套网格模式边界处理的数值试验

本文用一个准二维的原始方程组进行了套网格模式的数值试验。文中介绍了单向套网格和双向套网格的试验结果。试验表明在粗细网格边界上采用松弛法有较好的效果。     

自适应网格模式在暴雨数值模拟中的应用

基于变分原理，自适应网格技术能根据数值模式的特点，在模式解梯度大的地区自动加密网格，提高模式的分辨率。将其应用于MM4模式中，采用多重网格法以加速自适应网格的生成。对1996年8月4日至5日发生在华北的特大台风暴雨过程，用自适应网格模式和均匀网格模式进行了数值模拟和动力诊断分析，以研究自适应网格模式在天气预报和模拟应用中的特点。试验表明，采用自适应网格后计算稳定，对所关心的天气系统及其降水的模拟精度均高于均匀网格模式，对形势场、风场的模拟精度也有明显改善。     

对北京地区一次局地灾害性暴雨的数值模拟分析

利用美国国家大气研究中心（ＮＣＡＲ）和美国宾州大学（ＰＳＵ）联合研制的中尺度非静力模式ＭＭ５（Ｖ．２），有用三重网格双向嵌套技术，对北京延庆地区的一次暴雨过程进行了数值模拟，并探讨利用中尺度非静力模式ＭＭ５对重点城市进行短期天气预报的方法。结果表明：ＭＭ５模式能够预报出实际发生的β中尺度降水，在有利的大尺度环境下，暴雨的局地分布特征受中尺度条件制征。在适当的地形，水汽和能量条件下，由地形扰动而形成     

中尺度数值模式的自适应网格设计

引进了自适应网格设计的方法。自适应网要生成行技术基础变分原理,所生成的网格具有光滑性、一定程度的正交性和机调节网格疏密程度的优点,这种新技术可任意加密局地网格,从而达到以较小的计算量获得较高的计算精度的目的。将自适应网格技术应用于ＭＭ４中,并用来模拟１９２年６月１４日这次大范围暴雨过程。结果表明,采用自适应网格后计算稳定,２４ｈ降水预报得到明显改善。     

青藏高原东侧一次典型暴雨过程的数值模拟试验

利用单向嵌套中尺度非静力数值模式MM5,对1998年7月4～5日发生在青藏高原东侧一次典型暴雨过程进行数值模拟和敏感性试验,结果表明该模式能较好地模拟这次过程,并成功地模拟出了与这次过程密切相关的中尺度系统;去掉冷空气的影响后,低层辐合气流减弱,造成降水明显减弱;而盆地内能的增加则能促进中尺度系统的形成;改变初始时刻不同地区低层水汽含量的试验证明,暴雨过程前水汽的聚集程度和暴雨过程中是否维持水汽输送机制是判断一次暴雨过程雨量大小的关键因素之一.地形试验证明,大地形发生显著改变后,影响系统、低空急流的位置和强度、冷空气路径等也都发生了显著改变.由此推断,四川特殊的气候特征就是由其独特的地理环境决定的.     

青藏高原东侧一次典型暴雨过程的数值模拟试验

利用常规观测资料以及小时观测降水量资料, 对2014年8月31日—9月2日重庆地区一次大暴雨过程进行分析,在此基础上采用中尺度数值模式WRF及其三维变分同化系统WRF 3D-Var将常规探空观测资料同化进NECP/NCAR再分析资料产生初始场,对比分析同化与未同化常规探空资料的模式模拟的降水量分布特征及同化探空观测资料对模式模拟的中尺度系统结构特征的影响。结果表明,此次暴雨的发生是在对流层高层200 hPa南亚高压与高空急流造成的高层辐散、500 hPa大槽靠近以及副热带高压西移这种有利的大尺度环流背景下,对流层低层的西南低涡、切变线、低空急流在重庆地区发生发展的结果。对比分析模式的模拟结果,两次模拟都较好地再现了此次暴雨过程的大尺度环流特征,同化探空观测资料后模拟的降水落区分布及量级得到改善,对暴雨以上量级的降水改进尤为明显。模式初始时刻分析场的增量表明,与此次暴雨过程的形成发展密切相关的大尺度系统(南亚高压、副热带高压)、中尺度系统(低涡、急流)以及水汽输送在初始场同化常规探空资料后均得到了增强,这为对流系统的发展维持提供了更加有利的条件。降水最强时刻强降水区域的垂直结构分析显示,在同化探空观测资料后,模式模拟的散度、涡度、垂直速度以及大气热力结构的强度和高度较未同化探空资料的结果都得到了不同程度的增强,这表明同化探空观测资料改进了模式初始场的分布特征,进而对模式模拟的中尺度对流系统的结构产生重要影响。

     

一次台风暴雨过程的数值模拟和中尺度分析

利用改进的有限区域数值预报模式（AREM）,对“艾利”台风在福建省登陆所造成的特大暴雨过程进行了数值模拟;采用空间带通滤波技术,对模拟结果进行尺度分离,揭示出对此次暴雨天气过程有直接影响的中尺度系统,即中尺度低压和中尺度辐合线;对这些中尺度系统的物理量场特征和它们与强降水的关系进行了分析研究。结果表明：强降水与中尺度系统的散度场有较好的对应关系,中尺度系统与地形相互作用形成很强的辐合抬升作用是造成中尺度暴雨的直接原因。     

西北区东部一次暴雨的数值模拟试验

运用双向嵌套的中尺度数值预报模式MM5，对1998年7月上旬西北区东部一次暴雨过程进行了高分辨率数值模拟和敏感性试验。结果表明，该模式能较好地模拟这次暴雨过程，对这次暴雨过程相关的中尺度系统的发生发展也作出了较成功的模拟；大尺度及积云对流尺度的凝结潜热在降水过程中是一个主要因子，潜热释放将加热中高层大气，促使高层大气辐散，低层辐合，垂直运动加强，导致较大的降水；初始时刻不同地区低层大气水汽含量的多寡直接对本次暴雨产生影响，并为这次暴雨提供了水汽源；地面水汽和感热的垂直输送为暴雨的发生发展补充了能量。     

暴雨中尺度系统不稳定理论的数值试验

针对已有的不稳定理论研究，提出把不稳定问题由求解特征值问题转化为求解初值问题，在考虑扰动气压和水汽作用的基础上建立一个二维线性化的非静力模式，以真实反映不稳定扰动特征。     

"93.8"鲁西南大暴雨的数值试验

针对中尺度地形对我国天气影响的重要性,对ＲＥＭ先后进行水平、垂直分辨率的提高,并运用常规报文资料获得初始场,采用包络地形等方法获得模式所需的地形资料,对１９９３年８月４￣５日的大暴雨个例进行了数值试验。结果表明,仅提高ＲＥＭ的水平分辨率,对降水预报有一定的改进和提高,但多报出了几个大暴雨中心。而模式水平及垂直分辨率均提高后（下称Ｃ模式）,其降水场、形势场的预报有明显的改进和提高,虚假降水中心消失,     

采用不同参数化方案对沪宁高速公路浓雾过程的模拟试验

以2006年12月24—27日沪宁高速公路及其周边地区出现的一次罕见持续性大雾为例,采用模式验证方法,研究了采用不同微物理过程和陆面过程参数化方案对浓雾模拟效果的影响。结果表明,对相对湿度等常规气象要素的模拟,各个参数化方案的模拟效果都较好,与实况都有很好的一致性。对直接表征能见度的变量———液态水含量的模拟,各个参数化方案中以微物理过程采用Lin方案,陆面过程采用SLAB方案模拟效果最好,其他方案的模拟效果与实况相比偏差较大。     

从不同的陆面资料看城市化对北京强降水的影响

2004年7月10日,北京地区出现了一次强降水过程.该次过程主要是由中尺度对流云团的活动造成的,整个大环流形势给暴雨的发展提供了水汽条件.分析近地面的特征场发现,在降水发生前1-2 h,北京城区存在一个暖中心,其温度比周边地区高出2-3 ℃,存在明显的热岛现象.该城市热岛现象的出现,使得城区的气压相对较低,郊区有较冷空气向城区辐合,有利于城区产生上升运动,形成对流降水.另外,对该次过程的数值模拟结果表明,使用了最新的陆面资料的模拟结果明显好于没有使用最新的陆面资料的模拟结果.这在一定程度上说明了城市热岛效应对该次强降水具有一定的影响.     

雷达和卫星资料在中尺度模式中的初步应用

本文利用非静力中尺度模式MM5对1998年7月20日－21日发生在湖北东部地区的特大暴雨过程作数值模拟，同时将不同时间的雷达和卫星资料适时加入模式改变当时模式中的水汽场，并与控制试验进行比较分析，结果表明：加入雷达和卫星资料后的数值模拟，由于修正了暴雨区及其邻近区域对流层中低层水汽场，雨区位置和雨量中心值比仅用探空资料的控制试验更接近实况。雷达与卫星资料引入模式对于24小时降雨产生的效果不同，雷达资料的影响是局部的，范围较小，卫星资料影响范围较大，而且适时加入雷达、卫星资料能够及时通过水汽场修正，使24小时预报的雨区范围和中心强度与实况更加接近，而二者结合起来的效果与降水系统的特征有关。     

边界层过程对暴雨影响的敏感性试验

用MM5v3模式对江淮暴雨进行了计入与不计入边界层和计入与不计入地面通量的敏感性试验,结果指出二者的影响是一致的,地面通量是边界层影响的主要部分。一般说,不计边界层影响,则湿位涡、水汽通量散度、涡度、低空急流等分布发生变化,其中心位置改变,强度也有改变(大部分减弱),造成总的降水减弱和降水位置的改变。边界层正是通过湿位涡、水汽通量散度、涡度、低空急流等因素的综合影响来影响暴雨,并影响暴雨的落区和强度。     

台风暴雨数值预报中ATOVS资料的变分同化试验

利用ATOVS卫星辐射率资料和NCEP资料,采用中尺度数值模式WRF(V3.3)及其同化系统WRF-3DVar,设计了几组同化试验方案,对由0908号台风"莫拉克"导致的台湾南部2009年8月8—9日特大暴雨过程进行数值预报。结果表明,直接同化ATOVS辐射率资料对初始温度场、湿度场和风场均有较明显的改善,其中连续循环同化试验的改善效果最显著,同化后初始场增加了暴雨中心上空对流不稳定性,同时风场也表现出更强的低层辐合、高层辐散的中尺度特征。对比不同的辐射率资料发现,同化MHS资料对湿度场改进效果较好,同化AMSUA资料对温度场和风场改进效果较好,同时同化MHS和AMSUA资料改进效果整体上要好于前两者。在对降水预报定量检验中,同化试验的整体评分要高于控制试验,特别是降水临界值超过300 mm后评分提高最为显著。连续循环同化试验对这次台风暴雨的预报与实况最为接近。     

梅雨锋暴雨数值模拟中地形的作用

通过WRF模式对2003年7月9日至10日梅雨锋暴雨天气过程在有、无地形情况下数值模拟的结果的分析,探讨了地形对梅雨锋暴雨的影响。研究表明:在有地形的模拟中,模拟的结果较好地再现了梅雨锋降水过程、主要影响系统和梅雨锋的结构;而无地形的模拟中,模拟的雨带偏南,强降水范围偏大,降水系统偏南。地形对梅雨锋暴雨的作用是由于地形减弱了北方冷空气的强度。