基于WRF和CFD软件结合的风能资源数值模拟试验研究

运用中尺度数值模式WRF与法国CFD软件MeteodynwT相结合的方法（WRF／WT）,进行了广东省海陵岛地区的水平分辨率100m×100m的风能资源数值模拟试验,采用海陵岛上7座测风塔观测资料对WRF／WT模式的模拟风场进行误差检验,并与WRF／WAsP模式系统对单点风能参数模拟误差进行对比,研究WRF／WT模式系统在风电场微观选址和分散式风电开发利用中应用的可行性。结果表明：中尺度模式与CFD软件结合的数值模拟方法对区域风能资源分布趋势的模拟比单纯应用CFD软件更准确;WRF／WT模式系统应用于复杂地形风能资源数值模拟评估是可行的,其对区域风能资源参数分布模拟的准确率与WRF／WAsP对2km范围内风能资源参数模拟的准确率相当;WRF／WT模式系统在风速频率分布不满足Weibull分布的情况下和陡峭地形条件下有较好的模拟效果,相对WRF／wAsP有明显优势。今后需进一步研究中尺度模式与CFD软件的衔接方法,以及对中尺度模式模拟结果的误差订正。     

一次典型东北冷涡暴雨的数值模拟及诊断分析

利用中尺度数值模式WRF,模拟了黑龙江省2004年8月28～29日出现的暴雨过程,并对此次过程进行诊断分析。结果表明。WRF中尺度模式能够较好的模拟冷涡暴雨天气,并从暴雨形成的辐合辐散、水汽、垂直速度等物理量诊断分析此次暴雨过程的演变及物理特征。     

WRF和MM5模式对辽宁暴雨模拟的对比分析

用近年开发的新一代中尺度预报模式WRF(Weather Research Forecast)和已被广泛应用的MM5模式分别模拟研究了2002年8月3~4日发生在辽宁的一次区域性暴雨过程。模拟结果显示WRF模式能够比较成功地反映出导致暴雨发生的高低空环流背景和暴雨的分布状况;WRF和MM5模拟结果的对比分析表明:由于WRF的动力框架具有一定的优越性使得模式结果得到改善,在前处理和所选物理过程相同的情况下,WRF模式对能够代表本次暴雨过程中中尺度天气系统的高度场、风场、散度场、水汽通量场以及垂直速度场等物理量的模拟效果要好于MM5。高空形势场的影响使WRF模拟的降水落区和强度更接近实况。     

"碧利斯"(2006)台风低压暴雨数值模拟试验

利用NECP 1°×1°的6h分析资料,采用中尺度数值预报模式WRF对2006年7月16~19日“碧利斯”(2006)台风低压引发的暴雨天气过程进行了数值模拟。结果表明,WRF模式对这次暴雨过程的雨带位置和走向均有较好的模拟,对这次暴雨过程中尺度天气系统的发生、发展及加强均在模拟结果中有所显现。     

淮河流域暴雨过程的数值模拟和诊断分析

利用中尺度数值模式WRF输出结果，对2003年7月4-6日淮河流域出现的暴雨过程进行了诊断分析。结果表明，WRF模式对这次暴雨过程的雨带位置和走向均有较好的模拟，但暴雨中心位置偏移。这次暴雨过程中尺度天气系统的发生、发展、加强及衰减均在模拟结果中有所显现。     

WRF模式对济南地区夏季近地面气象场模拟效果评估

不同地区中尺度气象模式WRF的模拟性能存在明显差异,本文利用数值模拟和统计方法,评估了WRF模式在济南地区的模拟性能,并对比研究地形和土地利用对WRF模式模拟性能的影响,为WRF模式在济南地区的业务化运行提供参考。结果表明:WRF模式能较准确的模拟济南地区近地面气象场及其时间变化特征;统计分析发现,WRF模式对济南地区近地面气温、比湿、风速及风向的模拟准确率分别为72.5%、59.6%、29.4%和36.2%。WRF模式模拟的济南地区夏季比湿偏低、风速偏高,模拟的风速存在系统性偏差。下垫面对WRF模式的模拟结果有显著影响,10 m风速的均方根误差(RMSE)与地形、坡度、模式格点和观测站点的地形偏差显著相关,与坡度的相关系数最大;2 m气温的RMSE仅与地形偏差显著相关,在复杂地形区比较站点观测气温与模式格点气温时,需考虑地形偏差的影响。     

MM5和WRF模拟东北冷涡雷暴天气过程对比分析

利用NCEP/NCAR再分析资料驱动中尺度天气模式MM5和WRF,模拟2005年4月6日辽宁强雷暴降水天气过程。结果表明:MM5和WRF模拟雷暴发生的天气系统结构相似,但对于降水量模拟,WRF模式模拟的结果与实况更为接近。分析其天气系统结构表明,降水过程中来自不同地区的冷暖空气交汇和来自不同地区云团的汇合造成了此次强雷暴天气的发生。     

一次梅雨锋暴雨过程的中尺度对比模拟分析

使用新一代细网格WRF中尺度数值模式和MM5（V3）模式，对2003年7月4～6日发生在江淮流域的一次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟对比分析。结果表明：WRF和MM5都能较好的模拟这次暴雨过程雨带的分布和走向，而WRF能更好的模拟降水中心的位置和雨量；与暴雨过程相联系的低空急流和涡度场等分布特征的模拟，WRF模式亦优于MM5模式。此外，在云贵高原东麓山地，与WRF模式相比，MM5模式在低层模拟出虚假的低压环流，这可能与两模式所采用的垂直坐标差异有关。对WRF的模拟结果分析发现，700hPa湿位涡异常区与暴雨发生区对应很好。     

西北太平洋台风季节预报的数值模拟

利用中尺度气象模式WRF（weather research and forecasting）对2006年7月1日-9月30日的西北太平洋夏季台风进行了动力季节预报试验。结果表明：1）在对3个月以内的台风作动力季节预报试验时,WRF模式模拟的台风总个数与实况接近,模式模拟的总登陆台风数与实况相比偏小。从各月模拟情况看,台风总数与登陆数的模拟均与实况有差距。WRF模式对台风强度的模拟总体偏弱。2）WRF在模拟2006年7q月台风以及平均高度场、水平风垂直切变时,7月与实况接近,随时间增长,与实况的差别明显增大．WRF模式具有一定的台风动力季节预报能力,但其预报时限有待探讨。     

WRF模式对江西2006—2015年夏季气候模拟的性能分析

基于NCEP/FNL再分析资料,利用中尺度天气预报模式（WRF）对2006—2015年1月1日—8月31日的天气形势进行模拟,分析探讨了模式对江西省夏季(6—8月)气温和降水的模拟能力。结果表明：WRF模式能准确模拟出江西省气温和降水的空间分布气候特征,模拟结果与中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集（CMFD）接近。其中,降水的模拟精度低于气温模拟;模拟的气温在鄱阳湖地区出现低值,与CMFD的偏差最大。WRF模式模拟的地面反照率偏大导致气温模拟结果偏低。     

用WRF与MM5模拟1998年三次暴雨过程的对比分析

使用NCAR和NOAA的新一代中尺度模式WRF(WeatherResearchandForecast)和UCAR/PSU的MM5 (v3)模式 ,对 1998年发生在中国的三次强降水过程 ,即 5月的 1次华南暴雨过程 ,7月初的 1次淮河流域暴雨过程和 7月下旬的 1次长江流域暴雨过程进行了数值模拟。模拟结果表明 ,WRF模式能够成功模拟这几次不同性质的降水过程 ;与MM5对比 ,WRF更好地模拟了引起这几次降水过程中的主要天气系统的位置和移动过程 ,从而使WRF模拟的降水落区好于MM5。但在这几次过程中WRF模拟的降水都较MM 5为小 ,也小于实况值 ,分析可见 ,WRF模拟的垂直速度明显小于MM5的模拟结果 ,这可能是导致模拟的降水偏小的原因之一。     

闽南地区酸雨特征与其影响天气系统的统计分析

使用WRF有限区域模式对2002年第5号台风(Rammasun)减弱后在长白山脉诱生新涡旋产生复合系统的过程进行了60h的模拟。通过对模拟结果的倾斜涡度发展分析,揭示了当减弱的热带气旋移近较高大山脉时,通过与环境场的相互作用可以使空气产生沿倾斜等熵面的下滑运动。在此基础上,热带气旋减弱引起的风的垂直切变的改变可以引起垂直涡度的发展从而诱生新的涡旋中心。     

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]…     

A Quick Report on a Dynamical Downscaling Simulation over China Using the Nested Model

This paper describes a dynamical downscaling simulation over China using the nested model system, which consists of the modified Weather Research and Forecasting Model (WRF) nested with the NCAR Community Atmosphere Model (CAM). Results show that dynamical downscaling is of great value in improving the model simulation of regional climatic characteristics. WRF simulates regional detailed temperature features better than CAM. With the spatial correlation coefficient between the observation and the simulation increasing from 0.54 for CAM to 0.79 for WRF, the improvement in precipitation simulation is more perceptible with WRF. Furthermore, the WRF simulation corrects the spatial bias of the precipitation in the CAM simulation.     

A COMPARATIVE STUDY OF TWO LAND SURFACE SCHEMES IN WRF MODEL OVER EASTERN CHINA

Two land surface models, Community Land Model (CLM3.5) and NOAH model, have been coupled to the Weather Research and Forecasting (WRF) model and been used to simulate the precipitation, temperature, and circulation fields, respectively, over eastern China in a typical flood year (1998). The purpose of this study is to reveal the effects of land surface changes on regional climate modeling. Comparisons of simulated results and observation data indicate that changes in land surface processes have significant impact on spatial and temporal distribution of precipitation and temperature patterns in eastern China. Coupling of the CLM3.5 to the WRF model (experiment WRF-C) substantially improves the simulation results over eastern China relative to an older version of WRF coupled to the NOAH-LSM (experiment WRF-N). It is found that the simulation of the spatial pattern of summer precipitation in WRF-C is better than in WRF-N. WRF-C also significantly reduces the summer positive bias of surface air temperature, and its simulated surface air temperature matches more closely to observations than WRF-N does, which is associated with lower sensible heat fluxes and higher latent heat fluxes in WRF-C.     

不同分辨率对淮河流域连续暴雨过程影响的中尺度模拟试验

利用NCAR 和NOAA 发展的新一代中尺度模式WRF(Weather Research and Forecast),对2003年7 月上旬发生在我国淮河流域三个连续暴雨过程(7 月1—11 日)进行了数值模拟试验,研究的重点是了解不同水平分辨率(45、30、20 和10 km)对WRF 模拟结果的影响。模拟结果与观测的比较表明,WRF 模式能够合理地模拟不同时段的降水带以及平均环流形势的分布特征,对于区域平均等压面上的物理量也有较好的模拟性能。不同分辨率的模拟结果比较表明:不同分辨率对降水的模拟效果影响较大,提高模式水平分辨率有助于预报效果的改善,但高分辨率模拟的降水强度偏强,空报偏多;不同分辨率对环流形势的模拟效果影响不大,各个分辨率的低层风场误差都存在一个5～6 天的波动,并向模式的中高层传播,传播速度约为3 天。      

2003年淮河汛期一次中尺度强暴雨过程的诊断分析和数值模拟研究

2003年7月4—5日淮河流域发生了一次中尺度强暴雨过程,致使淮河洪水泛滥。这次暴雨过程由中尺度对流系统(MCS)以及因其发展而产生的低涡造成。通过对此次过程的诊断分析和新一代细网格WRF中尺度预报模式的数值模拟,研究了这次过程发生发展的机制。模拟结果较好地描述了本次暴雨及中尺度系统发生、发展的时空演变过程。分析结果表明:此次移动性暴雨过程的前期由不断向东移动发展的MCS造成,后期降水则由低涡切变线产生的中尺度低涡引起。同时,副热带高压明显偏西偏北,并维持较长时间,造成雨带一直维持在淮河流域。高层辐合中心的加强使低空急流不断增强,低空急流的增强进而引起低层辐合的加强,而低层辐合的加强以及上升运动的潜热释放导致低涡的发生,低涡形成及形成后移动缓慢,造成了淮河流域的大暴雨。高层中尺度辐散区的抽吸对低层中尺度涡旋的发生发展起到了促进和加强的作用。低层的中尺度辐合场和高层的中尺度辐散场的发展与耦合对中尺度系统的发展有很好的预示作用。低层中尺度辐合区的减弱预示着系统的衰减,西南偏西的中层相对干冷空气侵入并在梅雨锋前缘下沉促进了系统的衰减。     

变性再发展热带气旋Yaji(2006)的数值模拟研究

利用中尺度模式WRF对2006年14号热带气旋Yaji的变性过程进行了双重嵌套模拟。结果表明,采用高分辨率的TRMM/TMI卫星反演SST资料,在第一重区域(网格距为15km)采用WSM3微物理方案和Betts-Miller对流参数化方案,在第二重移动嵌套区域(网格距为5km)采用Lin微物理方案,不采用对流参数化方案,模式能较好地模拟Yaji的路径和变性前后的强度演变,其中模拟的路径平均误差为64km,强度平均误差为2.5hPa,模拟的风场分布与Quickscat卫星反演的风场分布也较为吻合。利用模拟资料还研究了Yaji变性过程中的非对称流特征。     

Dynamical Downscaling of the Arctic Climate with a Focus on Polar Cyclone Climatology

We present a dynamical downscaling of the Arctic climatology using a high-resolution implementation of the Polar Weather Research and Forecasting, version 3.6 (WRF3.6) model, with a focus on Arctic cyclone activity. The study period is 1979–2004 and the driving fields are data from the Hadley Centre Global Environmental Model, version 2, with an Earth System component (HadGEM2-ES) simulations. We show that the results from the Polar WRF model provide significantly improved simulations of the frequency, intensity, and size of cyclones compared with the HadGEM2-ES simulations. Polar WRF reproduces the intensity of winter cyclones found in ERA-Interim, the global atmospheric reanalysis produced by the European Centre for Medium-range Weather Forecasts (ECMWF), and suggests that the average minimum central pressure of the cyclones is about 10?hPa lower than that derived from HadGEM2-ES simulations. Although both models underestimate the frequency of summer Arctic cyclones, Polar WRF simulations suggest there are 10.5% more cyclones per month than do HadGEM2-ES results. Overall, the Polar WRF model captures more intense and smaller cyclones than are obtained in HadGEM2-ES results, in better agreement with the ERA-Interim reanalysis data. Our results also show that the improved simulations of Arctic synoptic weather systems contribute to better simulations of atmospheric surface fields. The Polar WRF model is better able to simulate both the spatial patterns and magnitudes of the ERA-Interim reanalysis data than HadGEM2-ES is; in particular, the latter overestimates the absorbed solar radiation in the Arctic basin by as much as 30?W?m^?2 and underestimates longwave radiation by about 10?W?m^?2 in summer. Our results suggest that the improved simulations of longwave and solar radiation are partly associated with a better simulation of cloud liquid water content in the Polar WRF model, which is linked to improvements in the simulation of cyclone frequency and intensity and the resulting transient eddy transports of heat and water vapour.