Comparative Studies of Different Mesoscale Convection Parameterization Schemes in the Simulation of Mei-Yu Front Heavy Rain

The mei-yu front heavy rainstorms occurred over Nanjing on 3 5 and 8 9 July 2003 and were simulated in this paper using the Weather Research and Forecasting Model (WRFv3.1) with various mesoscale convection parameterization schemes (MCPSs). The simulations show that the temporal and spatial evolution and distribution of rainstorms can be modeled; however, there was incongruity between the comparative simulations of four different MCPSs and the observed data. These disparities were exhibited in the simulations of both the 24-hour surface rainfall total and the hourly precipitation rate. Further analysis revealed that the discrepancies of vertical velocity and the convective vorticity vector (CVV) between the four simulations were attributed to the deviation of rainfall values. In addition, the simulations show that the mid-scale convection, particularly the mesoscale convection system (MCS) formation, can be well simulated with the proper mesoscale convection parameterization schemes and may be a crucial factor of the mei-yu front heavy rainstorm. These results suggest that, in an effort to enhance simulation and prediction of heavy rainfall and rainstorms, subsequent studies should focus on the development and improvement of MCPS.     

T213L31全球模式云和对流参数化方案改进试验

针对中国业务中期数值预报模式T213对中雨量级以上的降水预报空报比较明显的问题,文中对此模式预报的降水进行了诊断分析。发现T213模式预报的总降水分布主要是由可分辨尺度降水决定的,且在降水偏多最明显的地区,可分辨尺度的降水即超过或达到了观测的总降水,表明降水空报的主要原因在于可分辨尺度降水偏多。可分辨尺度降水偏多的可能原因有：土壤湿度初始化、云变量的初始化和直接产生降水的云与对流参数化方案存在一定的缺陷。鉴于前两者是目前国际上的难点,文中针对第3个方面的可能原因进行了分析和相应的改进。包括在对流方案之前增加一次云方案的调用;对流参数化方案的闭合由“动力型”改为对流有效位能调整闭合;更复杂的对流触发机制;改进冰沉降和降水通量计算。改进的主要目的是使对流参数化方案更活跃,从而减少格点尺度对流的发生。采用改进的方案,进行了敏感性试验和2005年夏季的连续滚动同化预报试验,并与中国区域400个标准站的降水观测和GPCP的全球降水观测进行了比较。结果表明,改进的方案无论是对中国区域还是全球夏季平均的降水分布预报都好于业务,但四川省和赤道东太平洋降水偏多的问题依然存在。中国区域的降水统计检验还表明,除小雨外,其他量级在大部分时效上降水的TS评分增加,预报偏差降低。     

湿热力平流参数在一次华北暴雨模拟诊断中的应用研究

对2011年7月24~25日发生在华北地区的一次暴雨过程进行了分析,并以NCEP资料为初值场对此次暴雨过程进行了数值模拟,结合实况对模拟结果进行对比分析。分析表明:模式对本次华北暴雨的模拟比较成功,基本反映出了本次暴雨过程的降水分布特点。利用湿热力平流参数对本次华北地区的降水落区进行了诊断分析。分析指出,湿热力平流参数纬向平均的垂直剖面图上,湿热力平流参数的高值区及大值中心与地面的强降水雨区对应得较好,其梯度大小及向上延伸高度均可以定性地指示降水的强弱;垂直积分的湿热力平流参数与地面6 h强降水落区具有较好的对应关系,而在示踪弱降水区时效果并不是很好,其大值中心并不与强降水中心完全重叠,而是其梯度大值区与降水中心相对应;垂直积分的湿热力平流参数与6 h累积地面降水的空间分布特征和时间演变趋势比较相似,并且其变化趋势能反映降水的发展和消弱。     

不同对流参数化方案和初值场组合对四川两次暴雨影响的数值模拟

针对2004年9月2~6日四川盆地东北部一次持续性暴雨过程和2004年6月30日成都地区暴雨过程,利用MM5中尺度数值模式,进行了Grell、Kuo、KF及BM四种积云对流参数化方案与T213模式分析值及NCEP再分析值两种初始值组合的数值试验,分析了不同积云方案和初值组合的模拟性能。比较结果表明,MM5模式较好地再现了这两次强降水过程。在同一模式中,不同对流参数化方案和不同初值组合在降水落区和强度模拟上存在一定程度的差异。初步模拟表明NCEP资料模拟的降水强度较T213资料模拟的降水强度偏弱,但降水落区较T213资料模拟的更接近实况,T213资料模拟的降水空报现象较严重。以T213资料模拟得到的高度、温度场都较NCEP资料更有利于影响系统的加强,模拟的湿度场、散度场和垂直运动场都较NCEP资料更有利于强降水的发生。相对而言,NCEP资料模拟结果更接近实况,Kuo和Grell方案对初值表现出更为敏感。     

伊宁地区大雾的时空分布特征

通过对1994-2006年13a伊宁地区气象资料的分析,对伊宁地区大雾的气候学、天气学特征进行了统计;阐述了辐射雾、平流雾两种主要类型的雾的特点;同时,从天气学角度出发,对辐射雾的气象要素特征和平流雾形成的高低空环流形势进行了总结描述;结果表明：伊宁地区为雾多发地区,雾的年、季、月、日变化特征明显,影响飞行的辐射雾与平流雾出现概率相当,总结出了产生雾的几种典型天气形势,为预报员及时准确预报大雾提供参考,同时指出地形对雾的出现及范围有一定的影响。     

一次区域性暴雪天气过程的诊断分析

利用Micaps常规天气资料和NCEP 1°×1° 6h再分析资料．采用天气学诊断方法．对2006年2月27日十堰市出现的一次区域性暴雪天气过程的环流特征和物理量场特征进行了分析。结果表明,此次区域性暴雪天气过程是在比较有利的天气背景条件下发生的,高空东移小槽、中低层切变线和地面冷锋是其主要的影响系统;中低层较强的暖湿气流（暖平流）沿低层冷空气垫爬升是产生强降雪的动力条件;强烈的水汽辐合为暴雪的产生提供了充足的水汽,暴雪区位于近似西南-东北向水汽通量轴线的左侧。     

2008年初贵州低温雨雪凝冻灾害天气成因分析

利用NECP 2.5°×2.5°的日平均再分析资料和常规观测资料,对2008年1月12日-2月13日期间贵州省历史罕见的持续低温雨雪凝冻天气过程的环流特征及物理量进行了分析,并对中东部凝冻严重的前期和西部凝冻严重的后期做了对比.揭示了此次灾害天气的几个主要天气特征:(1)地面静止锋的位置关系着我省低温雨雪凝冻灾害的区域.(2)500 hPa环流前期和后期影响系统明显不同.过程期间欧亚大陆500 hPa高度场距平呈"北高南低"分布,亚洲区极涡南掉,面积偏大.(3)过程前期850 hPa冷舌明显,等温线密集;后期700 hPa 温降低,有冷舌活动,850 hPa冷舌明显减弱,低温维持.中东部和西部地区冷暖平流垂直方向上的配制不同.强盛的700 hPa暖湿气流是此次过程的主要水汽来源.     

2007年云南7次强降水过程的分析研究

应用实测气象资料,结合卫星云图与多普勒雷达图像分析,对2007年7月19日到8月2日云南少有的7次强降水过程进行综合分析,结果表明:高低空的西南急流是重要的影响系统,西南急流的维持为持续性强降水过程提供了水汽、动量和不稳定能量的快速传递,高原切变线与西南急流的有利配置,是7次持续性强降水过程必不可少的条件;持续性强降水出现在500hPa水汽通量大值区和水汽通量散度辐合区;卫星云图上切变云带和副高外围云带在云南汇合,切变云带和副高外围云带维持、加强的过程与强降水落区的时空分布对应较好.多普勒速度图上零速度线长时间维持"S"型,风随高度顺时针旋转,说明高层有持续的暖平流.高低层不同性质的气流配合,有利于强降水产生.     

Integration schemes with substepping algorithms for creep analysis in geomaterials

This paper describes a robust and efficient methodology for predicting displacements, deformations, and stresses in geomaterials that are susceptible to creep. The methodology is based on two integration schemes, which consider substepping algorithms. The first scheme is used for integrating space-time relations in a global sense, whereas the second scheme is used for integrating stress-stain relations in a local sense. Different from previous studies, both integration schemes are easy to implement and general in the sense that they can be applied to any type of creep law. Through an in-house finite element simulator, several numerical tests are performed. They include triaxial and wellbore closure analyses considering soft soils and salt rocks. The results show that the combination of both schemes leads to stable and accurate solutions with reduced computational time.     

Response to the paper by H. Zia,B. Lecampion “Explicit versus implicit front advancing schemes for the simulation of hydraulic fracture growth” (Int. J. Numer. Anal. Methods Geomech., 2019, 43 (6), 1300–1315)

The response presents three comments, which (i) explain theoretical background for the success of the explicit front advancing scheme by Zia and Lecampion (comment 1), (ii) suggest possible extensions (comment 2), and (iii) pay attention on expected limitations of the scheme to be checked by the authors in numerical experiments (comment 3). The response does not intend to present novel results: it is entirely based on known results published in the references cited.