CAM3模式海气湍流通量参数化的改进及其应用

通过对流性阵风参数化方法,在CAM3原有海气湍流通量参数化方案(CAM3方案)中引入边界层自由对流和降水深对流对海表湍流通量的贡献,改进了CAM3模式的海气湍流通量参数化方案(CAM3 ME方案).在此基础上,利用观测海温积分改进的CAM3模式,分析改进模式对冬(DJF)、夏季(JJA)大气环流异常的模拟性能.结果表明,采用改进的海气湍流通量参数化方案,模式对冬(DJF)、夏季(JJA)大气环流异常年际变化的模拟能力有了很大提高,尤其是冬季(DJF)北太平洋和北美大陆地区以及夏季(JJA)南半球海洋上空.     

水汽场初值调整及其对华南降水预报贡献的研究

该文利用GMS多通道气象卫星资料推导得到的降水资料估算出的加热率, 作为非绝热的非线性正规模初始化过程中的非绝热强迫项, 进行风压场的初值调整, 再采用一个与模式中的对流参数化方案相反的逆运算方案, 进行水汽场的初值调整.以保证初始时刻按模式的物理参数化方案计算得到的加热率与由卫星推导的加热率一致. 这一方法在非绝热的非线性正规模初值化的框架中, 使初始时刻的水汽场得到调整.既实现了传统的初始化目标, 又提高了模式对降水的短时预报效果.对华南的两个个例的试验结果表明该文的方法是有效的.     

Inter-Comparison of lO-year Precipitation Simulated by Several RCMs for Asia

In phase Ⅱ of the Regional Climate Model Inter-comparison Project （RMIP） for Asia, the regional climate has been simulated for July 1988 through December 1998 by five regional climate models and one global variable resolution model. Comparison of the 10-year simulated precipitation with the observations was carried out. The results show that most models have the capacity to reproduce the basic spatial pattern of precipitation for Asia, and the main rainbelt can be reproduced by most models, but there are distinctions in the location and the intensity. Most models overestimate the precipitation over most continental regions. Interannual variability of the precipitation can also be basically simulated, while differences exist between various models and the observations. The biases in the stream field are important reasons behind the simulation errors of the Regional Climate Models （RCMs）. The cumulus scheme and land surface process have large influences on the precipitation simulation. Generally, the Grell cumulus scheme produces more precipitation than the Kuo scheme.     

云和辐射 （II）:环流模式中的云和云辐射参数化

这一部分论述了在环流模式中应用的各种云参数化和云辐射参数化方案。云参数化分为云的诊断和预报二大类，云辐射参数化则包活云光学性质的参数化和云整体辐射性质（反射率、透过率、吸收率和发射率）的参数化。     

MM5模式中不同对流参数化方案的比较试验

应用MM5中尺度模式, 在60、20和10 km模式分辨率下, 分别选用4种不同对流参数化方案 (KUO方案、GRELL方案、KAIN-FRITSCH方案和BETTS-MILLER方案, 以下简称KU、GR、KF和BM方案) 对1996年8月3~4日石家庄暴雨过程进行数值模拟试验.模拟结果的对比分析及其与观测的比较表明:主要雨带位置对参数化方案并不是十分敏感, 但随分辨率提高, 雨带分布特征的模拟更接近实况; 当分辨率提高到10 km时, 虚假的降水中心也明显增加; 模拟的暴雨中心强度随分辨率的提高而增强并随参数化方案的不同有所变化, 但均比实况偏弱.分析还发现, MM5模式的GR、KF及BM方案的次网格降水对总降水的贡献率随分辨率的提高而减小, 而KU方案的情况则呈现出不合理的缓慢增加态势.虽然4种方案下模拟的水平环流特征有较好的一致性, 但模拟的云物理特征和垂直运动特征还是存在一定差别的, 这种差别对定点、定量降水和天空状况、地面气温、湿度等要素的准确预报都会产生影响.因此, 在预报和模拟中应考虑预报和研究对象的特点来选择对流参数化方案.     

环境大气对积云发展的影响

为了能更实际客观地模拟天气的发展变化，在胡志晋教授的一维时变积云数值模式的基础上考虑了环境大气与积云群的发生、发展及降水之间的相互作用，保留了原模式所有的微物理过程，建立了一维积云时变套柱模式。此模式不仅能模拟积云，还可以模拟积云在层状云中发展变化，以及模拟环境大气具有辐合辐散场时积云的发展。     

积云参数化和微物理方案不同组合应用对台风路径模拟效果的影响

利用美国国家环境预测中心(National Centers for Environmental Prediction,NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)联合研发的天气研究和预报模式(Weather Research and Forecasting Model,WRF),研究了不同积云对流参数化方案和微物理过程方案对0514号台风"彩蝶"路径的影响.结果表明,积云对流参数化方案对台风路径影响较大,KF方案比BM方案能更好地模拟出台风路径;使用KF方案时,选择微物理方案比不选微物理方案对于台风路径有更好的模拟结果,其中,Ferrier、WSM6和Lin非常接近于实况;KF方案较好地模拟出副热带高压(简称副高)的西伸和东退的变化以及台风环流的风场分布和强度.     

基于不同分辨率和参数化方案的新疆区域数值模式性能初步评估

基于中尺度数值模式WRF,选取新疆两次强降水过程,设计3个试验方案,其中试验1为控制试验,试验2提高分辨率,试验3提高分辨率并调整物理参数化方案,初步评估不同分辨率和参数化方案对新疆区域2m温度、10m风速、降水预报的影响。结果表明:(1)提高分辨率对2m温度、10m风速模拟精度均有提高,2m温度预报精度提高约0.5℃,降低了日间温度模拟冷偏差;10m风速预报精度提高约0.5m/s,降低了风速模拟正偏差;但提高分辨率后,模式出现虚假降水预报的情况。(2)提高分辨率并调整物理参数化方案后,2m温度模拟误差略有减小,模拟偏差减小约0.2℃;10m风速模拟误差增大约0.5m/s,模拟偏差增大超过0.5m/s;对降水落区、量级的模拟精度显著提高,减小了降水中心的模拟强度,对虚假降水预报有一定修正。     

A Simple And General Subgrid Model Suitable Both For Surface Layer And Free-Stream Turbulence

A new and general approach is presented to allow standard subgrid schemes to besuitable both for surface layer and free-stream turbulence. Simple modificationsto subgrid schemes are proposed and derived for any vertical stabilityconditions. They are simple to implement in models and are suitable for morecomplicated simulations such as large-eddy simulation with inhomogeneoussurface conditions or complex topography. They are also applicable to mesoscaleand large-scale models. These modifications are physically justified by recentmeasurements of spectra close to the ground. The spectral analysis presentedshows how the energy deficit of blocked turbulence for a given dissipation(`anomalous dissipation') dramatically affects the coefficients to be used insubgrid schemes. As shown for neutral and convective cases with wind shear,these changes allow us to substantially improve the prediction of profiles for themean quantities in the surface layer. Agreement with similarity laws in the unstablecase is found up to about 0.2z_i, for simulated shear, stabilityprofiles and dissipation rates of turbulent kinetic energy.     

藉物理耗散技术改进强降水数值模拟的初步研究

利用PSU/NCAR非静力中尺度模式MM5V3,对影响我国北方一次非汛期突发性强降水过程实例,进行了三重嵌套模式区域采用若干不同降水方案(特别是采用显式微物理方案与积云对流参数化方案若干组合)的对比试验,在揭示物理耗散技术正是通过将模式水平扩散方案纠正到符合热力学第二定律的约束而使该中尺度模式的模拟精度和模拟质量获得明显提高的物理实质的同时,从一个侧面证实了数值模式引入第二定律对提高数值天气预报准确率的重要性。