对流云中冰相过程的三维数值模拟 I:模式建立及冷云参数化

本文建立了一个完全弹性三维冷云数值模式。采用参数化方法处理冰相微物理,包括冰核化、凝华、结淞、雹干湿增长以及融化等15个主要过程。使用理想初值条件和环境场对模式进行了检验,证明是可靠和稳定的。三维对流云系统的一些主要特征均能够成功模拟出,例如弱云外补偿下沉运动、云中水平涡耦及其分裂、中层障碍流、弱回波结构等。     

用FFT法与SOR法求解二维泊松方程的比较

用优化的FFT法和SOR法分别求解了二维泊松方程,在求解精度、速度等方面作了全面比较。结果表明:优化FFT法具有精确解、速度快的优点。所耗时间比SOR法达到类似精度的时间少四至五倍,且基本不随涡度场改变。     

微下击暴流的数值模拟

建立了一个具有极高分辨率的二维面对称微下击暴流数值模式，对干、湿两类微下击暴流线在云下的生成和演变过程进行了模拟试验，取得较理想结果。模拟湿微下击暴流线的各种主要结构和演变特征与实测结果吻合较好。干型微下击暴流由冰晶降水元在干绝热气层中下落时的蒸发致冷驱动，只产生了很小的地面降水和降温。 几百米厚的弱稳定层对干微下击暴流有明显阻挡和削弱作用。     

冷水面对积云的影响——数值试验

采用二维平面对称暖积云模式研究了夏季午后水面对移行过境积云的影响.讨论了过冷水面积云发展演变过程、流场结构和雷达回波结构.试验中考虑整层均匀环境风,并对水陆温差进行了适当处理.计算表明,冷水面对过境积云的影响表现在两个方面:水陆环流辐合上升运动使移近水面的积云受到一定程度增强;水陆环流的下沉运动和冷变性气层的共同作用使积云移入水面后发展受抑,强度减弱.受冷水面作用后的积云流场和液水场均发生很大变化,有些积云移过水面后可以重行增强.     

风暴尺度集合成员数对预报技巧的影响

利用WRFV2.2模式,对1977年5月20日发生在美国Oklahoma的典型超级单体风暴进行集合预报试验。采用蒙特卡洛法对不同区域初值扰动,对比分析成员个数的变化对预报技巧的影响,检验集合技术应用于风暴尺度系统的可行性及应用价值。结果显示,基于WRFV2.2模式的风暴尺度集合预报（storm-scale ensemble forecasting,SSEF）能够从热力场和动力场上改善单一确定性预报,并成功预报极端降水,表明SSEF具有较高的应用和研究价值;总体上预报技巧随成员数增加而增加,当集合成员数达到5-13时,预报技巧呈饱和特征,不同变量、不同扰动区域时的饱和成员数略有差异。     

山地对积云的影响数值模拟

使用二维平面对称暖积云模式模拟了三种理想地形对随坏境风移动的积云的作用,试验了山地处理技术,计算结果与观测事实比较一致。结果表明,积云移过孤立山地或移入山区时受到增强,雨量增大;而移出山地的积云则被减弱。地形作用在积云发展初期较明显。山地表面加热形成的山地环流回流下沉运动区对向山地靠拢的积云有一定削弱作用。