不同边界层参数化方案在暴雨数值模拟中的对比分析

本文利用非静力平衡的中尺度模式(MM5),通过对一次华南锋前暖区暴雨的数值模拟,比较了3种边界层参数化方案的作用。结果表明：从24小时累积降水的分布来看,MRF方案的预报与实况对比效果最好,其次是Blaekadar高分辨率PBL模式,最差是no PBI,方案。分析MRF方案的输出结果,发现对应每个时刻的累积雨团上空,925hPa都有较强的辐合辐散偶极子与之相配合,而在300hPa则有较强的辐散。不同边界层方案模拟的辐散场有一定的差别,导致了降水的不同预报效果。     

地形重力波拖曳参数化方案在一次陕西极端性暴雨天气过程中的应用

利用中尺度WRF模式进行敏感性试验,分析探讨加入地形重力波拖曳参数化方案(GWDO)后对2013年陕西入夏以来最强的一次暴雨过程的模拟能力和地形影响下强降水的形成机制。本次过程是在高空槽和低涡配合的有利形势下形成的,秦巴山区的地形作用对本次暴雨过程有着重要影响。在引入地形重力波参数化方案后,模式对关中大暴雨中心的模拟能力有所提高,强降水落区及量级与实况更为接近,较为有效地改善了环流形势及主要影响系统的模拟。在引入地形重力波参数化方案后,这一地区环流进行调整,有利的水汽条件和对流不稳定配合强烈的上升运动,是影响关中地区强降水的重要因素。该参数化方案对陕西暴雨预报具有一定的适用性,但是对陕南的暴雨区模拟还具有较大的误差,需要进一步改进。     

华南暖区暴雨的一种低层重力波触发机制

利用观测资料和高时空分辨率区域数值模式,对华南一次锋前暖区暴雨进行了分析和数值模拟.结果表明,锋区和暖 区逐时降水呈波列状分布,锋区和暖区 850 hPa散度在各区降水开始之前1～2 h出现剧烈振动,暖区振动比锋区约晚1h;降水时锋区和暖区间各点850 hPa逐时散度增量也呈明显的波状分布.小波分析证实锋区和暖区存在周期相同且差半个位相的波动,波动的特性属于重力波.进一步分析发现,在暖区暴雨发生之前3 h左右,锋区到暖区之间存在一非常浅薄的低层稳定层,位于950～850 hPa之间.这一浅薄稳定层的存在满足重力波传播的条件,使锋区对流激发的低层重力波沿稳定层从锋区向暖区传播,激发了暖区低层的上升运动,并触发暖区中、低层不稳定能量的释放,导致暖区暴雨的发生.     

用WRF模式中不同云微物理参数化方案对华南一次暴雨过程的数值模拟和性能分析

本文使用中尺度数值模式WRFV3.4中的8种不同云微物理过程参数化方案,模拟2010年5月6～7日华南一次暴雨事件,探讨不同云微物理方案对华南暴雨模拟的影响。结果表明:不同云微物理方案对不同量级降水模拟效果总体较好。WSM3方案对小到大雨和大暴雨的模拟效果最好,对暴雨的模拟最差;WDM5方案对暴雨模拟效果最好。结合TS评分和误差分析结果,整体效果最好的是WSM5方案,最差的是Lin方案。对于同一云微物理参数化方案,不同分辨率的降水模拟结果差异不大,但同一分辨率的不同云微物理参数化方案的降水结果差异较大,这说明云微物理过程比模式分辨率对暴雨模拟的影响更大。     

海岸地形作用在青岛一次晚秋暴雨过程中的数值模拟分析

利用常规资料和卫星、雷达观测,分析了2004年11月9日至10日山东青岛地区一次暴雨的中尺度结构特征,并在初步分析的基础上进行了数值模拟和地形的敏感性对比试验,结果表明:此次暴雨是冷锋前暖区的浅层对流性强降水;西太平洋的水汽是这次暴雨的主要水汽源;模式对这次强降水具有较强的模拟能力;海岸地形作用所产生的次级环流和中尺度重力波,可能是这次对流性强降水的触发机制,同时对这次降水有很大的增幅作用。     

太行山地形对一次河北暴雨过程影响的数值研究

应用MM5模式对2000年7月5日河北省中南部的暴雨个例进行数值模拟及诊断分析,探讨了太行山脉对于河北省暴雨的影响.结果表明:降水分布在太行山东部迎风坡上,且强降水中心与喇叭口地形相对应,地形雨特征明显.在高分辨率模式模拟中,地形资料越精细,对迎风坡地形暴雨特征模拟能力越好.本次个例中低层东风越大,造成的迎风坡降水越强.近地面层受地形影响,气流表现为局地环流特征,随山脉的起伏,各物理场均有波动的特征.     

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模式中微物理和积云参数化方案的对比试验

基于中尺度大气数值模式WRF,检验分析YSU和MYJ两种边界层参数化方案和分辨率分别为1 km（称为USGS）和500 m（称为MODIS）的两类下垫面资料对2014年5月9—12日青岛一次暴雨过程模拟的影响。分析表明, YSU和MYJ方案都能模拟出强降雨带的位置和强度,MYJ试验对大雨TS评分高达0.88,YSU对暴雨TS评分为0.65;和USGS试验相比,MODIS试验提高了暴雨的TS评分,提高率为6.2%,但对大雨仍易空报。YSU、MYJ和MODIS试验较好地模拟了2 m气温、10 m风向。YSU模拟的2 m气温准确率是降雨前优于降雨开始后,MYJ则相反;MODIS试验预报沿海地区气温偏高。和USGS相比,MODIS提高了近地面风速和风向的模拟精度。总体上,所有试验方案对所考虑气象要素的模拟,基本上是内陆站准确率高于沿海站,YSU优于MYJ,MODIS优于USGS。

     

华南暖区一次暴雨中尺度系统的数值模拟

为深入了解华南暖区暴雨产生的机制, 首先利用观测资料和卫星云图对2005年5月9日华南暖区一次暴雨过程进行天气分析, 然后利用MM5V3.6数值模式对该次暴雨过程进行了模拟, 利用模拟的输出结果分析了中尺度系统的结构特征和成因。结果表明, 这次华南南部暖区的暴雨区出现在低空急流出口区左侧的辐合区与高空急流入口区右侧的辐散区相迭置的区域; 中尺度对流云团是暴雨的直接影响系统, 系统中心上空偏南气流强烈垂直上升与在系统以南对流层高层下沉的气流构成垂直闭合反环流, 低层气流风速辐合对暖区暴雨系统的形成和发展起决定性的作用。较大的螺旋度可能是暖区暴雨及其中尺度系统发生、 发展的一种重要机制, 可用来判断降水系统的形成和移动。     

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MM 5(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     

Improved Wind and Precipitation Forecasts over South China Using a Modified Orographic Drag Parameterization Scheme

To improve the wind and precipitation forecasts over South China, a modified orographic drag parameterization(OP) scheme that considers both the gravity wave drag(GWD) and the mountain blocking drag(MBD) effects was implemented in the Global/Regional Assimilation and Prediction System Tropical Mesoscale Model(GRAPES-TMM). Simulations were performed over one month starting from 1200 UTC19 June 2013. The initial and lateral boundary conditions were obtained from the NCEP global forecast system output. The simulation results were compared among a control(CTL) experiment without the OP scheme, a GWDO experiment with the OP scheme that considers only the GWD effect, and an MBD experiment with the modified OP scheme(including both GWD and MBD). The simulation with the modified OP scheme successfully captured the main features of precipitation, including its distribution and intensity,and improved the wind circulation forecast in the lower troposphere. The modified OP scheme appears to improve the wind forecast by accelerating the ascending air motion and reinforcing the convergence in the rainfall area. Overall, the modified OP scheme exerts positive impacts on the forecast of large-scale atmospheric fields in South China.     

WRF模式中地形重力波参数化方案应用及不同拖曳力试验

在WRF模式中引入地形重力波拖曳参数化方案(GWDO),利用WRFV3.2中尺度模式对2007年7月3日00时至10日00时(世界时)发生在我国江淮梅雨季向华北雨季转换时段江淮与华北地区过渡区域的降水天气过程进行了不同重力波拖曳力作用下的敏感性试验,设计了5组数值试验:不考虑重力波拖曳的控制试验(Ctrl)及考虑重力波拖曳(GWDO)但在不同拖曳力作用下的4组敏感性试验。结果表明:GWDO方案的引入,有效地改善了模式对环流场、水汽输送带、垂直速度场的模拟,缓解了对风速预报偏强的现象,一定程度上纠正了模式模拟的西风偏差,对降水落区和强度也有较好的改善。随着模拟时次的推移,引入的拖曳力越强,对降水模拟的改善越显著。     

广西前汛期锋前暖区暴雨过程的模拟与分析

利用中尺度数值模式MM5对2005年5月8-9日广西的暖区暴雨过程进行了数值模拟,并对暖区暴雨形成和发展的机制进行了分析研究.结果表明:高空急流稳定维持与低空急流持续加强是这次暖区暴雨发生发展的动力机制;在暖区暴雨形成与发展的过程中,低空各层自上而下均有急流核向东传播的现象;低空急流核以接力振荡的形式快速东传,而不是向北面的锋区运动,有利于暖区累积充沛的水汽和不稳定能量,造成不稳定能量和水汽在锋区和暖区的不均匀分布,也有利于有组织的对流活动在暖区反复生成和发展,从而导致了暖区不仅降雨量大,而且雨强比锋区降水强.     

The Uncertainty of Mesoscale Numerical Prediction of Heavy Rain in South China and the Ensemble Simulations?

In the context of non-hydrostatic MM5 version we have explored the impact of convective parameterization schemes on uncertainty in mesoscale numerical prediction of South China heavy rain and mesoscale heavy rainfall short-range ensemble simulation by using two kinds of physics perturbation methods through a heavy rain case occurring on June 8, 1998 in Guangdong and Fujian Provinces. The results show the physical process of impacts of convective schemes on heavy rainfall is that different latent heat of convective condensation produced by different convective schemes can make local temperature perturbation, leading to the difference of local vertical speed by the intrinsic dynamic and thermodynamic processes of atmosphere,and therefore, making difference of the timing, locations and strength of mesh scale and subgrid scale precipitation later. New precipitations become the new source of latent heat and temperature perturbation,which finally make the dynamic and thermodynamic structures different in the simulations. Two kinds of methods are used to construct different model version stochastically. The first one is using different convective parameterization and planetary boundary layer schemes, the second is adjusting different parameters of convective trigger functions in Grell scheme. The results indicate that the first ensemble simulations can provide more uncertainty information of location and strength of heavy rainfall than the second. The single determinate predictions of heavy rain are unstable; physics ensemble predictions can reflect the uncertainty of heavy rain, provide more useful guidance and have higher application value.Physics ensembles suggest that model errors should be taken into consideration in the heavy rainfall ensembles. Although the method of using different parameters in Grell scheme could not produce good results, how to construct the perturbation model or adjust the parameter in one scheme according to the physical meaning of the parameter still needs further investigation. The limitation of the current study is that it is based on a single case and more cases will be addressed in the future researches.     

The Uncertainty of Mesoscale Numerical Prediction of Heavy Rain in South China and the Ensemble Simulations

1. IntroductionHeavy rain is a kind of severe natural calamitythat influences South China. After decades of years oftests and theoretical exploration by Chinese scientists,significant progresses have been achieved in its predic-tion and basic theoretical studies (Huang, 1986; Xue,1999; Zhou et al., 2003). Currently, the mesoscale nu-merical model has already been employed as one of themajor tools in the prediction and research on heavyrain in South China, promoting considerably the ac-curac…     

一次梅雨锋暴雨的模拟与诊断分析

运用双向嵌套的中尺度数值预报模式MM5,对1999年6月下旬长江中下游一次暴雨过程进行了数值模拟。结果表明,该模式能较好地模拟这次暴雨过程。中β尺度低压涡旋是该暴雨的主要影响系统,其稳定,移动缓慢是暴雨发生的根本原因。高层大气辐散,中低层强辐合,垂直运动强烈,低层有充足的水汽供应,低层对流不稳定能量释放是低涡及暴雨维持和发展的动力机制。     

华北秋季大暴雨的天气分析与数值模拟

利用常规资料和MM5模拟结果分析了2003年10月10—12日华北地区大暴雨物理成因。分析表明,高层稳定持续的经向环流是大暴雨产生的大环流背景。低空暖切变线和低空急流的直接影响,以及西南涡的加强和日本海高压的阻挡起了重要作用。强烈的上升运动、能量的积累和充沛的水汽输送是大暴雨发生的必要条件。对流层中下层偏南急流、低层的偏东气流和高空的西南急流提供了充足的水汽和能量输送。强涡度柱与强散度区、强上升运动与饱和气柱的互耦,是大暴雨产生的重要机制。强冷空气与强暖湿空气在切变线附近长时间对峙,使大降水持续。这些是形成这次华北地区秋季大暴雨的重要原因。     

华南持续性暴雨的大尺度降水条件分析

利用1958-2004年NCEP/NCAR全球逐日再分析格点资料和同期我国华南地区45站的逐日降水资料,从水汽条件、不稳定能量及抬升条件对发生在华南地区的157个连续性暴雨进行分析,并结合各自的爆发时间,对暴雨进行分类,讨论了不同类型华南持续性暴雨的形成原因.