式对华北夏季大气水汽输送模拟结果的检验及其与单独气候模式的比较分析

将区域海气耦合模式RegCM3-POM和区域气候模式RegCM3 40年(1963-2002年)的模拟结果与NCEP/NCAR再分析资料进行对比,检验区域海气耦合模式对中国华北地区夏季大气水汽含量和水汽输送特征的模拟能力,比较耦合模式与单独区域气候模式的差异.结果表明,区域海气耦合模式RegCM3-POM的模拟性能相对于单独区域气候模式RegCM3,大气水汽输送特征的模拟能力有了较大的改进.分析显示两种模式都能够较好地再现东哑地区气候平均夏季大气水汽储量浅红和水汽输送的空间分布特征,而耦合模式对大气水汽输送的模拟更为合理.在对流层中低层更接近观测;耦合模式对中国华北地区夏季平均大气水汽输送通量在垂直方向卜的分布型及水平4个边界水汽输送收支的模拟,相对于单独大气模式有了一定的改进;耦合模式对伴随华北地区夏季早涝的大气水汽异常输送也具有较好的模拟能力,其模拟的水汽输送异常的来源与观测基本一致,尤其是在20°N以北地区,耦合模式结果相对于单独区域气候模式有了很大的改进.但同时耦合模式在低纬度海洋上对气候平均夏季大气水汽含量模拟的偏差比区域气候模式显著;与观测相比,耦合模式对来自孟加拉湾地区的大气水汽输送模拟偏弱,而对西太平洋副热带高压西侧水汽输送模拟偏强,与华北夏季旱涝相联系的水汽输送异常的模拟在低纬度海洋上也存在明显偏差.     

塔克拉玛干沙漠腹地大气边界层参数化方案的模拟评估

沙尘起沙、沉降、传输均受到沙漠地区大气边界层条件的制约。沙漠地区观测资料匮乏,限制大气边界层模拟效果的检验和评估。利用WRFV3.7.1中尺度数值模式中5种边界层参数化方案(ACM2、BL、MYJ、MYNN2.5、YSU),模拟2014年4月塔克拉玛干沙漠大气边界层特征,并与塔中80 m塔及风廓线雷达晴朗天气下的观测资料对比分析。结果表明:5种方案均能模拟出近地面气温及地表温度,边界层高度,感热、潜热、地表热通量的变化趋势,但未能模拟出边界层风速的日变化趋势,温风湿廓线能较好的反映晴日沙漠地区边界层结构的变化特征,但未模拟出风速随高度变化趋势。沙漠地区下垫面干燥,热容量低,晴天极易形成对流不稳定边界层,非局地湍流参数化方案,ACM2方案是沙漠地区大气边界层模拟较为合理的选择。     

北京边界层参数化敏感性模拟研究

利用中尺度数值天气预报模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)模拟晴天条件下北京边界层的气象场特征,并通过敏感性试验研究四组边界层参数化方案(YSU、ACM2、MYJ和BL)对辐射、地表能量、近地面气象要素以及边界层结构的模拟差异。结果表明:四种边界层参数化方案都可以准确模拟向下短波辐射,对长波辐射的模拟能力相似。YSU方案模拟的感热通量最低,四种参数化方案对地表净辐射通量的模拟差异主要受到短波辐射的影响。MYJ方案模拟的2 m温度效果最好,YSU方案对2 m比湿以及10 m风速的模拟效果最优,综合而言,YSU方案对近地面气象要素的模拟效果较好。与探空数据对比,得到四种边界层参数化方案模拟的高层温度廓线偏冷,湿度偏高,风速偏低。与气象铁塔观测数据对比,白天四组试验都能够较为准确地反映温度垂直廓线,YSU方案在15 m以上模拟的相对湿度结果最接近观测值。YSU方案模拟的边界层高度最高,非局地方案模拟的边界层高度相对局地方案更高,MYJ方案模拟的边界层高度误差较大。     

青藏高原地区地表温度及其取值对大气长波辐射冷却的影响

针对辐射传输模式在青藏高原地区的应用问题，使用Ｌｉｏｕ－Ｏｕ一维辐射传输模式及１９８２年８月￣１９８３年７月青藏高原热源观测实验期间青藏高原地面、高空与卫星观测资料，在高原辐射传输模式中区分了下垫面温度与地表空气温度的作用，并利用卫星观测资料对模式改进后的实际效果进行了验证；分析了地表温度的日变化和季节变化硬度，得到了下垫面温度的简单参数化方法。     

利用区域尺度气象模式模拟黑河地区地表能量通量的研究

应用中尺度区域模式RAMS (the regional atmospheric model system), 在40余组不同参数的条件下模拟中国干旱半干旱黑河地区的地表能量通量和土壤温度特征, 并以此探索模式在干旱半干旱地区的适用性。为了证明模拟结果的准确性和模式的稳定性, 模拟连续运行30天, 其中包含晴好和阴雨的天气过程。模拟结果表明: 即使使用较为可靠的NECP再分析气压层资料和实地探测资料, 进行初始场和参数的输入, RAMS的默认设置也很难较为合理地反演出地表能量通量, 只有合理地调整好其土壤特征参数, RAMS才能得到与实测资料符合得较好的结果。土壤特征参数对模拟结果影响较大, 影响因子的重要性依次为: 土壤含水量、 土壤层总厚度、 土壤温度。     

区域大气模式中陆面子模式起转过程的研究

模式的起转过程(spin-up)是指在非平衡初值或扰动的条件下,模式进行调整而达到平衡态的过程.以黑河实验(HEIFE) 1991年6月20日到7月20日张掖站观测的地表能量通量和土壤温度资料为基础,用大量数值实验研究了RAMS (Regional Atmospheric Modeling System)陆面子模式起转过程所需的时间范围.数值实验中,为细致考虑土壤初始参数对此过程的影响,共设计了40余组不同的初始土壤水、热参数.通过模拟结果分析,把RAMS陆面模式起转过程的表现归纳为4大类,并说明了这个过程的持续时间可能因为土壤初始参数的不同而产生较大的差异,其范围可能为数小时至一周以上.在判断RAMS模拟地表、低空物理量时,土壤含水量是判断模式是否达到平衡态的重要因子.     

中尺度大气数值模式发展现状和应用前景

对国内外当前一些先进的中尺度大气数值模式的发展现状,应用前景及发展趋势作了概要综述。其内容包括：模式动力学的改进,叫就度模拟系统特征,区域谱模 发展积云参数化和显式云物理方案,行星边界层参数化,大气辐射参数、四维资料同化,区域实时数值天气预报,中尺度数值天气预报应用前景及新一代中尺度模式发展趋势。     

黑河绿洲区不均匀下垫面大气边界层结构的大涡模拟研究

采用RAMS模式中大涡模拟的方法,加入高分辨率的植被和土壤资料,模拟了黑河（张掖地区）不均匀下垫面条件下大气边界层演变过程。分析了模拟的地表通量、边界层的平均结构和湍流二阶量,并用黑河试验的观测资料检验了模式的模拟性能。结果表明,模拟的平均结构较好地展现了不均匀下垫面条件下边界层内从稳定层结到混合层发展,夹卷层形成,底层逆温层出现,混合层过渡到残留层等的演变过程,呈现出了从初始的稳定边界层发展到对流边界层,最后又形成夜问稳定边界层的日变化规律。湍流二阶量的分析显示,在非均匀下垫面条件下边界层内湍流二阶量的垂直分布与边界层的发展相对应,白天湍流二阶量出现两个峰值,分别位于近地层和混合层顶。与观测资料和现有研究的对比表明,RAMS中陆面模块（LEAF）地表参数不能较好地反映黑河地区的植被特征,模拟的白天地表感热和潜热通量偏小,气温白天偏低、夜间偏高,相对湿度也有偏差。     

陆面过程模式中积雪过程的参数化及初步试验

为了用气候模式研究冰雪圈变化的气候效应，我们在已经发展的土壤－植被－大气模式基础上，考虑积雪改变表水文和反照率的参数化，建立了包含雪盖问题的陆面过程模式。利用中国西北黑河地区的ＨＥＩＦＥ实测气象和辐射资料，检验了模式对大气降雨和降雪的响应，结果表明，该模式描写的各种物理过程合理，一些可观测要素（如地面温度和地表净辐射通量）的演变特征与实况相当一致。     

兰州市冬季大气边界层结构特征的观测和数值模拟研究

本文利用甘肃省政府和中国科学院的科技合作项目"兰州市大气污染及对策研究"所获得的系留气球探空资料,并且结合数值模拟方法,对兰州市冬季大气边界层温度场特征进行了对比分析,结果表明:在没有特殊天气过程的典型冬季代表性时段,山谷城市兰州逆温边界层结构无论白天或夜间都存在,而且经常出现多层逆温和白天的脱地逆温情况,只有当冷空气过境时,逆温现象才减弱或消失;与观测结果相比较可以看出,数值模拟结果基本上反应了温度场的主要特征。     

A comprehensive meteorological modeling system—RAMS

Summary This paper presents a range of applications of the Regional Atmospheric Modeling System (RAMS), a comprehensive mesoscale meterological modeling system. Applications discussed in this paper include large eddy simulations (LES) and simulations of thunderstorms, cumulus fields, mesoscale convective systems, mid-latitude cirrus clouds, winter storms, mechanically- and thermally-forced mesoscale systems, and mesoscale atmospheric disperision. A summary of current RAMS options is also presented. Improvements to RAMS currently underway include refinements to the cloud radiation, cloud microphysics, cumulus, and surface soil/vegetative parameterization schemes, the parallelization of the code, development of a more versatile visualization capability, and research into meso--scale cumulus parameterization.With 18 Figures     

A climate version of the regional atmospheric modeling system

Summary  The Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) has been widely used to simulate relatively short-term atmospheric processes. To perform full-year to multi-year model integrations, a climate version of RAMS (ClimRAMS) has been developed, and is used to simulate diurnal, seasonal, and annual cycles of atmospheric and hydrologic variables and interactions within the central United States during 1989. The model simulation uses a 200-km grid covering the conterminous United States, and a nested, 50-km grid covering the Great Plains and Rocky Mountain states of Kansas, Nebraska, South Dakota, Wyoming, and Colorado. The model’s lateral boundary conditions are forced by six-hourly NCEP reanalysis products. ClimRAMS includes simplified precipitation and radiation sub-models, and representations that describe the seasonal evolution of vegetation-related parameters. In addition, ClimRAMS can use all of the general RAMS capabilities, like its more complex radiation sub-models, and explicit cloud and precipitation microphysics schemes. Thus, together with its nonhydrostatic and fully-interactive telescoping-grid capabilities, ClimRAMS can be applied to a wide variety of problems. Because of non-linear interactions between the land surface and atmosphere, simulating the observed climate requires simulating the observed diurnal, synoptic, and seasonal cycles. While previous regional climate modeling studies have demonstrated their ability to simulate the seasonal cycles through comparison with observed monthly-mean temperature and precipitation data sets, this study demonstrates that a regional climate model can also capture observed diurnal and synoptic variability. Observed values of daily precipitation and maximum and minimum screen-height air temperature are used to demonstrate this ability. Received September 27, 1999 Revised December 11, 1999     

A Climate Version of the Regional Atmospheric Modeling System

Summary The Regional Atmospheric Modeling System (RAMS) has been widely used to simulate relatively short-term atmospheric processes. To perform full-year to multi-year model integrations, a climate version of RAMS (ClimRAMS) has been developed, and is used to simulate diurnal, seasonal, and annual cycles of atmospheric and hydrologic variables and interactions within the central United States during 1989. The model simulation uses a 200-km grid covering the conterminous United States, and a nested, 50-km grid covering the Great Plains and Rocky Mountain states of Kansas, Nebraska, South Dakota, Wyoming, and Colorado. The model’s lateral boundary conditions are forced by six-hourly NCEP reanalysis products. ClimRAMS includes simplified precipitation and radiation sub-models, and representations that describe the seasonal evolution of vegetation-related parameters. In addition, ClimRAMS can use all of the general RAMS capabilities, like its more complex radiation sub-models, and explicit cloud and precipitation microphysics schemes. Thus, together with its nonhydrostatic and fully-interactive telescoping-grid capabilities, ClimRAMS can be applied to a wide variety of problems. Because of non-linear interactions between the land surface and atmosphere, simulating the observed climate requires simulating the observed diurnal, synoptic, and seasonal cycles. While previous regional climate modeling studies have demonstrated their ability to simulate the seasonal cycles through comparison with observed monthly-mean temperature and precipitation data sets, this study demonstrates that a regional climate model can also capture observed diurnal and synoptic variability. Observed values of daily precipitation and maximum and minimum screen-height air temperature are used to demonstrate this ability. Received September 27, 1999 Revised December 11, 1999     

Sensitivity of a GCM simulation to subgrid infiltration and surface runoff

A subgrid parameterization of infiltration and surface runoff was evaluated using a land surface model coupled to an atmospheric general circulation model. Averaged over 5 year simulations, the subgrid parameterization resulted in significantly less infiltration of water into the soil compared to a simulation without subgrid hydrologic processes. As a result, the soils were drier, latent heat flux decreased, and surface air temperature increased. These results are consistent with other studies of subgrid hydrologic parameterizations, which also resulted in drier soils, decreased latent heat flux, and warmer surface temperatures. Several river basins were studied in detail. In the Amazon and Lena basins, the subgrid parameterization resulted in better annual runoff compared to observed annual river flow; surface air temperature was unchanged in the Amazon and better, compared to observations, in the Lena. In the Ob, Yenisey, and Amur basins, the subgrid parameterization resulted in too much annual runoff; July surface air temperature was unchanged or worse (Amur). Annual runoff for the Mississippi basin was better with the subgrid parameterization, but July surface air temperature was worse. These results suggest the utility of subgrid hydrologic parameterizations vary among river basins depending on the relative importance of Horton and Dunne runoff and the geologic factors affecting runoff generation.