复杂地形下黑河流域的太阳辐射计算

基于数字高程模型(DEM)数据,在充分考虑了地形因子对太阳直接辐射和散射辐射的影响后,实际计算了起伏地形下黑河流域的太阳辐射。在忽略地表和大气之间的多次反射后,地表太阳总辐射计为三项:按起伏坡面上实际入射角考虑的太阳直接辐射、经过下垫面天空视角因子订正的坡面天空散射辐射和考虑周围地形反射效应的附加辐射。计算结果表明:局地地形起伏对太阳直接辐射、总辐射空间分布的影响非常强烈,使得复杂地形下不同坡向间总辐射和直接辐射平均计算差额十分显著,且太阳天顶角从较小增大至中等大小时,这两种平均计算差额均加大一倍多;在较小和中等大小太阳天顶角下,不同坡向间总辐射平均计算差额,均较相同条件下直接辐射平均计算差额为小,这是因为总辐射还包括了天空漫射和邻近地形反射辐射因子,这两个因子和坡面上太阳入射方位的变化共同影响地表入射太阳辐射;起伏地形主要使得太阳辐射在局地区域内背阴、向阳坡向间发生显著的重新分配。因此,在复杂地形地区进行太阳辐射计算时必须考虑地形的影响。     

逐层平滑地形的平缓地形追随坐标在高分辨率GRAPES模式中的应用研究

高分辨率GRAPES模式如3?km模式对地形的识别程度更高,模式中各高度坐标面可识别的地形坡度也更大,地形作用带来的气压梯度力计算误差和平流输送误差更突出.平缓地形追随坐标可以通过多种方式衰减坐标面上的地形影响进而减小这些计算误差.选择一种逐层平滑地形的平缓地形追随坐标,基于GRAPES-3km模式进行理想试验和批量模...     

中尺度模式中p-面与σ-面扩散差异的数值分析

对常用的四阶线性水平扩散的两种方案进行了量纲分析和简化，并用有地形中尺度模式对两种方案做了详细的对比数值试验和分析。一种方案是在σ－面上计算水平扩散（以下简称为方案Ａ），另一种方案是通过坐标变换使扩散在准ｐ－面上进行（以下称为方案Ｂ）。试验结果表明，在地形平缓区域，两种方案的预报差异较小，而在陡峭地形附近，则预报差异很大，两方案的２４小时降水预报差异可达５０ｍｍ以上。原因是方案Ａ中出现了温度和湿度     

一种改进的平缓-混合地形追随坐标在GRAPES中尺度模式中的应用研究

平缓-混合地形追随坐标（T-F坐标）可以减小坐标面上的地形影响带来的各种计算误差。以余弦三角函数为基函数的平缓-混合坐标（COS坐标）高层坐标面水平,计算误差较小,但是低层坐标面之间的厚度较薄,增大了计算误差,给模式稳定性及模拟效果带来较大的影响。设计一种改进的COS坐标,使低层坐标面垂直分布更加均匀,应用于GRAPES-Meso模式进行理想试验和实际模拟试验。结果表明,改进的COS坐标相对COS坐标,中高层计算误差相当,低层地形作用衰减的垂直变化更加均匀,减小了计算误差,提高了计算稳定性;地形重力波试验结果显示,改进的COS坐标重力波破碎相对COS坐标有一定缓解,更接近解析值;批量模拟试验结果显示,改进的COS坐标各个层次上的月平均模拟偏差比单尺度双曲函数平缓-混合坐标（简称SLEVE1坐标）更小,均方根误差减小,距平相关系数增大。改进的COS坐标有效地解决了COS坐标的计算问题,提高了模式预报效果。      

天津市郊大气边界层湍谱特征分析

用１９９０年７月在天津市郊的观测资料，计算了风速谱、温度谱及动量和热量通量的协谱。结果表明，市郊下垫面上的大气湍流谱特征与平坦地形上得到的典型结果基本一致，但满足各向同性的湍流尺度似乎比在平坦地形上的略大，谱的峰值频率区域略窄，谱的低频区（含能区）特征与平坦地形上的情况也不同。     

大气边界层中散度、涡度、铅直速度的计算

前几讲介绍的散度、涡度、铅直速度、水汽通量散度的计算,都没有考虑地形起伏和摩擦作用。很显然,这与实际情况有出入。本文介绍作上述物理量时,怎样考虑地形和摩擦等。 一、地面附近散度、涡度、水汽通量散度的计算 当地面各测站拔海高度差别较大时,则不能用第一讲中介绍的公式求散度,而应加上地形坡度的影响。这是因为辐散、辐合现象是对同一个水平面上的风场     

台风“利奇马”引导气流的计算方法研究

为了更准确计算台风的引导气流,基于相关系数计算方法,评估了各层环境风与台风移动速度的相关性。结果表明,剔除相关性差的低层环境风后,计算得到的引导气流与台风移动的一致性有所提高;引导气流分量的峰值谷值在时间上滞后于台风的峰谷值;低层风之所以与台风相关性差或与低空急流和地形的干扰有关。针对性调整引导气流计算方法,有助于提高引导气流与台风移动速度的相关性。     

水平气压梯力差分格式误差的定量分析

通过分析发现地形坐标系中系气压梯度力差分格式的计算误差应分为二类，其中，第二类误差在水平坐标面倾斜时出现。这种误差可理解为将水平坐标面上的气压插回到等高面上的插值误差。构造气压梯度力差分格式的目的正是为了减小这种第二类误差，而不是其他误差。误差分析表明静力扣除法和Ｃｏｒｂｙ格式的第二类误差都很小，比一般方法的误差小约一个量级。     

一个有大地形影响的初始方程数值予报模式

大地形对大尺度大气运动的动力和热力作用早已为人们所注意。尤其是青藏高原,国内外气象工作者对它的研究工作越来越多。至于对大地形附近的局地天气系统的模拟和予报,则更有必要考虑地形的作用。 目前,国内外大多数模式在解决地形问题时,都采用了σ座标系,因为这样一来,地形面就成为一个座标面,计算很方便。但是,根据一般坐标变换的原理,气压梯度力项变成两大项的余差,在差分计算时,尤其在地形的陡坡附近会出现很大的误差。因此,不得不     

有地形模式中气压梯度力误差扣除法

：在现有有地形的数值模式中，陡峭地形区气压梯度力的计算存在一个普遍问题，即计算精度较高的格式比较繁琐而费时，简单省时的格式又不精确和不稳定。为解决这个问题，作者等在最近提出了一种方法，称为气压梯度力的误差扣除法。该方法假定：气压梯度力的计算误差主要来自地形而与气压形势关系较小。用理想场对该方法进行检验后表明，这一方法是成功的。本文则用气候模式对作者提出的有地形数值模式中气压梯度力的误差扣除法进行了模拟检验。所用模式是作者等使用多年的Ｐ－混合坐标系５层模式，选用了四种气压梯度力的计算格式，即ＤＤＤ格式、Ｃｏｒｂｙ格式、平均温度格式和经典中央差格式。比较了这四种格式在有无误差扣除时的模拟结果，发现：对于计算精度较高的格式，如ＤＤＤ格式、Ｃｏｒｂｙ格式及平均温度格式，有无误差扣除的结果相差不大，但误差扣除法仍可在一定程度上改善模拟效果。对于计算精度差的格式，如经典中央差格式，在无误差扣除时计算不稳定，得不到模拟结果，进行误差扣除后，从根本上提高了其计算精度，因而也提高了计算的稳定性，达到了较满意的模拟效果。而且与其它格式的模拟结果相当接近。本文提出的误差扣除法可同时用于格点模式和谱模式。     

IMPROVEMENT ON COMPUTING THE HORIZONTAL PRESSURE GRADIENT FORCE IN THE REGCM2*

The technique on computing the horizontal pressure gradient force(PGF)in RegCM2 is improved with the error subtraction method.Moreover,the regional climate in June of 1991 in China is simulated by employing the RegCM2.Comparison with other schemes for computing the PGF shows that the error subtraction method can effectively reduce the error of the PGF,improve the simulation of winds and alleviate the spurious precipitation in steep topographic areas.Furthermore,the simulation of precipitation in other areas is in better accordance with the observation.     

IMPROVEMENT ON COMPUTING THE HORIZONTAL PRESSURE GRADIENT FORCE IN THE REGCM2

The technique on computing the horizontal pressure gradient force(PGF)in RegCM2 isimproved with the error subtraction method.Moreover,the regional climate in June of 1991 inChina is simulated by employing the RegCM2.Comparison with other schemes for computing thePGF shows that the error subtraction method can effectively reduce the error of the PGF,improvethe simulation of winds and alleviate the spurious precipitation in steep topographic areas.Furthermore,the simulation of precipitation in other areas is in better accordance with theobservation.     

重庆风暴尺度集合预报系统降水预报性能分析

基于在重庆市气象局业务运行的对流可分辨尺度（3 km）集合预报系统,在已有初值扰动、模式物理过程扰动和侧边界扰动的基础上,对不同集合成员采用不同地形插值方案和地形平滑方案实现对模式静态地形高度的扰动,体现数值模式中地形转换过程的不确定性,开展集合预报批量平行试验。结果表明：（1）实现对模式静态地形高度的扰动后,各集合成员地形高度的离散度与实际地形的起伏程度对应关系较好,两者空间分布特征非常相似,地形较平坦的平原地区离散度较小,而地形较复杂的高原地区或山区离散度较大;（2）加入模式地形扰动方案后,集合扰动能量总体上有所增大,且低层比中、高层更明显,能量增幅在较短预报时效（12 h）内最显著,随着预报时效延长呈逐渐减小趋势,且能量增幅大值中心主要出现在地形较复杂、集合成员地形高度离散度较大地区;（3）模式地形扰动方案一定程度上能提高降水概率预报技巧及改进集合平均降水预报,在对高空要素和2 m温度、10 m风场等近地面要素的集合平均均方根误差和集合离散度无负面影响的前提下,能一定程度上优化集合分布。

     

MM4模式积云参数化方案的改进和检验Ⅱ：改进模式的检验试验

为了检验用Fritsch-Chappell积云参数化方案改进的MM4模式^[1]对梅雨锋暴雨系统的模拟能力，初步确定该模型的稳定性，可靠性，用不同的侧边界条件，地形条件，行星边界层参数化方法进行了模拟试验，并将模拟结果与采用Kuo-Anthes积云参数化方案的模式模拟结果分别进行了比较，结果表明，改进模式对高度场和降水的预报均有改善，并能预报出一些细致特征，此外，改进模式对侧边界条件和地形极为敏感，而对行星边界层参数化方法的敏感性较弱，因此在模式侧边界条件选取和地形处理方面应十分谨慎。     

误差扣除法在云南中尺度数值模式中对气压梯度力的计算试验

使用云南中尺度数值预报试验模式^[1]，引入实际地形，选用静力扣除格式、回插格式、局地等温格式、经典修正格式以及模式中原计算格式（Corby格式）等5种计算格式计算气压梯度力，对气压梯度力的误差和扣除法进行了模拟试验。比较了这5种格式在有、无误差扣除时的模拟结果之后，发现误差扣除法与上述格式结合使用时，均能够不同程度地提高预报效果，尤其是在与经典修正格式结合使用以后，预报效果进一步改善，得到了较满意的模拟效果。     

修正WRF次网格地形方案及其对风速模拟的影响

复杂地形区域风场模拟的准确率一直是风能研究领域的难点和重点。WRF模式是目前风能评估领域应用最广泛的天气数值模式之一,但该模式在复杂地形区域存在对平原、山谷风速高估且对山顶风速低估的系统性误差,并有研究建立次网格地形方案以订正误差。而次网格地形方案在不同水平分辨率下常出现错误的修正结果,该文基于高精度地形高程数据分析了方案失效的主要原因,发现其方程组中判断山体形态特征的阈值-20在过低和过高水平分辨率下均失去参考性。针对这一原因,将方案中影响关键参数C_t的地形高度算子与模式水平分辨率进行拟合,形成地形高度算子与水平分辨率相依赖的线性关系,获得不同分辨率下更适合的山体形态阈值。通过与自动气象站10 m风速对比分析了修正前后WRF对低层风速的模拟效果,结果显示:修正后的次网格地形方案能够分别在较低和较高分辨率下,部分矫正原方案错误的订正结果,使低层风速模拟更接近实况。修正后的次网格地形方案可为复杂地形区域开展高分辨率风场模拟提供参考。     

PRELIMINARY NUMERICAL STUDY OF TOPOGRAPHIC EFFECTS OF THE TIBETAN PLATEAU ON SURFACE DIRECT RADIATION*

To improve the simulating ability of a model,this paper presents a scheme of calculating direct radiation at land surface with topography in the model.A numerical study is conducted for the topographic effects of the Tibetan Plateau on the direct radiation using NCEP terrain data.Results show that,after taking account into the topographic radiation effect,the regional average of the radiation over the Plateau obviously increases in the local early morning and late afternoon,but changes less around noon.The effect is stronger in winter than that in summer.And heterogeneous topography has also affected the distribution of the radiation in this area.A simple numerical experiment shows that considering the effect will lead ground temperature to increase on the slope having more sunshine,and vice versa.     

PRELIMINARY NUMERICAL STUDY OF TOPOGRAPHIC EFFECTS OF THE TIBETAN PLATEAU ON SURFACE DIRECT RADIATION

To improve the simulating ability of a model,this paper presents a scheme of calculatingdirect radiation at land surface with topography in the model.A numerical study is conducted forthe topographic effects of the Tibetan Plateau on the direct radiation using NCEP terrain data.Results show that,after taking account into the topographic radiation effect,the regional averageof the radiation over the Plateau obviously increases in the local early morning and late afternoon,but changes less around noon.The effect is stronger in winter than that in summer.Andheterogeneous topography has also affected the distribution of the radiation in this area.A simplenumerical experiment shows that considering the effect will lead ground temperature to increase onthe slope having more sunshine,and vice versa.     

Impact of subgrid scale scheme on topography and landuse for better regional scale simulation of meteorological variables over the western Himalayas

An attempt is made to integrate subgrid scale scheme on the work of Dimri and Ganju (Pure Appl Geophys 167:1–24, 2007) to understand the overall nature of surface heterogeneity and landuse variability along with resolvable finescale micro/meso scale circulation over the Himalayan region, which is having different altitudes and orientations causing prevailing weather conditions to be complex. This region receives large amount of precipitation due to eastward moving low-pressure synoptic weather systems, called western disturbances, during winter season (December, January, February—DJF). Surface heterogeneity and landuse variability of the Himalayan region gives rise to numerous micro/meso scale circulation along with prevailing weather. Therefore, in the present work, a mosaic type parameterization of subgrid scale topography and landuse within a framework of a regional climate model (RegCM3) is extended to study interseasonal variability of surface climate during a winter season (October 1999–March 2000) of the work of Dimri and Ganju (Pure Appl Geophys 167:1–24, 2007). In this scheme, meteorological variables are disaggregated from the coarse grid to the fine grid, land surface calculations are then performed separately for each subgrid cell, and surface fluxes are calculated and reaggregated onto the coarse grid cell for input to the atmospheric model. By doing so, resolvable finescale structures due to surface heterogeneity and landuse variability at coarse grid are subjected to parameterize at regular finescale surface subgrid. Model simulations show that implementation of subgrid scheme presents more realistic simulation of precipitation and surface air temperature. Influence of topographic elevation and valleys is better represented in the scheme. Overall, RegCM3 with subgrid scheme provides more accurate representation of resolvable finescale atmospheric/surface circulations that results in explaining mean variability in a better way.