边界层参数化对海南岛海风环流结构模拟的影响

利用WRF V3.7详细分析了应用8种边界层参数化方案（YSU、MYNN2.5、MYNN3、ACM2、BouLac、UW、SH、GBM）所模拟的2014年5月25日海南岛海风环流结构的差异,其中YSU、ACM2和SH为非局地闭合方案,MYNN2.5、MYNN3、BouLac、UW和GBM为局地闭合方案。结果表明:对于海风环流水平结构的模拟,15时,YSU、ACM2、BouLac、UW和SH模拟的北部海风较强,SH和GBM的内陆风速偏大。温度与海风发展强度相对应,MYNN2.5与MYNN3模拟的岛屿温度偏低,海陆温差小,海风相对较弱。对于海风环流垂直结构的模拟,09时海风开始,但强度较小,且存在残余陆风,向内陆传播距离较短,YSU、MYNN2.5和SH方案的海风相对较强。12时,海风已呈现出较为清晰的环流结构,YSU和ACM2的海风厚度及向内陆传播距离相对强于其它方案,MYNN3的环流结构则不太明显,且向内陆推进距离短,海风相对较弱。15时,海风发展强盛,MYNN2.5和MYNN3方案模拟的海风垂直强度较小,ACM2方案的海风垂直环流特征最为明显。18时,海风的强度和扰动均有所减弱,ACM2、BouLac和UW的整体海风相对强于其它方案。21时海风已基本转为陆风,BouLac与UW的陆风环流结构最为清晰。位温、水汽及海风垂直环流强度的发展变化与海风的演变过程基本一致。造成ACM2模拟海风偏强的原因是其边界层垂直混合偏强,形成了足够的湍流混合强度所致。对于边界层高度的模拟,ACM2的边界层顶最高,这与此方案所模拟的海风强度偏大相吻合,其它方案的边界层高度与海风强度并不完全一致。      

三维湖陆风的数值模式试验

利用地形坐标建立了一个三维湖陆风的预报模式，其中对边界层及模式层顶高度采用预报方程求解，对边界层参数作了较仔细的考虑。计算表明，模式运行十分稳定，对复杂地形条件下的湖陆风扰动系统有着很好的描述能力。     

地面风诊断模式的数值试验和模拟

本文用一个简化的一层地面风数值诊断模式，在台湾岛及海峡地区对6个个例进行了数值试验。结果表明，假定的地形影响层较厚时，地面流场中台湾岛周围的流线更趋于与地形线平行，地形效应更明显；地表粗糙度增大时，地面风向逆时针偏转，风速减小；考虑非绝热加热后，地面流场中分流现象明显减弱，并在山脊附近形成辐合线，同时岛后辐合减弱甚至消失；而地形高度的动力作用则是分流、绕流和岛后辐合等现象的内在根源。在上述研究基础上，对同样个例进行了数值模拟。结果在一定程度上反映了实际风场。     

区域气候模拟中Betts-Miller对流参数化方案的敏感性试验

利用NCAR RegCM2气候模式,对Betts-Miller对流参数化方案中影响参考态的几个关键性参数:稳定度参数α、云底和冻结层参考态的饱和气压Δp*和对流调整时间τ进行了敏感性试验,分析这些参数的不同取值对区域气候模拟的影响及意义,并由此提出适合我国东部地区汛期区域气候模拟的Betts-Miller对流参数化方案中较优的关键性参数取值.     

小环境变化对地面风观测的影响

风为气象观测的四大要素之一。随着经济建设的不断发展,以前受环境影响较小的风的测点周围,不断形成新的障碍物。这在一定程度上导致风向改变,风速失实,风的历史资料出现不连续性波动。 现以松滋站小环境变化对地面风速的影响为例,对此问题作简要分析。为便于比较,只取有EL型风速仪观测的1974～1997年的24年资料。     

边界层参数化方案对暴雨数值模拟的影响

选取2003年7月4-5日南京暴雨个例，采用非静力中尺度模式MM5进行模拟，着重研究了不同边界层参数化方案对雨量中心强度、雨区分布的影响。结果表明：对于不同的边界层参数化方案，垂直速度场、水汽通量散度场、涡度场、水平风场的散度以及θse场都表现出不同的特征；合理边界层方案的引入对预报效果有明显的改进；结合边界层和自由大气的动力、热力结构进行了综合分析，给出了边界层作用与自由大气动力、热力结构的配置情况。说明这种配置对暴雨的形成是至关重要的。     

基于不同参数化方案的高速公路大雾过程的数值模拟试验

为了比较不同微物理方案、边界层方案和陆面方案对大雾过程模拟效果的影响,本文利用WRF模式(Weather Research and Forecasting Model)对江苏省高速公路网2011—2013年发生的21场大雾过程进行了数值模拟,探讨了模式不同参数化方案对大雾过程数值模拟的影响,确定了基于模式输出结果的成雾判别指标。研究结果表明:(1)综合考虑微物理方案、边界层方案和陆面方案对地面气象要素、高空温度及雾区分布等要素的影响,微物理方案选用WDM6方案,边界层方案选用QNSE方案,陆面方案选用SLAB方案时,雾的数值模拟效果最优;(2)在最优参数化方案设置下,兼顾气象业务部门有限的计算资源和较高的模式垂直分辨率,对21个大雾个例发生的大气背景进行数值模拟和诊断分析后发现:江苏省境内雾的预报指标应为模式最低层(30~40 m高度)液态含水量0.015 g·kg~(-1),或2 m相对湿度95%,且10 m风速3 m·s~(-1)。     

边界层参数化方案对陆气相互作用影响的模拟研究

利用湍流动能闭合方法对区域气候模式RegCM3中的边界层参数化方案进行了改进,然后利用中国东部典型旱、涝年资料进行了改进效果对比试验,并着重分析了边界层参数化方案改进对陆气相互作用的影响,结果表明:采用湍流动能闭合方法可以更合理的描述边界层的高度及其日变化,较为真实地描述边界层的物理过程,使得陆—气间通量及大气各层垂直...     

季节尺度区域气候模拟适应调整时间选取问题的数值试验

文中利用区域气候模式RegCM3,以1998年夏季中国异常气候事件为例,对季节尺度区域气候模拟适应调整时间的选取问题进行了数值研究.共做了11个试验,每个试验的适应调整时间最短为10d,最长为6个月,以检验适应调整时间长短对夏季中国异常气候事件模拟结果的影响.结果表明:对于大气变量而言,模式通常在经过4-8 d的适应调整时间后,就进入\     

黑河地区地面阻曳系数的估算及其影响的数值试验

本文利用黑河地区在气相互作用观测试验期间戈壁１２天、沙漠６天逐时塔站观测资料以及胡隐樵等的组合法所获得的感热、摩擦速度等，用倒算法估算了黑河地区地面通量的阻曳系数值，最后根据所估算的阻曳系数值，进行了边界层过程对短期天气预报影响的数值试验。结果表明，黑河地区的阻曳系数存在较明显的日变化；所获得的黑河地区戈壁及沙漠下垫面的日平均阻曳系数估算值大体是合理的；边界层过程仅对个别敏感区或盛行局地影响的短期天气过程有较明显的影响     

下垫面特性突变时的内边界层数值研究

本文建立了一个考虑层结的二维内边界层数值模式,研究了下垫面粗糙度、温度、湿度突变引起的内边界层。结果表明:下垫面温度突变引起的温度内边界层与下垫面粗糙度突变引起的速度内边界层具有明显的差异。     

山地蒸发的计算

本文研讨了山地下垫面蒸发的计算，提出了根据迳流系数和降水强度确定计算蒸发公式中与地形、植被、土壤等下垫面特性降水性质有关的参数的方法，经实际检验，结果令人满意。     

冰核浓度变化对云辐射的模拟试验

文中利用中国气象科学研究院 2 0 0 0年版三维对流云模式 ,假设冰核浓度比现在模式中通常用来计算实际降水量的Fletcher给出的冰核浓度增大了 5倍 ,对北京地区 1996年 6～ 9月 18次降水过程作了模拟的对比分析。结果发现 ,80 %的模拟云在冰核浓度增大后都出现降水减小 ,云顶卷云毡面积扩大 ,云顶升高 ;95%的模拟云出现冰晶尺度变小 ,数量增多的现象。说明冰核浓度增大后 ,云的物理特性会有一些改变 ,并可能通过直接和间接作用改变辐射过程从而产生一定的气候效应     

用变分法修正边界层资料的数值试验

文中用变分方法修正边界层资料及模误差 ,目标函数相对于控制变量的梯度用扰动法计算 ,对利用小扰动求取梯度的方法进行了理论推导和试验分析。利用模式资料所作的数值试验表明 ,该方法能有效地修正模式自身误差 ,使模式能精确描述边界层物理过程 ,从而使调整后的初始场最好地拟合“观测资料”     

森林下垫面陆面物理过程及局地气候效应的数值模拟试验

文中基于大气边界层和植被冠层微气象学基本原理 ,建立了一个森林植被效应的陆面物理过程和二维大气边界层数值模式。并应用该模式进行了植被和土壤含水量等生物和生理过程在陆面过程和局地气候效应方面的数值模拟试验。所得数值模拟试验结果与实际情况相吻合。结果表明 ,应用该模式可获得植被温度、植被冠层内空气温度、地表温度日变化特征 ;森林下垫面大气边界层风速、位温、比湿、湍流交换系数的时空分布和日变化特征。该模式还可应用于不同下垫面 ,模拟陆面物理过程与大气边界层相互作用机制及其局地气候效应的研究 ,这将为气候模式与生物圈的耦合研究奠定一个良好的基础。     

北半球东半部对流层夏季平均环流形成物理机制的流体模拟实验

在旋转流体盘中做物理实验 ,模拟研究北半球东半部对流层夏季平均大气环流的形成物理机制。用镍铬电阻丝通电加热实验盘底作为热源 ,用冷水循环的铜管对实验盘底制冷作为冷源。将热源及冷源分布在绘有北半球极赤射面投影地图的底面上。人工地制造出中高纬西风带及越赤道气流模型。用流体物理模拟实验方法研究北半球东半部对流层夏季平均大气环流物理机制。逐个地试验了海陆温差、青藏高原地形及其高空热源、中高纬西风带 ,及来自南半球的越赤道气流的作用