WRF模式不同边界层参数化方案模拟兰州冬季边界层高度的研究

本文利用WRF模式中YSU、MYJ和ACM2三种不同的边界层参数化方案,模拟了2005年1月20-31日兰州市冬季大气边界层高度,并将模拟的边界层高度与同期系留探空资料位温廓线法计算的大气边界层高度进行了比较分析,从闭合方法和混合层高度计算方法等方面探讨了各个方案模拟结果的差异。结果表明:三种不同的参数化方案均模拟出了兰州市冬季边界层高度日变化的基本特征,其中,MYJ方案明显偏高,YSU和ACM2方案次之;统计分析结果显示,ACM2方案能较好地模拟兰州市冬季边界层高度。     

边界层方案对华北低层O3垂直分布模拟的影响

利用WRF-Chem模式,采用3种边界层参数化方案 (YSU, MYJ和ACM2),针对1个晴空、静稳日 (2013年8月26日20:00—27日20:00(北京时)) 进行模拟,着重分析不同边界层参数化方案对夜间残留层形成及日出前后O₃浓度垂直分布形式的模拟效果,并与固城站地面及垂直同步观测资料进行对比。结果表明:3种边界层参数化方案均能够模拟出温度及风速的区域分布形式以及风温垂直结构的变化特征;相比之下,MYJ方案模拟的夜间边界层高度较YSU方案和ACM2方案明显偏高,该对比结果可能是导致近地面污染物浓度模拟差异的重要原因;在夜间稳定层结至日出后稳定状态打破的边界层结构演变过程中,采用YSU方案和ACM2方案模拟的温度和风速垂直扩线形式与观测结果更为接近;同样采用非局地闭合的YSU方案和同时考虑局地和非局地闭合的ACM2方案,对于边界层高度内O₃浓度垂直分布形式的模拟效果具有明显优势。     

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。     

边界层参数化方案对高原低涡东移模拟的影响

利用新一代中尺度气象数值模式WRF的三种边界层参数化方案(YSU、MYJ和ACM2方案),对比检验了2008年7月1-3日和2009年7月29-30日两次高原低涡东移过程的模拟效果,初步分析了三种参数化方案模拟的高原大气边界层物理量特征.结果表明,从高原低涡生成后模拟至24 h,不同边界层方案均能较好地模拟出高原低涡的路径和中心强度.其中,采用MYJ方案得到的结果最接近观测值,而ACM2方案的偏差最大.不同的边界层参数化方案模拟的水平风速、位温、垂直速度场以及相当位温场的垂直分布特征有所不同.三种方案都较好地模拟出高原边界层高度的时空分布特征,而且日变化明显,空间上呈西高东低分布.通过对比分析地表感热和潜热通量,表明局地闭合的MYJ方案较适用于模拟潜热通量,由于受较强湍流交换和高层夹卷作用,非局地闭合的YSU和ACM2方案模拟的感热通量值偏大.根据研究对象的特点采用合适的边界层参数化方案,模拟效果有明显的改进.     

不同边界层参数化方案对台风“利奇马”模拟的影响研究

基于中尺度数值模式WRF,对比分析了六种大气边界层物理过程参数化方案(BouLac、MYJ、UW、YSU、ACM2、SH)对台风“利奇马”模拟结果的影响。结果表明,不同边界层方案对“利奇马”路径的模拟结果影响较小,但对其强度和结构演变的模拟结果影响显著。其中,局地闭合方案UW方案模拟的结果最强,局地闭合方案BouLac次之,而局地闭合方案MYJ和三种非局地闭合方案YSU、ACM2和SH的模拟强度都较弱。这些方案中,BouLac模拟的海平面最低气压与实况最为接近。通过对比这些边界层方案的模拟结果发现,由于台风强度的差异受到热力和动力的共同影响,边界层方案如模拟得到的地表潜热通量和边界层中湍流扩散系数较大,将导致较大的径向风和低层辐合,从而模拟得到较强的台风强度;反之,则台风强度较弱。      

高黎贡山复杂地形下局地环流的数值模拟研究

本文利用中尺度模式WRF（weather research and forecasting）模拟了2016年干季和湿季高黎贡山南段（腾冲—保山地区）山谷风环流,分析YSU、MYJ、MYNN3、ACM2和BouLac五种边界层参数化方案在高黎贡山复杂下垫面的适用性。研究结果表明YSU方案对温度模拟的效果最好;ACM2模拟的风速平均绝对误差最小;MYNN3方案模拟的风向绝对误差最小,YSU方案和MYJ方案模拟的风向日变化趋势与观测更加一致。高黎贡山南段地区上午09时（北京时,下同）出现谷风环流,夜间19时转为山风环流。白天多为偏南风,夜间为偏北风和偏西风。白天山顶气流辐合而山谷气流辐散,夜间相反。白天风速大于夜间。干季西风风力较弱,有利于低层局地环流的发展;而湿季受较强的偏东背景风影响时,局地环流的发展受到抑制,边界层高度也就低于干季。干季西风遇到高黎贡山,在西坡下沉并形成涡旋,西侧湍流混合充分,边界层高度高;湿季偏东风使高黎贡山西侧谷风减弱,腾冲与保山的边界层高度相差不大。     

中尺度模式边界层方案对华中区域降水预报的对比试验

选用华中区域中尺度模式中的ACM2、YSU、MYJ三种边界层参数化方案,对2012年5—7月进行降水模拟检验。通过比较三种方案模拟降水的总量分布,表明三种方案能够体现出累积降水的整体分布特征,但存在细节差异,降水TS评分(Ts)和BS偏差(Bs)统计显示ACM2的预报性能优于YSU方案和MYJ方案。大气温湿结构则体现了MYJ方案湍流输送较弱的特点,ACM2和YSU方案因使用非局地闭合理论,模拟结果相近。此外对一次西南低涡暴雨过程进行了分析,结果表明:ACM2方案对低涡移动路径、强度及造成的降水量的总体模拟效果最好。     

宁夏两次低涡暴雨过程边界层方案的敏感性试验

利用中尺度数值模式WRF选取3种边界层参数化方案（YSU、MYJ和ACM2）对2018年8月20日和2019年8月2日宁夏两次低涡暴雨过程进行敏感性试验,对比分析不同边界层参数化方案对暴雨过程模拟的影响。结果表明：YSU和MYJ方案对暴雨的预报性能均较优,ACM2方案对强降水的空报率较大;YSU方案对逐时中等强度降水的模拟效果更优。YSU方案对低涡系统的移动路径和中心强度模拟效果最好。相比ACM2方案,YSU和MYJ方案对环境场物理量和边界层内水汽混合比的模拟更接近实况,并且YSU方案能准确地反映边界层内位温分布特征。YSU与ACM2方案的湍流混合强度更强,后者维持较强湍流的时间更长。总体上,YSU方案对宁夏低涡暴雨过程的模拟效果最优。     

WRF模式边界层参数化方案对西南低涡模拟的影响

应用中尺度数值模式WRF(V3.3版本)选用4种行星边界层参数化方案(YSU、ACM2、MYJ和NOPBL)对2011年6月16—18日造成强降水的西南低涡过程进行敏感性试验,对比分析不同边界层参数化方案对西南低涡过程模拟的影响。模拟结果表明:4种边界层参数化方案均能较好地模拟出西南低涡以及暴雨带的东移,其中YSU方案对低涡路径、强度及降水的总体模拟效果最好。YSU和ACM2方案,与MYJ和NOPBL方案相比,模拟的低涡中心区域正涡度柱和垂直上升运动较强,达到的垂直高度更高。造成这种差异的主要原因是对边界层上的夹卷效应以及垂直混合作用考虑的不同。不考虑边界层作用的NOPBL方案模拟的地表风速异常偏大,造成地表热通量明显偏强、边界层高度偏高。YSU、ACM2和MYJ 3种方案模拟的边界层高度和热通量的日变化比较一致,夜间基本维持少变,白天变化大,其中MYJ模拟的边界层高度和热通量较大,ACM2模拟的较小。地表风速是造成热量输送以及边界层高度模拟差异的主要因子。     

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。     

雷雨大风与河北电网灾害特征分析

利用1983—2008年26年河北省灾情直报数据资料,统计分析大风灾情记录及大风灾害对河北电网设施损坏的时空分布特征。结果表明：（1）7～12级大风是造成电网安全事故的主要灾害性大风;（2）大风灾害致电网安全事故年变化存在显著差异,最多高达43起/年,最少年仅为2起/年;（3）月分布呈显著的单峰曲线变化,6 8月为大风灾害电网安全事故高峰期,占全年大风灾害总次数的83%;（4）空间分布极不均匀,燕山南麓、太行山东麓以及沿海地区是电网灾害事故相对多发区域;（5）通过典型个例分析、成因分析,提出灾害性天气服务对策,为加强河北省电力行业气象服务及防灾减灾提供参考。     

榆林干旱特征分析

用1960—2000年榆林市12个县的降水和气温资料，计算了各县41a3—11月的湿润指数，分析表明：干旱发生频繁，且较严重。干旱空间分布北部风沙草滩区多，南部丘陵沟壑区少；具有明显的持续性和季节性特点；年际变化大体上有20a振荡周期。降水特征和地理状况是榆林多干旱发生的主要因素。     

云南冰雹的变化特征

利用1961-2008年云南120个测站逐月冰雹资料,分析了近50年云南冰雹的时空变化特征及其对气候变暖的响应。结果表明：（1）云南冰雹具有明显的区域分布。全年冰雹日数从云南西北到东南大致呈多—少—多—少相间隔的区域分布特征;夏季与秋季分布相似,滇西北偏多,滇西南偏少;春季与冬季分布相似,滇西北及滇东北偏少,从西北到东...     

南宁市霾的特征分析

利用1993年至2012年南宁市观测站资料,分析了南宁市近20年霾的变化特征。结果表明:从2000年以来南宁霾日数上涨明显。霾的出现有明显的季节变化,冬季在冷锋经过后气温下降、地面被冷高压控制,风速减小,近地层形成逆温时出现;夏季主要在热带低压外围的下沉气流影响下出现。南宁市出现的霾绝大部分为轻度霾(能见度在3km至10km),并且发生霾天气时,相对湿度六成以上介于70%~80%之间。     

柴达木低涡特征及其预报

利用天气图和甘肃河西东部台站观测资料,统计分析了柴达木低涡的特征概况,归纳出柴达木低涡发生、发展的演变规律,选取相关性较好的预报因子,用隶属函数方法建立预报方程,对河西地区东部低云降水预报取得了较好的效果。     

新一代天气雷达（ＣＢ）发射机的检测与维修

利用2006年和2007年太原地区的闪电定位资料,分析了太原地区地闪的日变化、月变化、闪电强度、闪电密度等特征结果表明：太原地区的正地闪比例明显低于我国北方地区的其它城市;总地闪和负地闪的日变化呈典型的双峰变化正闪的双峰特征不明显;太原市辖区北部和阳曲县是闪电频发的中心地带,闪电空间分布中心与冰雹发生源地和影响区对应一致;闪电多发区与地形、气候背景以及城市热岛效应有很大关系。     

台风"莫拉克"暴雨特征

利用常规气象资料和卫星、雷达、区域自动站等资料以及NCEP再分析资料,对2009年闽东北地区"莫拉克"台风的降水特征做初步分析.结果表明:台风"莫拉克"暴雨具有明显的"空心化"特征,有利的环境场条件、螺旋雨带上对流单体的不断影响、台风移动缓慢是此次台风暴雨的主要原因,而地形也有明显增幅作用.通过雷达回波基本反射率因子强...     

运城市农业气候特点分析

对运城市的农业气候特点，主要气象灾害进行了统计分析，总结出主要气象灾害的发生规律和时空分布特点，根据农业生产的实际，针对各种气象灾害、提出切合实际、科学合理的防卸措施和生产建议，为地方部门合理安排农业生产提供科学依据。     

威海市雷暴特征分析

利用1971-2007年威海市气象观测月报表和1998-2007年山东省闪电定位监测网提供的闪电资料,对威海市雷暴分布特征及成因进行了分析。结果表明:威海市雷暴天气空间分布特征为雷暴的多发区集中在西部,并由中间的内陆地区向两侧的沿海地区减少;威海雷暴季节性变化明显,一年四季均有雷暴发生,但主要集中分布在5-9月,其中7月最严重;威海雷暴发生在午后至傍晚的最多,早上相对较少,雷电活动的峰值发生在14-20时,雷电的强盛期都出现在下午。     

商丘市冰雹天气特征分析

利用2004年商丘市5次冰雹过程资料,分析了产生冰雹的天气形势、不稳定能量、涡度、湿度、垂直速度及雷达回波特征.