包含正定水汽输送算法改进的MM4中尺度模式与暴雨实例数值试验

暴雨预报是一个既重要又十分困难的问题。水汽条件是产生暴雨的关键，水汽的平流输送在模式的水汽方程中占有重要地位，模式对暴雨的预报能力必然涉及到水汽输送的计算精度问题；本文以著名的中尺度模式ＭＭ４为基础，理论测试和分析为依据，以引入新的正定高精度水汽输送算法作为消除模式水汽负值和改进中尺度模式预报能力的途径，研制了取名为改进的ＭＭ４中尺度模式，该模式除仍保留原ＭＭ４模式的所有功能外，增加了５种水汽输送算法的改进与选择，这５种算法是：１）Ｂ网格二阶守恒中心差（原ＭＭ４平流格式），２）上游差分，３）Ｂｏｔ（２阶），４）Ｂｏｔ（４阶），５）Ｐｒａｔｈｅｒ格式。多个暴雨、台风个例试验表明模式预报能力对水汽输送算法精度有显著的依赖性，采用高精度的水汽输送算法水汽保证正值并提高了模式对暴雨区、降水结构、雨团活动的预报能力。改进水汽输送算法的精度是提高中尺度模式对暴雨预报能力的重要途径。     

强降水过程模式中尺度水汽初值的敏感性试验

用η坐标中尺度模式模拟了１９９８年７月２０日２０时～２１日２０时（北京时,下同）发生在湖北省东部的一次强降水过程。根据２０日２０时降水的实际发生区域,调整了武汉以南的一块与实际降水对应区域的８５０～４００ｈＰａ的湿度初始场。试验结果表明,模式降水预报效果强烈地依赖于中低层中尺度水汽初值。当探空网资料的客观分析场不能正确地反映出尺度高湿区的存在时,预报结果与实际偏差很大。根据实际降水区域对湿度场作人     

包含正定水汽高精度算法的MM5模式的暴雨实例试验

本文首先对非静力中尺度模式ＭＭ５的水汽输送方案作了半理想试验。结果显示,ＭＭ５原有的水汽平 流输送算法在水汽梯度较大的地方产生水汽负值,影响模式的模拟结果和模式的稳定性,对此,本文把一个正定的水汽输送算法Ｐｒａｔｈｅｒ算法引入ＭＭ５,并用实例作了数值试验,检验了模式的模拟能力,结果表明,对ＭＭ５的改进是敏感的有效的,Ｐｒａｔｈｅｒ格式增强了模式暴雨落区,暴雨中心的模拟能力。     

中尺度数值预报模式MM2和MM4试验结果的对比分析

从1991年汛期开始，我们先后引进了中尺度数值模式MM2和MM4，并连续三年进行了定量降水预报试验。经对两模式试验结果的检验和对比分析表明，对大雨和暴雨这类灾害性天气，MM4的预报效果明显优于MM2。     

模式低空急流结构与水汽输送精度的数值试验

本文所使用的中尺度模式ＭＭ４改进了水汽平流的计算精度，引入了Ｐｒａｔｈｅｒ和Ｂｏｔｔ两种高精度正定闰流差分格式。首先探讨了仅考虑模式平流过程的情况下不同平流差分格式的误差特征对模式结果的可能影响。结果显示：ＭＭ４中原有的水汽平流差分格式在水汽梯度较大处产生水汽负值，而引入搞精度格式能正确模拟水汽为分布的特征，对不同精度的水汽平流分格式作了数值试验，不同格式下模式的低突急流结构有较明显差别，水汽输送     

改进的MM4模式暴雨实例对比试验

本文利用改进了水汽输送方案的中尺度模式ＭＭ４对三次暴雨过程作了试验。这三次过程包括两次长江中下游特大暴雨和一次华并暴雨。把三次暴雨过程的降水实况和采用不同水汽输送方案所得到的模拟降水结果进行了对比，并主要分析了“８２．６”湖北特大暴雨过程。     

中尺度数值模式MM5V2评介

由于中尺度数值模式ＭＭ５Ｖ２本身的进步和目前能提供给中尺度数值模式的资料越来越多,使中尺度数值模式系统在灾害天气的预报方面成为一个重要的手段。从ＭＭ５Ｖ２的两大部分,模式初始化和预报模式出发,全面分析和总结中尺度数值模式的特点,并对中尺度数值模式未来发展做一些有益的探讨。     

水汽输送的算法精度与模式暴雨预报能力的对比分析

利用中尺度模式ＭＭ４，研究了中尺度模式的暴雨模拟对于不同不汽输送方案的敏感性。采用５种平流差分格式来计算水汽的水平输送，用该模式对３次暴雨过程作了数值试验。并把不同方案的降水模拟结果与实况进行了对比。结果表明，中尺度模式的暴雨模拟对水汽输送方案十分敏感，正定高精度的Ｐｒａｔｈｅｒ格式的模拟结果最接近实况。     

高分辨区域输送模式中不同输送格式的对比试验

本文对两种输送格式在理论试验的基础上，引入19层高分辨区域输送模式EM3，由中尺度模式（MM4)提供实例输送风场，积分至13、18、30、50、70小时，作分析和对比数值试验。采用的两种格式是:二阶动量矩守恒的Prather格式（以下简称为SOM)及通量订正的Smolar格式。数值试验结果表明，高精度的SOM格式使数值扩散减小一个量级， 使输送物质（SO#-[2])中心浓度比Smolar格式增大3～4倍， 采用SOM格式还明显改进了浓度中心水平平均运动轨迹的模拟精度，选择高精度的平流格式是改进模拟结果的重要途径。     

中尺度数值模式MM5的四维变分资料同化系统

应用伴随方法求解以数值预报方程作为约束条件的四维变分资料同化方案，关键问题是如何构造伴随模式。以中尺度数值模式MM5为例，讨论了如何用伴随码技术建立MM5伴随模式，以及伴随模式系统中权重、尺度因子的选取；最后对MM5伴随模式系统进行了梯度检验，并利用实际资料进行四维变分资料同化试验。试验表明该系统有较强的同化能力，能够提高MM5降水预报的准确性。     

一次降雪过程的中尺度模式(MM5)站点预报试验

本文利用中尺度数值预报模式(MM5)进行业务预报试验。对2002年12月6日前后一次降水过程进行应用分析，重点对阳泉市站点预报进行对比检验，得出该模式在站点有无降雪、降雪量级及降雪起报、结束时间等方面具有重要参考价值的结论，对于进一步开发降水预报精细产品有重要意义。     

中尺度模式MM5在山西预报业务中的应用

介绍了山西省气象台在微机上调试和试用中尺度数值模式MM5V3的情况，包括模式的特点，运行状况，以及对2002年汛期降水个例的预报检验，并对6月和9月的降水预报分量级评分，分析模式预报优劣。     

中尺度数值模式(MM5V3)在沈阳区域气象中心的试用

简单介绍了沈阳区域气象中心在微机上调试和试用中尺度数值模式MM5V3的情况，MM5V3在前、后处理上使用Fortran90编程，与MM5V2有一定差别，利用T106L19资料和常规探空报形成经、纬网格的初值，预处理场和侧边界，代入模式前处理系统中，模式运行完毕后，预报产品直接进入MICAPS、Vis5d、Grads系统，进行图形显示，在2000年汛期试用中发现，MM5V3对东北地区的强降水过程有一定的预报能力，预报评分表明，MM5V3的降水预报结果和MM5V2互有优劣，总体来看，MM5V3的预报质量略高于MM5V2。     

MM5模式中积云参数化方案在西南地区适应性的进一步试验分析

针对四川盆地4次暴雨过程,利用MM5中尺度数值模式,进行了Grell和Kuo对流参数化方案及两重区域采用不同方案组合的数值试验,分析了不同试验对降水的模拟能力。结果表明,不同试验方案在降水落区、强度、演变及降水性质分配上存在一定程度的差异。细网格区域降水强度及落区主要由本区域所采用的积云参数化方案所决定。模式采用Kuo方案预报的雨区少动,主要降水落区偏西、偏南,降水强度偏弱,采用Grell方案与粗网格采用Kuo方案而细网格采用Grell方案预报结果接近,能够较好地预报雨区东移,降水强度预报更接近实况。Kuo方案以对流降水为主,Grell方案模拟的以非对流降水与对流降水两种性质降水各占一定比例,有小幅度变化,可能更能反映实际降水性质。过程分析结合统计检验表明,两重区域均采用Grell方案预报效果相对较好。同时也看到,没有哪种对流参数化方案是完备的。发展具有区域特色的对流参数方案有着重要和实际意义。     

TRMM/PR资料在中尺度模式MM5中的应用(英)

将中尺度非静力模式MM5中的积云参数化Grell方案作了改进,使它含有降水云的云水,即雨水含量,并用该模式对1998年6月29日08时-30日08时(北京时)和1998年7月1日08时-2日08时(北京时)发生在淮河流域的两次特大暴雨进行数值模拟研究,同时通过采用R-qr关系将TRMM/PR(Tropical Rainfall MeasuringMission/Precipition Radar)得到的降水强度资料R计算出比含水量qr,然后用q'v=qv+qr取代原模式中的比湿qv。结果表明将TRMM/PR资料加入模式后,由于PR雷达具有较高的空间分辨率,能够很好地反映中小尺度系统的空间结构,能够使湿度值接近实际,缩短了中尺度系统的发展时间,使得模拟出来的降雨强度、雨量中心位置以及雨带形状更接近实况。     

大气环流模式降水的模拟对水汽方程差分方案的敏感性试验

分别采用3种应用比较广泛的水汽方程差分方案:多维正定平流传输方案(MPDATA)、通量修正传输方案(FCT)和两步保形平流方案(TSPAS),对大气物理所9层大气环流模式(IAP 9L AGCM)的降水模拟作敏感性试验,分析比较3种方案下模式降水气候平均场的差异,从而揭示模式降水对水汽方程差分方案的敏感性.试验结果显示,不同的水汽方程差分方案对大气环流模式降水的气候模拟有较大影响,并由此从3种差分方案中为IAP 9L AGCM寻找出一种较好的水汽计算方案.     

TRMM/PR资料在中尺度模式MM5中的应用

将中尺度非静力模式MM5中的积云参数化Grell方案作了改进，使它含有降水云的云水，即雨水含量，并用该模式对1998年6月29日08时-30日08时(北京时)和1998年7月1日08时-2日08时(北京时)发生在淮河流域的两次特大暴雨进行数值模拟研究，同时通过采用R-qr关系将TRMM／PR(Tropical Rainfall Measuring Mission/Precipitation Radar)得到的降水强度资料月计算出比含水量qr，然后用qv′＝qv qr取代原模式中的比湿qv。结果表明将TRMM／PR资料加入模式后，由于PR雷达具有较高的空间分辨率，能够很好地反映中小尺度系统的空间结构，能够使湿度值接近实际，缩短了中尺度系统的发展时间，使得模拟出来的降雨强度、雨量中心位置以及雨带形状更接近实况。     

MM5水平嵌套方案对降水预报影响的敏感性试验

利用MM5对2003-2005年华东地区的3次暴雨过程数值模拟,通过采用3种水平网格嵌套方案做对降水预报影响的敏感性试验,研究模式水平率对降水强度和落区预报的影响。结果表明:随着水平网格精度提高,模式对中小尺度天气系统的模拟能力增强,地形对天气过程的影响反映更加全面,模拟的雨带分布也越接近实况,雨量中心强度也随之增大;三层嵌套网格在暴雨落区和暴雨量级的预报上均优于两层和一层水平网格嵌套方案,尤其是暴雨落区预报有很大优势。