A climatology of mesoscale model simulated low-level wind jets over Cook Inlet and Shelikof Strait, Alaska

Weather in the North Gulf of Alaska is characterized by a high frequency of deep synoptic-scale low-pressure systems, especially during the cold season. The strong pressure gradients of these storms interact with the extremely rugged terrain of the coastal mountains to produce a variety of channeled flows. These surface wind regimes are not well documented in the scientific community, due to the paucity of observations. Modeling of these phenomena in regions of complex terrain is of great interest to those working with hydrodynamic, wave, and pollutant transport models in coastal and shelf areas. Such models, when coupled with ocean and coastal-ecology counterparts, give a broad view of the role surface winds play in shaping local coastal marine ecosystem in this region. This paper presents a climatology of simulated low-level wind jets over the domain of Cook Inlet and Shelikof Strait along Alaska's south-central coast. Daily simulations using the RAMS model were conducted in a 36-h forecast mode for the cold-season period 10/1/03 to 3/31/04. Systematic analysis of the resulting simulated low-level wind field makes it possible to characterize these jets and gap flows in spatial and temporal detail. The comparison between the RAMS winds and the Synthetic Aperture Radar (SAR)-derived winds when available verifies the existence of these wind jets and the capability of the model to simulate these cases. Clearly, the results of a study in this region depend on the fidelity of the model at these scales (O[5 km]). The SAR comparisons attempt to help establish this. From the 6 months of simulations over Cook Inlet and Shelikof Strait, the low-level wind jets are classified into 10 different regimes by location and orientation. These regimes are categorized into four more general groups: cross-channel westerly, easterly, and up and down Inlet flows. The nature of a particular regime is largely a function of pressure gradient orientation and local topography. Jets in the same group have a similar occurrence distribution with time. Some form of jet occurred in the study region almost daily each month of the period, with December 2003 having the highest frequency of wind jets.     

基于RAMS/CFORS Ⅱ模式一次低空核试验放射性烟云扩散的数值模拟

采用RAMS／CFORS Ⅱ模式模拟了一次低空核试验烟云的传输和沉降过程。CFORS Ⅱ模式是在RAMS／CFORS模式的基础上开发的,可用于对核试验放射性烟云长距离输送和沉降过程的模拟研究。模拟表明：对流层中低层的低压槽系统对本次低空核试验烟云的水平传输和垂直扩散起着重要的影响作用;烟云的长距离传输速度呈现出随高度递减而减小的趋势,在6000m以上,烟云在爆后48h即东移入海,6000m以下,烟云在中国大陆的扩散和沉降维持了5d以上;爆后2天内以大粒子沉降为主,其后以小粒子沉降为主,小粒子的放射性远小于大粒子,在爆后第4天,放射性沉降就减小了3个量级,而小粒子的沉降范围是大粒子的5倍以上。通过模拟和观测对比表明,模拟结果基本符合实际烟云的传输和沉降态势。     

1999年欧洲圣诞节风暴数值模拟分析

对1999年圣诞期间发生在欧洲中西部的圣诞节风暴进行了分析,认为4个主要的低气压系统中的第二个给法国北部带来了强风暴雨,巴黎的Orly机场阵风速度〉47m／s;第四个低压系统沿法国西海岸产生相似的恶劣天气,并在西班牙的北部海岸及地中海沿岸国家造成了毁灭性的破坏。在法国中部风暴最剧烈的时候,最大阵风〉41m／s;在法国和德国之间的区域,达55m／s。圣诞节风暴造成欧洲国家大约140人死亡,其他损失包括树木、街道和房屋被毁,电力系统和电话中断时间长达数天,受影响的人数大约为1000万,财产损失大约为80亿美元。由于风暴的极端强度和快速发展速度,欧洲大多数国家的数值预报中心没有对这次剧烈天气提供足够的预警。为此,利用中尺度数值预报系统（RAMS）模拟圣诞节风暴,并与ECMWF分析资料以及实况观测资料进行了对比分析。结果表明,RAMS模式能够准确模拟风暴的主要特性、低气压的演变和位置移动、发展的关键时间点、风暴演化期间的平均风场;模拟的平均风场和气象观测网的观测结果相一致;模拟的风暴移动时间和主要新闻媒体的报道相吻合;模式计算的一些特定地区平均风速的时间趋势显示,在阿尔卑斯山脉地区,无论是上风区还是下风区,风暴的时间都被准确地预测;模拟的第一次风暴最低气压值较实际值偏低。     

卫星数据和地面观测结合的珠三角地区颗粒物质量浓度统计估算方法

利用卫星观测的气溶胶光学厚度资料和模式模拟数据,与地面颗粒物观测资料结合,探讨近地面颗粒物质量浓度的估算方法。具体包括：利用区域气侯模式RAMS（Regional Atmospheric Modeling System）模拟的边界层高度对气溶胶光学厚度进行垂直订正,获得近地面颗粒物消光系数;利用模式模拟的相对湿度和颗粒物吸湿增长经验模型对消光系数进行湿度订正,获得近地面颗粒物干消光系数;并基于干消光系数与颗粒物质量浓度地面站点资料建立的统计关系估算获得每个像元的颗粒物质量浓度。利用地面站点观测的颗粒物浓度资料验证表明,基于卫星资料可以获得近地面颗粒物质量浓度,而且细颗粒物质量浓度具有更好的估算精度。     

金塔绿洲主要特征量的数值模拟

 采用RAMS模式模拟了金塔绿洲非均匀地表的空气温度、湿度、风速、地表能量。结果表明,绿洲地表温度明显比周围戈壁和沙漠低,空气湿度明显比周围戈壁和沙漠大,近地层感热通量最大值约为戈壁和沙漠的1/3,近底层潜热通量比戈壁和沙漠大20倍左右。模拟结果与观测值的对比表明,RAMS对绿洲、戈壁和沙漠不同下垫面近地面温度、湿度、感热通量和潜热通量的模拟与实测基本一致。由于湍流的随机性,风速的模拟偏差比较大,这种偏差有一多半是由于非线性偏差造成的。     

RAMS模式在山谷城市模拟性能的检验

 利用2005年冬季兰州边界层试验的观测数据,分别从边界层结构、近地面温度和风速、地表通量等几个方面检验了RAMS在山谷城市的模拟性能。RAMS模式能很好地捕捉边界层结构特征,模拟的白天混合层高度和夜间稳定边界层高度和观测值非常一致。模式能较好地模拟近地面温度和地表通量的日变化特征。对模拟偏差进行统计分析,结果显示RAMS对近地面温度和风速的模拟结果是可以接受的:近地面温度的平均偏差为-1.73 ℃,RMSE为2.16 ℃,风速的平均偏差为0.35 m·s-1,RMSE和RMSVE分别为1.61 m·s-1和3.15 m·s-1。研究表明,RAMS适合作为研究兰州山谷城市大气边界层的工具。     

黑河地区绿洲一沙漠环流的数值模拟研究

地气相互作用现象的研究对预测未来气候变化意义重大。黑河地区绿洲和沙漠戈壁地表间水热特性的强烈差异所引发的绿洲—沙漠中尺度环流 ,能够影响该区绿洲生态系统的维持和发展。利用中尺度数值模式RAMS成功地再现了黑河地区绿洲—沙漠环流 ,同时对环流出现时温、湿场的模拟分析表明 ,绿洲—沙漠环流的发生和发展直接依赖于非均匀下垫面热力场的差异 ,白天发展强盛 ,夜间作用小。环流作用能够保证绿洲—沙漠系统的物质和能量平衡 ,对沙漠戈壁环境中绿洲的维持十分重要     

RAMS模式在金塔地区非均匀下垫面上的适用性研究

为检验RAMS模式在金塔地区的模拟性能, 首先选2005年7月2~3日金塔地区的一次晴好天气过程, 然后利用RAMS及MM5模式对该过程进行了48 h三重嵌套的数值模拟, 最后对金塔绿洲、 戈壁及沙漠点近地面各变量的模拟值及实测值进行了对比分析。结果表明： RAMS模式对绿洲、 戈壁和沙漠不同下垫面近地面温度的模拟表现良好, 基本模拟出了近地面相对湿度的日变化趋势, 较好地模拟出了绿洲\_沙漠环流引起的绿洲“冷岛效应”和临近绿洲的戈壁与沙漠上空的“逆湿”现象; RAMS模式对绿洲下垫面潜热通量的模拟比感热通量更接近实况, 而对戈壁和沙漠下垫面感热通量的模拟好于潜热通量, 三种下垫面上净辐射的模拟都与观测值较接近; 同MM5模式的模拟结果比较, RAMS模式对非均匀下垫面净辐射、 感热通量的数值模拟更优于MM5模式。这表明RAMS模式在金塔地区应用的可行性。     

黑河实验区非均匀地表能量通量的数值模拟

利用三维非静力RAMS模拟研究了黑河实验区非均匀地表能量通量，模拟结果表明：绿洲地表净辐射通量较沙漠戈壁大；绿洲及沙漠戈壁下垫面上的Bowen比分别为0．4和4．0；夜间绿洲上整晚维持蒸发，并有负感热通量。模拟结果与测站实测结果与卫星反演值的对比研究指出，RAMS对绿洲下垫面潜热通量的模拟和沙漠戈壁下垫面感热通量的模拟与实测值基本一致。卫星遥感反演及数值模拟方法对净辐射的估算与实测较吻合，绿洲地表感热通量的卫星反演值较数值模拟结果更接近于实际，但潜热通量的模拟值则较卫星估算值更接近于实际；沙漠戈壁地表则是感热通量的模拟值较卫星反演值更接近于实际。上述分析为今后结合卫星遥感改进RAMS陆面过程参数化，使使用于模拟研究干旱区非均匀下垫面地气相互作用提供了可靠依据。