数值模式垂直分辨率对台风大涡模拟的影响

随着计算能力的提升,台风数值模拟大量采用了大涡尺度模拟,其水平分辨率已达到数10 m的量级,而垂直分辨率提升不大,其问题是数值模式的垂直分辨率对台风大涡模拟的影响如何?因此,本文利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式开展理想台风模拟,在不同的模式垂直层次(42,69和90层)情况下,研究并讨论数值模式垂直分辨率对台风大涡模拟的影响。结果表明,42层的垂直分辨率明显不足,而69层和90层的垂直分辨率则都能模拟出细致的台风边界层小尺度结构,龙卷尺度涡旋出现较多。与69层试验相比,90层试验模拟的台风强度要弱、龙卷尺度涡旋数量要少,但模拟的台风强度更稳定,模拟的小尺度涡旋也更精细。     

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。      

不同垂直分辨率对台风数值模拟影响的敏感性试验

利用新一代数值预报模式ARW(Advance Research WRF),模拟试验了在不同垂直分辨率条件下模式对"罗莎"台风的预报性能。试验结果表明,数值模式的垂直分辨率变化对台风路径预报效果的影响不大,但对台风强度和结构的预报效果有明显影响。但是,对于一定的水平分辨率而言,有一个与之匹配的垂直分辨率,垂直分辨率低于或者高于这个相匹配的阈值,模式的预报性能都会下降。     

分辨率对区域气候极端事件模拟的影响

利用NCAR MM5V3对1999年6月长江流域的极端异常降水事件进行了模拟,主要研究不同水平和垂直分辨率对极端区域气候事件模拟的影响。数值模拟试验表明:模式能够模拟出极端强降水的主要分布特征;水平分辨率的提高降低了模式模拟的强降水偏差,对逐日降水变化的模拟更加合理,而垂直分辨率的提高基本上也都减小了模拟的强降水过程的偏差,改善对强降水的模拟能力;模式水平、垂直分辨率的提高在一定程度上增强了对强降水过程的模拟能力。水平分辨率的提高能够改善模式对海平面气压的模拟,而垂直分辨率的提高可以改善模式模拟的地面气温和低层环流。分辨率对中层大气环流的影响不是很敏感。不同积云对流参数化方案模拟的对流降水比率随水平分辨率的变化是不同的,Grell方案对流降水比例随分辨率的提高而增加,而Kain-Fritsch方案的结果相反。     

最精密的全球数值预报模式

根据日本气象厅网2008年3月5日报道,日本气象厅研究出当今世界上分辨率最高的全球数值预报模式。日本气象厅全球数值预报模式的数值预报产品是发布台风预报、天气预报的基础资料。新全球数值预报模式大幅度提高了模式分辨率,由原来的水平60km网格、垂直方向40层提高到水平20km网格、垂直方向60层。     

一次辐射雾过程的数值模拟研究

利用中尺度模式MM5对2007年10月26日中国东部的一次大雾生消过程进行了数值模拟研究,并对影响辐射雾生消的辐射条件和模式的分辨率做了6组敏感性实验。结果表明,地面的长波辐射冷却是雾形成的决定性因子,太阳短波辐射是雾消散的主要因素;RRTM长波辐射方案模拟效果较云辐射方案更好,适当提高模式水平分辨率对水平尺度很大的雾模拟效果帮助不大,而适当提高模式垂直分辨率模拟则会更准确。     

WRF模式分辨率对新疆异常降雨天气要素模拟的影响

利用新一代中尺度气候数值模式WRF对中国西北干旱典型地区——新疆2000年10月的异常降雨事件进行模拟,主要研究了不同水平分辨率、垂直分辨率以及不同积云参数化过程对气温、降雨和土壤温度模拟的影响。结果表明：不同分辨率的模拟基本上均模拟出了地面气温的分布特征,且随着水平分辨率的提高,模式模拟能力显著提高,对地面气温值、分布范围的模拟渐趋合理,同时模式对于地形引起的温度分布变化的模拟更加趋近实际。水平分辨率、垂直分辨率的提高同样改善了模式对降水的模拟能力,分辨率的提高不仅改进了模式对降雨分布区模拟的精度,也增强了对于地形引起的降雨变异的模拟能力。在土壤温度模拟上,不同分辨率的试验均能模拟出土壤温度的分布特征,较高水平分辨率有利于描述土壤温度分布细节,但更容易出现“数值点风暴”现象。     

η模式边界层方案的优化及其对暴雨的数值试验

利用16层垂直不等距MEM，引入高分辨边界层方案，将模式垂直分层增加至2l层，并将改进后的模式用于暴雨的数值模拟。结果表明：改进后的模式对降水的预报特别是暴雨的预报有了很大的改进，其降水场的预报TS评分、特别是暴雨TS评分明显高于以前的模式，这对模式进一步的业务化具有重要意义。敏感性试验表明：提高模式的垂直分辨率有益于暴雨预报水平的提高。模式对混合长和湿有效率较为敏感；模式下垫面特征分类的精确性对模式的预报结果有很大的影响。     

全球谱模式不同垂直分层对数值预报影响的敏感性试验

本文用σ-坐标原始方程全球谱模式,对1979年1月23日和6月14日两个个例,采用3种不同的垂直分层方案,进行了敏感性试验.通过对高度场均方根误差的分析,发现15层模式对北半球冬季预报效果的改进最明显.当其降低模式最高层高度和减少垂直分辨率时,预报误差首先从模式上层出现,然后影响到对流层中、下层.并指出南、北半球,冬、夏季不同层次上的预报对模式垂直分层的敏感性存在有差异,对南、北半球,冬、夏季的预报可采用不同的垂直分层模式. 南、北半球,冬、夏季预报敏感性差异的产生同行星尺度波动的水平感热通量的垂直分布、行星尺度波动能量的垂直输送特征有关.     

区域气候模式分辨率对中国夏季气温模拟影响的评估

为评估区域气候模式中分辨率对中国夏季气温模拟的影响,选用区域气候模式RegCM3,针对中国范围同一区域设置3种水平分辨率(30、60和90 km)和3种垂直分辨率(14、18和23层)就2000-2004年夏季地表气温进行模拟试验,采用模拟偏差、均方根误差、空间相关系数等多种参数,评估了气温模拟对分辨率的敏感性.结果表...     

非静力中尺度高分辨率模式模拟中的垂直坐标影响研究

近几年来,随着高性能计算机技术的高速发展,甚高分辨率的中尺度数值预报模式业务应用已成为可能,与之相关的一系列模式技术的新问题也随之提了出来,垂直坐标系的影响就是其中之一。文中借助于美国新一代数值预报模式WRF(WeatherReseachandForecast),比较了非静力中尺度模式高分辨率模拟应用的垂直坐标影响问题。研究表明,当选用几何高度(z)和气压(p)来构造地形追随坐标时,低层两坐标引起的误差基本一样,中高层高度地形追随坐标引起的误差小于气压地形追随坐标;而且分辨率越高差异愈大。高分辨率模拟结果也表明,这种差异趋势是存在的;此外,本文对天气过程的预报要素场进行了相关的分析。     

华东中尺度地形对浙北暴雨影响的模拟研究

以一次梅雨降水为例，利用中尺度模式进行一系列中尺度地形对降水的增幅影响的敏感性试验。结果表明，中尺度地形对强降水区域的分布和强度有很大的影响，强降水中心位于地形附近，地形引起的１２小时降水增幅高达总降水的９０％以上；中尺度地形作为一种外界迫动，初始在低层形成气旋性辐合和水汽热量的集中，然后通过凝结潜热释放所造成的中高层增温和高层辐散，使得地形垂直环流加强和向上伸展。于是在降水、潜热释放与地形垂直环流之间出现一种正反馈机制，导致地形对降水的强烈增幅；同时午后下垫面加热所形成的不稳定层结也有利于地形垂直环流的不稳定发展，产生新的雨峰；初始场的中尺度扰动似乎在降水的地形性增幅中并不起明显作用。     

不同垂直坐标系对垂直速度计算的影响

近年来，随着高精度中尺度数值预报模式和多尺度统一模式的发展，与之相关的一些非静力中尺度模式技术也随之提了出来，垂直坐标系的影响问题就是其中之一。本文借助于高精度美国新一代数值预报模式WRF(Weather Reseach and Forecast)，模拟分析了两种不同的坐标系对模式大气中垂直速度计算的影响。试验结果表明，不同的坐标系对大气垂直速度大小计算存在着差异，特别是当分辨率提高时，不同垂直坐标系对大气垂直结构的刻画的差别更加明显。由于垂直速度与降雨过程密切相关，垂直速度的计算差异必然影响模式对降雨过程的描述。理想试验结果表明，在气压地形追随坐标中气压梯度力的计算对地表气压计算很敏感。     

IMPACT STUDY ON THE CALCULATION OF VERTICAL VELOCITY IN DIFFERENT VERTICAL COORDINATE SYSTEMS

1 INTRODUCTION First, let’s have a review of various vertical coordinate systems used in numerical weather prediction (NWP). Richardson[1] (1922) first attempted to use the geometrical height z as the vertical coordinate system. Though geometrical height is easy to understand as a concept, it had not been applied in NWP until Kasahara and Washington (1967) rewrote his predictive equations and used state-of-the-art high-speed computers to conduct NWP in height coordinates. Eliassen[2]…     

高分辨率η模式的数值试验

针对中尺度地形对我国天气影响的重要性，本文先后提高了REM的水平和垂直分辨率，并采用包络地形方法处理模式中尺度地形。运用常规报文资料得到初始场，对1993年8月4～5日，1994年7月12～13日的两次大暴雨个例分别进行了数值试验。结果表明，仅提高REM的水平分辨率，对降水预报有一定的改善，但多报出了几个大暴雨中心；而对模式水平及垂直分辨率同时提高后，其降水场、形势场的预报有明显的改进和提高，虚假降水中心消失。     

对区域数值模式(REM)的改进及数值试验

针对中尺度对形对我国天气影响的重要性,对ＲＥＭ先后进行水平,垂直分辨率的提高,并运用常规报文资料获得初始场,运用包络地形方法获得模式所需的地形资料,对１９９４年７月１２－１３日的大暴雨个例进行了数值试验,结果表明,仅提高ＲＥＭ的水平分辨率,对降水预报有一定的改进和提高,但多报出了几个大暴雨中心。     

一次典型梅雨锋暴雨过程的多尺度结构特征

利用多种类型资料,对2009年6月29—30日引发鄂皖境内梅雨锋特大暴雨过程的天气形势和中尺度对流系统（MCSs）进行了初步分析,揭示了梅雨锋暴雨系统的多尺度结构特征,并用中尺度模式WRF对梅雨锋暴雨系统进行了9km三重双向嵌套大区域精细模拟,再采用Morlet小波变换对模式输出进行空间带通滤波,分离出α、β和γ中尺度系统,对不同中尺度系统的热力动力三维空间结构特征进行了研究。结果表明：梅雨锋特大暴雨由梅雨锋上多个不同尺度的MCSs活动造成,这些不同尺度的MCSs在卫星云图和雷达回波上呈现出不同的特点。在α、β和γ中尺度上,梅雨锋暴雨中尺度系统在水平和垂直方向上的动力、热力结构特征存在着明显的差异,α、β中尺度系统具有明显的垂直环流,而γ中尺度系统则具有惯性重力波特征,往往嵌套在α、β中尺度系统内发生发展。最后,提出了典型梅雨锋暴雨系统的物理概念模型。     

THE CISK MECHANISM AND THE INERTIAL GRAVITATIONAL WAVES IN SHEAR FLOW

By using the symmetric equations of atmospheric dynamics in y-z plane with vertical and horizontal shear of wind, the nonlinear ordinary differential equation is derived with the method of travelling wave.Its stability is discussed by using the theory of nonlinear stability and the KDV equation is solved. The effects of linear CISK, nonlinear CISK, inertial stability and vertical shear of wind on the amplitude and the width of isolated inertial gravitational wave are discussed. In order to understand deeply the formation and development of meso-scale synoptic systems, such as the squall line, MCC, the cold surge of Asia high and typhoon, the factors of development of the isolated inertial gravity wave are analysed.