一种实用的街区局地气象场计算方法

将计算流体力学(CFD)技术与中尺度数值天气模式预报结合,提出了一种实现米级分辨率的街区局地气象场的计算方法。介绍了该方法的基本原理、特点、实现条件和用途等,并用实例展示了其应用领域。     

复杂地形风场的精细数值模拟

风能是一种重要气候资源,随着我国风电规模的迅速增大,发展风能资源评估系统和风功率预测系统已成为一项重要的研究内容。国内外对复杂地形风场结构的数值模拟有大量研究,随着计算机能力增强,以往用于空气动力学精细流场计算的计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模式越来越多地在气象领域得到应用,人们开始研究用中尺度预报模式和CFD模式结合进行复杂地形风场的数值模拟。本文的耦合模式系统采用中尺度气象模式(WRF),通过嵌套网格到内层尺度(一般是几公里),然后通过耦合CFD模式Fluent软件获得高分辨率(水平30~100 m,垂直150 m高度以下10 m)的风速分布资料,得到精细化的风场信息。通过对鄱阳湖北部区域和云南杨梅山复杂地形的风场模拟,提供了风能评估和预报的一种可行的方法。     

区域气候模式在东亚地区的应用研究——垂直分辨率与侧边界对夏季季风降水影响研究

将美国国家大气研究中心（NCAR）的区域气候模式（RegCM2-1996）设置在东亚-西太平洋区域（简称东亚区域气候模式RegCM2/EA）。利用该模式研究东亚区域气候模式的几个重要问题，即：垂直分辨率的影响，侧边界条件（如嵌套技术、缓冲区宽度、不同资料）的重要性等。数值试验结果表明：细垂直分辨率模拟的降水分布优于粗分辨率模式，但容易引起“数值点暴雨”；RegCM2/EA与不同来源的大尺度侧边界嵌套，模拟的降水会有明显的不同；当用RegCM2/EA模拟较大区域时，应该取较宽的缓冲区；在各种嵌套方案中，指数松弛嵌套方法最好。这些结果为进一步探讨东亚区域气候模式的特点以及发展与改造区域气候模式提供一定的依据。研究结果还需要用更多的数值试验来验证。     

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。     

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。      

几个常用气象要素相关场显著性检验的统计模拟

对天气预报,特别是气候分析和预测中经常用到的几个气象要素场,应用相关场显著性检验的统计模拟方法,计算出了某一单点或区域平均气象要素与全球ＯＬＲ,北太平洋ＳＳＴ和北半球５００ｈＰａ高度的相关场的显著性检验判据。并对气象统计预报中相关场显著性检验的问题进行了讨论。     

RegCM3对中国区域气候模拟的敏感性试验

为使区域气候模式RegCM3在中国区域气候的模拟中取得更好的模拟效果,针对RegCM3进行了初始场、模式水平分辨率、侧边界方案及积云对流方案的敏感性试验.结果表明:①从冬季开始的积分,模拟结果对初始场的依赖性较小;②模式水平分辨率的提高不一定会带来模拟效果的显著改善,高分辨率的嵌套模拟会对模拟效果有一定程度的改善;③选...     

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。     

公路和城市街渠机动车大气污染物扩散模式发展综述

随着城市机动车数量的增加，机动车尾气污染已经成为城市污染物的重要来源。研究机动车尾气扩散规律，可为公路建设，车流量控制，街道大气污染的监测、评价与防治提供科学依据。对公路机动车污染物扩散模型的发展进行了回顾，详细论述了高斯模式、数值模式、统计模式等模式的发展历程及其目前存在的问题，并比较了几种典型模式的性能优劣及其各种条件下的适用性。随后对城市街渠峡谷机动车污染物扩散模型进行专述，指出了街渠峡谷模式研究的难点在于街渠流场模拟，介绍了国外最新街渠流场研究方法。最后提出了当前机动车大气污染物扩散模型存在的主要困难，展望了其解决途径和发展的方向。     

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。     

A numerical simulation scheme for the albedo of city street canyons

A numerical scheme is described for the calculation of effective albedo values of long city street canyons. The method is based on a generalization of the radiation model for inclined surfaces recently presented by Brühl and Zdunkowski (1983). Calculated albedo values are compared with Aida's (1982) experimentally determined results. It is found that experiment and theory are in reasonable and in some cases in excellent agreement. Additional results obtained by varying the geometry of the street canyon as well as the surface reflectivities are shown to demonstrate the versatility of the calculation scheme.     

The use of a meso-gamma scale model for evaluation of pollution concentration over an industrial region in Israel (Hadera)

A model was developed for pollutant dispersion from a point source simulating the Hadera (Israel) power plant stack. The model is based on the NCAR mesoscale meteorological MM4 model that provides the wind fields and coefficients of turbulent diffusion. The model was implemented using an implicit numerical scheme with changing directions. A comparison between the model calculations and an analytical solution for the advection-diffusion equation shows good agreement. Relatively low numerical diffusion of the adopted advection scheme was noted. Results for the hilly region of central Israel are presented for a summer case.     

复杂地形城市冬季边界层对气溶胶辐射效应的响应

作者着眼于城市气溶胶辐射效应与大气边界层的相互作用问题,针对地形复杂的兰州市及周边地区,开发应用了WRF(Weather Research and Forecasting,天气研究和预报)模式,使之与包含了大气气溶胶辐射效应和气溶胶粒子扩散的综合大气边界层数值模式嵌套起来.通过个例分析,揭示了冬季气溶胶辐射效应对边界层结构的定量影响.主要特征为夜间气溶胶的长波辐射效应使地面附近的气温增高,增温幅度为0.1～0.3 K/h,使低空(25～300 m)大气层冷却,降温幅度为0.08～0.15 K/h,风速在150 m以下减小;白天气溶胶的短波辐射效应使地面层内明显增温,1 h内升温约0.5 K,增温最大值在混合层顶500～600 m高度.受增温影响,垂直风场和水平风场随之调整,风速在450 m以下增大约0.1 m/s左右,而在450 m以上风速减小0.1 m/s左右.     

应用于双向套网格模式的一种变格距差分解法

本文提出了一种用于双向套网格模式的变格距差分计算方案。该方案在不同格距的网格区采用不同精度的差分格式，它自然地连接粗细网格，避免了一般套网格方案在粗细网格相重合点上进行的重复计算。用解析法和数值试验证明了:它与其它一些变格距差分格式相比，对短波的穿透能力有明显改进，虚假的反射也较小。应用该方案建立了正压原始方程双向套网格模式，并采用空间分解和时间分解计算方法。这不仅使二维问题转化为二个一维问题，而且二维套网格也可简化为一维均匀网格和一维套网格两部分，从而使计算和程序简化。用理想场为初值所做的一系列数值试验表明，该模式中的波可以自由进出粗细网格区，计算稳定。最后，还用该模式做了台风路径预报试验，给出了一些试验结果。     

PRELIMINARY STUDY OF BAROTROPIC STOCHASTIC DIFFERENCE MODEL APPLIED TO WEATHER PREDICTION

In order to consider both the deterministic and the stochastic property of atmospheric motion simul-taneously,in this paper,the weather prediction is proposed as the problem of the evolution of meteorologicalfield.The historical viewpoint of atmospheric motion is emphasized here.Based on time series analysis te-chnique,a stochastic-dynamical model with multiple initial fields is derived.Thus,weather forecasting is sum-meal up as a problem of solving a set of stochastic difference equations.For the barotropic atmosphere,thenumerical solutions of the equations are obtained by using the method of empirical orthogonal functions(EOF),and examples of medium-range weather prediction are given here.Meanwhile,selecting the order oftime series,i.e.,determining the number of initial fields properly,is also discussed.     

下一代大气模式中的数值方法综述

数值预报是逐日天气预报、气候预测和气象防灾减灾的核心科技支撑。为进一步提高预报预测的准确度和延长预见期,甚高分辨率、多圈层耦合、多尺度嵌套、多尺度集合、数值地球系统模拟技术等是下一代数值预报的重要发展方向。异构众核高性能计算机和E级计算的高速发展为这一发展提供了契机,但也对现有业务数值预报中采用的数值方法提出了挑战。此文仅对国内外下一代大气模式涉及到的数值方法进行综述,着重于数值算法、准均匀球面网格和时间积分方案等3个方面,期望为相关研究者提供参考。     

列序分析在大气环境污染分析中的应用

提出了不同于计算相关系数的列序分析的方法,思路来源于变量序列间的几何形状接近程度,几何形状接近的序列,度量其靠近程度的指数应大,反之就小.将靠近程度大小按序排列,就得到变量序列间的联系程度的名次.从实用出发,针对不同性质的数据,提出了4种列序度计算方案.选取了计算加权平方距离的方案对大气污染及其有关的气象要素数据进行了实例计算.通过计算列序度并与相关系数对照,可以更可靠地来使用某个气象要素制作预报,另外,从数学上证明列序分析与绝对值关联度、欧氏距离间的关系,由此论证了列序分析的数学根基.数学推导和数值计算都证实了列序分析的可用性,尤其在量测为小样本的情况下更有使用价值.     

异模式嵌套作中期数值预报的试验

利用一个全球谱模式和一个有限区域细网格模式，作了异模式嵌套的初步试验。对异模式嵌套的方案流程，细网格模式边界值晚新的时间间隔及细网格模式的起步时间作了初步研究，发现无论采用物理量本身还是其倾向值作衔接，效果均不错，边界值更值的时间间隔既不宜太长，也不宜太短，粗细网格同时起步或用粗网格模式１２小时的预报场作为细网格模式匠初始场，两者预报的结果基本一致。