基于WRF模式的风电场短期风速集成预报方法研究

风能始源于大气的运动,具有很大的随机性和间歇性。风速预测是风电场风功率预测的基础,其准确性具有重要的意义。对于复杂地形条件下,风速的预报一直是各国研究的难点和重点。为了提高风电场短期风速预报的准确性,本研究采用多种边界层参数化方案来集成预报风速,将各单一边界层参数化方案预报的风速及相应的实测风速数据,应用随机森林算法建立集成预报模型,对风电场的短期风速进行集成预报研究。试验结果表明,采用集成预报风速方法,预报的风速误差相比于单一边界层参数化方案预报的风速误差明显减小,对研究区域的风速、风向等气象要素有着较好的模拟效果,能够有效提高风速预报的准确率。     

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。      

生态系统模型中物候的参数化方法研究进展

物候和叶面积指数的季节动态在落叶林中是决定生态系统净生产力的关键因素。尽管物 候对能量和CO2 通量的影响可以简单地通过描述发芽和落叶的时间以及叶面积指数的季节动态 来表示, 但是由于对驱动物候的物理过程缺乏全面正确的理解, 在陆地生态系统模型中物候就成 为最难以参数化的一个过程。目前, 在陆地生态系统模型中描述物候主要有两种不同的方法: 一 种是基于气候变量( 主要是温度或积温) 的经验方法, 即是通过建立物候不同阶段与气候变量的 经验关系来预测关键物候事件发生的时间。另一种方法是基于碳吸收的物候参数化方案, 物候的 任何阶段都和当前的碳平衡相联系。在生态系统模型中, 基于碳吸收的物候参数化方法可以大大 降低物候模拟的经验性, 提高模型的适用性和模拟精度, 比基于气候变量的经验模型更适于模拟 未来气候变化影响。未来随着生理和分子水平上, 对控制物候和LAI 动态过程机理的揭示, 建立 基于过程的物候参数化方案和LAI 动态模拟模型就成为生态系统模型或气候模型的发展方向。     

Multi-year Simulations and Experimental Seasonal Predictions for Rainy Seasons in China by Using a Nested Regional Climate Model (RegCM_NCC). Part Ⅰ: Sensitivity Study

A modified version of the NCAR/RegCM2 has been developed at the National Climate Center (NCC), China Meteorological Administration, through a series of sensitivity experiments and multi-year simulations and hindcasts, with a special emphasis on the adequate choice of physical parameterization schemes suitable for the East Asian monsoon climate. This regional climate model is nested with the NCC/IAP (Institute of Atmospheric Physics) T63 coupled GCM to make an experimental seasonal prediction for China and East Asia. The four-year (2001 to 2004) prediction results are encouraging. This paper is the first part of a two-part paper, and it mainly describes the sensitivity study of the physical process parameterization represented in the model. The systematic errors produced by the different physical parameterization schemes such as the land surface processes, convective precipitation, cloud-radiation transfer process, boundary layer process and large-scale terrain features have been identified based on multi-year and extreme flooding event simulations. A number of comparative experiments has shown that the mass flux scheme (MFS) and Betts-Miller scheme (BM) for convective precipitation, the LPMI (land surface process model I) and LPMII (land surface process model Ⅱ) for the land surface process, the CCM3 radiation transfer scheme for cloud-radiation transfer processes, the TKE (turbulent kinetic energy) scheme for the boundary layer processes and the topography treatment schemes for the Tibetan Plateau are suitable for simulations and prediction of the East Asia monsoon climate in rainy seasons. Based on the above sensitivity study, a modified version of the RegCM2 (RegCM_NCC) has been set up for climate simulations and seasonal predictions.     

不同边界层参数化方案在中国西南地区东部高分辨率气候模拟中的敏感性研究

为了进一步评估和提高区域模式对西南地区东部高分辨率气候的模拟能力,利用 WRF模式,采用 多种边界层参数化方案（下称“不同方案”）对西南地区东部 1998—2019年夏季降水和气温进行双重嵌套模拟 （外层为D01,内层为D02）。对比不同方案模拟结果表明：多年平均降水量在D01中基本为湿偏差;D02中在四 川盆地和重庆低海拔地区为干偏差,湿偏差主要位于贵州和重庆的城口、石柱和武隆一带的地形复杂区;总体 上D01中ACM2方案误差最小,D02中MYJ方案误差最小。对多年平均气温的模拟在D01中除了四川盆地一 带为暖偏差外其余大部地区基本为冷偏差,D02 中大部地区为暖偏差;总体上 D01 和 D02 中 MYJ方案误差最 小,YSU方案最大。对于降水量和平均气温年际变化的模拟技巧在D01和D02中相对较高的地区均集中在重 庆中西部和湖北大部地区;降水量总体为 YSU 方案最高,MYJ 方案最低;平均气温总体为 MYJ 方案最高, ACM2方案最低。因此,提升模式分辨率至对流尺度后对不同气象要素模拟技巧最优的方案存在差异,需根据 业务情况选择适合本地的参数化方案。     

Spurious diapycnal mixing in terrain-following coordinate models: The problem and a solution

In this paper, we identify a crucial numerical problem in sigma coordinate models, leading to unacceptable spurious diapycnal mixing. This error is a by-product of recent advances in numerical methods, namely the implementation of high-order diffusive advection schemes. In the case of ROMS, spurious mixing is produced by its third-order upwind advection scheme, but our analysis suggests that all diffusive advection schemes would behave similarly in all sigma models. We show that the common idea that spurious mixing decreases with resolution is generally false. In a coarse-resolution regime, spurious mixing increases as resolution is refined, and may reach its peak value when eddy-driven lateral mixing becomes explicitly resolved. At finer resolution, diffusivities are expected to decrease but with values that only become acceptable at resolutions finer than the kilometer. The solution to this problem requires a specifically designed advection scheme. We propose and validate the RSUP3 scheme, where diffusion is split from advection and is represented by a rotated biharmonic diffusion scheme with flow-dependent hyperdiffusivity satisfying the Peclet constraint. The rotated diffusion operator is designed for numerical stability, which includes improvements of linear stability limits and a clipping method adapted to the sigma-coordinate. Realistic model experiments in a southwest Pacific configuration show that RSUP3 is able to preserve low dispersion and diffusion capabilities of the original third-order upwind scheme, while preserving water mass characteristics. There are residual errors from the rotated diffusion operator, but they remain acceptable. The use of a constant diffusivity rather than the Peclet hyperdiffusivity tends to increase these residual errors which become unacceptable with Laplacian diffusion. Finally, we have left some options open concerning the use of time filters as an alternative to spatial diffusion. A temporal discretization approach to the present problem (including implicit discretization) will be reported in a following paper.     

基于参数空间分布的海洋生态系统模拟

在模拟大尺度海洋生态系统时,由于子区域的生态系统有着各自的特征,导致参数值在空间上存在差异,因此参数在整个研究区域取常数的做法必须改进.基于此,使用气候模式FOAM的气侯态背景场驱动一个简单的三维海洋生态系统模型,并引入参数的空间分布,在全球尺度上通过伴随方法同化SeaWiFS叶绿素资料.引入参数空间分布后,同化结果得到很大改进:浮游植物表层生物量(氮)的平均差从0.155 3减小至0.060 6 mmol·m-3,下降了60.9%,有效地降低了模拟值与观测值在空间上的差异;浮游植物表层生物量平均值也从0.103 1上升至0.125 2 mmol·m-3,更接近SeaWiFS观测.实验结果表明通过引入参数的空间分布来改进海洋生态系统的模拟是可行的.     

钱塘江强潮河段江道缩窄治理研究

对钱塘江强潮河段江道缩窄治理进行研究。首先,回顾治理方案的比选,江道全线缩窄时河轴线线路和河道宽度的确定原则,以及不同河段的指数放宽率。然后,介绍了在涌潮汹涌、滩涂淤坍变化剧烈的强潮河段,实施筑堤所采取的工程措施的步序与要点。最后,分析论证了大规模江道缩窄治理后河床、潮汐、洪水位及涌潮高度等特征值的变化。可供进一步深入理论研究和工程施工参考运用。     

渤海冰-海洋耦合模式Ⅰ.模式和参数研究

在国内外冰-海洋耦合模式研究基础上,根据渤海水文、气象和冰情特点,以国家海洋环境预报中心的渤海海冰预报模式和POM海洋模式为基础,开发了一个冰-海洋耦合模式.在该耦合模式中,冰和海洋之间的动量和热量交换是双向的,冰厚和冰密集度的变化不仅由冰表面和冰底的热收支决定,还由开阔水的表面热收支决定.侧重阐述了耦合模式的动力和热力学过程的耦合,并对模式中一些热力参数进行了讨论.     

利用TRMM资料对热带气旋“威马逊”结构及其降水特征的研究

利用NASA提供的热带测雨卫星(TRMM)资料和NCEP/AVN模式的实况分析场研究了热带气旋“威马逊”(2002)的演变过程、结构和降水特征.对要素场及倾斜对流有效位能诊断分析发现,降水的分布和强度对热带气旋的发展有很好的指示作用.针对MM5的几种积云参数化方案进行了数值试验,初步研究了各方案在热带气旋定量降水预报(QPF)中的作用.