一次辽宁暴雨的地形嵌套数值模拟试验

选取了2003年8月5～6日发生在辽宁地区的一次强降水过程，利用实际资料和MM5(v3．6)中尺度模式对这个过程进行了数值模拟试验．主要研究了地形嵌套对于数值模拟结果的影响。结果表明：嵌套后。随着水平分辨率的提高，模拟的降水量越来越接近实况；嵌套后内层网格信息的外传会使外层网格的模拟结果有所改善。     

98.7湖北特大暴雨的天气分析与降水模拟

1998年7月20～23日，湖北省南部发生了一次持续性特大暴雨过程，采用双向嵌套的非静力中尺度数值模式(MM5)对这次强暴雨过程进行初步模拟试验。结果表明，粗、细网格均能较好地模拟出雨带的走向和变动以及武汉地区的暴雨中心，尤其是嵌套域(细网格)模拟的降水强度比粗网格有明显改进，和实际观测结果更接近；另外，对引发这次特大暴雨的对流层低层的中尺度系统也能够很好地模拟出来。     

MM5水平嵌套方案对降水预报影响的敏感性试验

利用MM5对2003-2005年华东地区的3次暴雨过程数值模拟,通过采用3种水平网格嵌套方案做对降水预报影响的敏感性试验,研究模式水平率对降水强度和落区预报的影响。结果表明:随着水平网格精度提高,模式对中小尺度天气系统的模拟能力增强,地形对天气过程的影响反映更加全面,模拟的雨带分布也越接近实况,雨量中心强度也随之增大;三层嵌套网格在暴雨落区和暴雨量级的预报上均优于两层和一层水平网格嵌套方案,尤其是暴雨落区预报有很大优势。     

网格嵌套技术对一次中尺度对流系统降水过程模拟的影响

利用非静力中尺度模式MM5对2002年7月22日12:00~23日12:00(世界时,下同)长江流域的一次梅雨锋暴雨过程进行数值模拟试验,主要讨论了网格嵌套技术对降水和中尺度对流系统的影响。结果表明:三重嵌套在D1,D2域选用积云参数化方案后,模拟的雨区收缩,虚假降水中心相对减少,降水强度及分布更接近观测值。在模式非线性动力、热力及湿物理过程共同驱动下,通过嵌套网格的双向相互作用,使可分辨云尺度的细网格域D3将其信息通过嵌套边界向次细网格域D2传递,然后再通过D2域边界向粗网格域D1域传递。同样,动力、热力反馈也会反向进行。结果将有助于改进各网格域的预报效果。但对D1网格域系统位置及其发展演变过程的影响相对小些;另外,通过双向多重嵌套,可提高模式预报区域的分辨率,特别是提高模式关键预报区域的分辨率,这也就有可能改进预报的中尺度物理场,使其能够较真实地描写大气实况。     

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。     

一种具有监视暴雨作用的数值预报方案

本文介绍了一种在多层大尺度预报模式中嵌套移动性细网格的方案。通过在大尺度预报模式中增加诊断分析,实现条件性控制调用细网格,使嵌套细网格计算更为合理。经过对多个实际暴雨个例的数值模拟试验表明,采用这种预报方案能够改善数值预报的结果,对于监视暴雨和反映暴雨中尺度系统有一定的效果。     

热带气旋海棠(2005)强度数值模拟试验

通过设计台风追随自移动嵌套网格、考虑海洋飞沫作用改进MRF边界层参数化方案、设计垂直-倾斜对流参数化方案等对MM5 V3.7中尺度模式进行改进,以NCEP逐日再分析资料为初始场,对2005年第5号热带气旋"海棠"进行了数值模拟试验。结果表明:通过设计自移动嵌套网格解决了热带气旋业务数值预报模式中细网格区域大小和位置难于确定问题,通过提高模式分辨率能大幅增强数值模式对热带气旋强度的预报能力;考虑海洋飞沫作用后,热带气旋范围内低层热通量明显增强,从而使模式大气低层增温和增湿明显,有利热带气旋内对流发生发展;考虑倾斜对流不稳定作用后,使倾斜对流有效位能得到释放,进一步提高了模式对热带气旋内部物理过程的描述能力。通过改进MM5模式,有效提高了热带气旋强度的数值模拟能力。     

暴雨模拟中积云对流参数化方案的对比试验

利用WRF中尺度数值预报模式,选用七种微物理方案及网格嵌套技术分别与Kain-Fritsch(new Eta)、Betts-Miller-Janjic、Grell-Devenyi（简称KF、BMJ、GD方案）三种积云对流参数方案匹配,对2007年6月1—2日湖南南部的暴雨过程进行了模拟试验。模拟结果表明：选用Lin等微物理方案和三种积云方案,采用20 km的格点分辨率,基本上可以模拟这场暴雨的范围,且采用网格嵌套技术的模拟结果优于未采用嵌套的模拟结果;其中KF方案模拟的强降水位置、强度与实况比较接近;BMJ方案模拟的强降水范围偏大、强度偏强,位置偏南,上述两种方案都不同程度地存在着虚假的暴雨中心;GD方案模拟的强降水范围、强度均偏小。     

WRF模式对青藏高原南坡夏季降水的模拟分析

利用中尺度数值模式WRF研究积云对流参数化方案、网格嵌套技术和模式分辨率对陡峭的青藏高原南坡夏季降水模拟的影响。对2006年7月青藏高原南坡地区降水的模拟分析表明:降水对积云对流参数化方案的选择很敏感,不同方案模拟的结果差异显著,采用Grell-Devenyi质量通量方案时的模拟效果优于其他方案。在此基础上,通过5种试验方案比较发现,使用积云对流参数化方案、提高模式分辨率和应用网格嵌套技术能改善降水强度和空间分布的模拟,组合使用时模拟的降水与观测资料更接近。它们均能改进风场,使得水汽的输送和辐合过程的模拟更加准确;还能影响大气的垂直加热状态,导致不同的对流发生,使垂直速度的分布趋于合理。未使用积云对流参数化方案时,大气湿度偏小,而模式分辨率和网格嵌套技术对大气湿度的影响不大。      

一种渐变网格方案及其与嵌套网格方案的比较

本文给出了一种渐变网格及其相应的数值积分方案，并利用线性平流方程，分别采用该渐变网格、不等距网格和3种嵌套网格共5种方案进行数值试验。结果表明，在套网格方案中，采用精度较高且截断误差相近的不同格式进行嵌套计算误差较小；而变网格(包括渐变网格和不等距网格)方案既能简化积分过程，又能避免反射波，从而明显地提高了计算精度。     

"987”突发大暴雨及中尺度低涡结构的分析和数值模拟

1998年7月20～23日(简称"987”),发生在鄂东和鄂西南地区的突发性特大暴雨过程在长江流域是罕见的.该过程与500hPa短波槽和700hPa低涡切变线以及沿切变线相继生成和强烈发展的β中尺度对流系统密切相关.对该过程采用非静力MM5的二重网格双向嵌套进行了全物理过程的数值模拟,其中,可分辨尺度降水采用Reisner混合相微物理显式方案,次网格尺度降水采用Grell积云参数化方案.双向嵌套的细网格模拟结果揭示,武汉周边地区的特大暴雨与700hPa上一个β中尺度低涡的生成和强烈发展直接关联.该低涡具有明显的动力-热力结构特征:特强上升运动与饱和气柱互耦,超强散度柱与强涡柱耦合发展,湿静力不稳定与湿对称不稳定共存,深对流湿气柱内云团发展的微物理场结构比较典型.细网格域内前36h的降水分布和雨强与观测的大体相应,扩展域细网格的降水模拟明显改进了原细网格的模拟,特别是雨带.这一结果还表明,对持续时间较长的大暴雨,大尺度过程对中尺度系统的影响是重要的.     

有限区域模式的非均匀网格应用研究

用有限区域模式进行试验研究，对比了嵌套网格与非均匀网格的优劣，指同非均匀网格具有明显的优点，提供了一种把均匀网格变换成非均匀网格的简单易行方法，并以ＭＭ２模式为实例进行了变换及数值模拟，其结果是令人满意的，该方案可以推广到全球模式中去。     

“96·8”特大暴雨和中尺度系统发展结构的非静力数值模拟

1996年 8月 3～ 5日 (“96· 8”) ,中国河南、山西、河北等省发生了一次特大暴雨过程 ,造成了严重洪涝灾害。文中的天气分析指出 ,稳定的大型鞍形场和北移台风 (登陆后减弱为低压 )与其东侧副热带高压的相互作用是“96· 8”特大暴雨发生的大、中尺度环流条件 ;而中尺度低压及其特有的动力热力结构与该暴雨过程直接相关。对该过程采用非静力中尺度数值模式 (MM5)进行了数值模拟研究。模拟结果分析发现 ,非静力 (MM5)的全物理过程模拟基本上可再现大尺度和中 -α尺度天气系统的发生、发展和演变。采用二重网格双向嵌套技术的细网格模拟结果揭示 ,低压的动力场和热力场之间具有一种强耦合机制 ,即发展的低压具有气旋性涡柱的暖心高湿结构 ,在涡柱低空是湿对流不稳定和负湿位涡结构 ;强垂直上升运动与高空强辐散和低空强辐合以及对流云团的发展互耦 ;与低压相伴的强南风急流不仅是低压和对流云团发展与维持的互伴互耦条件 ,而且也是“96· 8”特大暴雨的水汽源和热能输送带。降水模拟结果分析表明 ,尽管某些降水中心对粗网格偏小 ,对细网格偏大 ,但雨带和雨强分布与观测结果基本一致。     

基于WRF模式对青藏高原一次强降水的模拟

为了了解新一代中尺度数值预报模式WRF中各参数化方案组合、嵌套技术的使用对青藏高原降水模拟结果的影响,利用WRF模式对2004年10月5—6日青藏高原一次强降水过程进行了模拟试验;对各微物理方案和积云参数化方案组合进行了模拟和对比评分,对嵌套技术的使用进行了对比分析,主要分析了不同行星边界层方案选择对降水模拟的影响。结果表明,WRF模式基本能够重建此次强降水过程的中心、强度及降水范围,Eta-Ferrier云微物理方案和Betts-Miller-Janjic积云参数化方案的组合在此次模拟降水过程中是最优的,采用嵌套技术的模拟结果要优于不采用嵌套技术的结果;行星边界层方案的合理选择能够明显提高降水模拟的效果。     

中尺度模式中不同对流参数化方案的比较试验

MM5模式中有多种积云参数化方案可供选择,粗细网格采用不同的积云参数化方案对降水预报有一定的影响。采用常用的四种积云参数化方案,粗细网格进行不同配置,对辽东半岛大暴雨过程进行试验发现：细网格信息可以通过嵌套边界向外层传递,影响外层预报结果。细网格选取GR方案比选取AK、BM、KF方案模拟效果好很多;细网格参数化方案不变,粗网格取不同的参数化方案,对细网格的模拟结果差别不大。但选取一个好的参数化方案对细网格的模拟结果会稍有改进。     

双重套网格数值模式对一次暴雨系统模拟的比较试验

本文以自嵌套方式，将一个有限区域暴雨数值模式编制成单向和双向的套网格模式，同时又将这两个套网格模式分别与Ｔ４２Ｌ９模式进行了单向嵌套。形成了单向，双向两个双重套网格模式。运用这两个模式对１９９１年７月江淮流域的一次特大暴雨过程进行了数值试验。     

自适应网格技术在MM5中的应用研究

结合一次暴雨过程，将自适应网格技术应用于中尺度模式MM5中进行数值试验，同时对比自适应网格方案和固定网格方案的优劣，对模拟结果作了诊断分析。结果表明：对于此次降水过程，自适应网格模拟的效果取决于一些参数的选择。     

台风路径预报套网格模式的试验

为了提高差分模式的分辨率,以改进台风路径预报。本文提出了原始方程模式的两种嵌套网格方案。试验表明,所提异模式嵌套网格交界域变量的衔接、协调处理是有效的;以轴对称正态分布模拟台风环流对于合风路径数值预报是适宜的。个例计算及1980年试用结果表明,套网格方案对路径预报有不同程度改进。     

中尺度模式中各种湿物理过程的数值模拟

利用PSU／NCAR的MM5对1999年6月下旬发生在江淮流域的梅雨锋暴雨进行数值模拟试验，研究MM5中不同湿物理过程中对MM5模拟梅雨锋暴雨的影响。试验结果显示：中尺度模式MM5能一定程度再现一些观测的中尺度特征，对流参数化方案对网格格距的大小比较敏感；显式云物理方案考虑冰相后可明显改善模式对暴雨的模拟能力，尤其是采用Reisner包含霰的混合相双变参数谱方案的双重嵌套网格对降水量的模拟取得较好的效果。     

区域模式双向嵌套技术的理想试验分析

利用线性浅水波方程进行嵌套试验,对比分析了单、双向嵌套在不同边界条件下对虚假计算反射波的抑制作用,以及多重嵌套后各嵌套区域之间相互影响等问题。结果发现,双向嵌套在抑制虚假计算反射波方面要优越于单向嵌套,虽然对于短波双向嵌套表现较差,但可使用滤波海绵边界条件加以克服。由于采用双向嵌套,嵌套的子区域内产生的虚假计算反射波会同时被反馈到其母区域中而扭曲了粗网格的波动,因此在使用双向嵌套时需要很好的控制虚假计算反射波。最后通过个例模拟,对比了单向嵌套与双向嵌套的模拟结果,验证了双向嵌套的优点。