WRF模式不同云微物理参数化方案及水平分辨率对降水预报效果的影响

利用WRF模式和GFS资料对一次大尺度天气系统作用下的暴雨过程进行了回报,分析了WRF模式不同降水方案和3种不同的水平分辨率（45km,15km和5km）对降水预报效果的影响。结果表明：①对于大尺度强迫作用较强的暴雨,尤其是层状云降水为主的暴雨,云微物理过程方案对降水的影响远大于积云参数化方案对降水的影响。②WRF模式不同的微物理过程方案对各等级降水量的预报效果差别较大。其中Kessler方案的TS评分明显随降水量级的增加而减小,其他6个方案的TS评分都呈现＂两头大,中间小＂的特点,即小雨和暴雨的TS评分较高,而中雨和大雨的TS评分较低。③对于小雨量级的降水,Lin方案的预报效果最好;对于中雨和大雨量级的降水,WSM 3方案的预报效果最好;对于暴雨量级的降水,WSM 5方案的预报效果最好;整体预报效果最好的是WSM 3方案,其次是WSM 5方案,Kessler方案最差。④WRF模式的降水预报效果并不总是随水平分辨率的提高而提高。模式水平分辨率的提高存在明显的阈值（15km左右）,当模式的水平分辨率提高到超过这一阈值以后,预报效果开始转差。     

新一代中尺度预报模式（WRF）国内应用进展

随着中尺度大气模式的不断发展,新一代中尺度天气研究和预报模式WRF因其完全开放、可移植性强、更新快等特点在国内外得到了广泛应用。从物理参数化方案研究,实时个例模拟研究及与中尺度大气模式MM5的对比研究3个方面介绍近10年来WRF模式在国内的发展和应用概况,阐明WRF模式在中尺度模拟中的普适性和优越性,展望WRF模式在国...     

不同边界层方案对一次华北暴雨数值模拟的敏感性研究

以2010年8月17—19日华北地区的暴雨事件为研究对象,采用中尺度数值模式WRF,通过8个数值实验测试暴雨事件模拟结果对不同边界层方案的敏感性。结果表明,采用不同边界层方案的模拟结果存在明显差异。分辨率为12 km时,7个边界层方案实验均模拟出类似观测的四处较强降水,但模拟得到的降水强度和强降水中心位置与实况有所差异,NOPBL实验模拟的雨带收缩,降水相对其他模拟实验较少且更为集中。分辨率为4 km时,采用边界层方案的7个实验均可见小尺度降水结构,模拟出较多虚假降水中心,而在NOPBL试验中降水的小尺度结构不明显。检验表明:分辨率为12 km时,MYJ试验的TS评分、相关系数和误差分析等整体表现最优,分辨率为4 km时,Bou Lac试验整体表现最优。与NOPBL试验相比,加入MYJ边界层方案后,模拟的水汽输送增加、上升运动及涡散度绝对值增大。     

局地海表温度异常影响热带气旋路径的模拟研究

本文以热带气旋"鲇鱼"(2010)为例,利用WRF模式和"鲇鱼"移动路径上不同的局地海表温度(SST)强迫进行了敏感性数值模拟。控制试验(CTRL)采用NCEP的SST强迫,敏感性试验分别在"鲇鱼"登陆菲律宾前的路径上增加(EXP1)和减小(EXP2)SST。结果表明:CTRL试验模拟的热带气旋路径与实况非常一致,EXP1试验模拟的热带气旋路径提前转向,移动路径偏东,EXP2试验模拟的热带气旋路径转向滞后,且移动路径偏西。对SST异常导致热带气旋路径出现差异的原因分析发现,热带气旋在吕宋岛东侧经过异常暖SST海面时,热带气旋强度增强,产生异常的正涡度平流,且500 h Pa以上凝结潜热释放增强副热带高压敏感区出现温度场的正异常,500h Pa以下水凝物的混合和蒸发作用增强造成副热带高压敏感区温度场的负异常,加之正的异常涡度平流和异常的上暖下冷温度场配置使得500 h Pa位势高度降低,副热带高压强度减弱,副热带高压西伸范围减小,导致热带气旋提前向北转向,移动路径偏东。反之,当热带气旋在吕宋岛东侧经过异常冷SST海面时,副热带高压西伸范围扩大,导致热带气旋向北转向滞后,路径偏西。     

WRF中不同积云对流参数化方案对青岛降水预报影响的对比分析

1~10 km水平分辨率是中尺度模式是否采用积云对流参数化方案的"灰色带"。基于青岛市气象局9 km分辨率WRF模式,分别选择KF、GD和BMJ三种积云对流参数化方案对青岛5次大范围降雨过程进行预报试验,分析比较不同积云对流参数化方案对青岛地区降水预报效果的影响。结果表明,这三种积云对流参数化方案对不同量级的降雨具有不同的预报性能:BMJ对小雨预报性能最佳;没有考虑积云对流参数化过程的控制试验对中雨的预报效果最好,KF方案次之;GD方案对大雨和暴雨预报效果均较好。对稳定性降水,GD方案对沿海站点降雨量预报效果较好,KF方案则对内陆站点预报性能较好;对对流性降水,BMJ方案无论是在沿海站点还是在内陆站点都有比较好的预报效果。在降雨空间分布上,对稳定性降水过程,各试验方案均模拟出了小于50 mm的降雨区,对大于100 mm强降雨区,GD方案具有较好的预报效果;对对流性降水过程,BMJ方案预报效果整体较好。     

云分辨尺度下一种综合调整水物质含量的闪电资料同化方法

在直接调整水汽含量（称为F12）和直接调整冰相粒子浓度（称为Q14）两种闪电资料同化方法的基础上,提出了一种综合调整冰相粒子浓度和水汽含量（称为C17）的闪电资料同化方法,选取一次具有完整闪电观测资料（云闪加地闪）的飑线过程,利用WRF在云分辨尺度进行数值模拟,详细比较了3种闪电资料同化方法的模拟结果。与不进行闪电资料同化的控制试验相比,闪电资料同化试验明显改进了模式对流活动的模拟能力,但是不同同化方法有所差异。在同化时段内,F12方法中回波强度较小,形成大范围层云区,回波中心比实测偏向下游;Q14方法回波强度和落区同实测最为接近,但是对层云区的模拟无明显改进;C17方法综合了F12和Q14方法的优势,与F12方法相比,回波强度增大,落区更加接近实测,层云区面积扩大。同化结束后,F12方法冷池有所增强,雨区向东北方向延伸,但是强度较弱,形成大范围的弱降水区,同化正面效果保持最久;Q14方法低层大气偏干,地表冷池偏强,对流系统迅速移动并衰减,降水区域比实测偏南,同化正面效果消失较快;C17方法冷池范围和强度与实际观测最为接近,降水较F12方法增强,模拟出的飑线形态得到调整,模拟出了实测中的另一降水中心,同化正面效果保持时间延长。      

宁波一次罕见持续重度污染事件的成因分析

2013年12月1—10日宁波市出现历史罕见持续性重度污染事件。基于常规天气观测、浙江省自动气象站、宁波慈溪边界层风廓线雷达和凉帽山岛370 m高塔、宁波市和舟山市污染物监测等资料,应用美国NOAA HYSPLIT4模式进行粒子后向轨迹分析,并将CALMET诊断模式应用到WRF中尺度数值模式输出,对本次污染发展和消散过程宁波市3 km以下气象要素进行精细化诊断分析,计算通风系数。结果表明：（1）合适的环流背景是污染发展和持续的主要原因。气溶胶粒子浓度升高过程中有3次弱冷空气影响,主要表现在800 m以上层次,为粒子的输送提供了好的动力条件,却又不影响边界层风速和稳定性。弱冷空气间歇期风力弱,风向快速变化,利于粒子的循环滞留。（2）污染发展和持续阶段宁波市区3000 m以下持续弱下沉气流,夜间边界层高度低,200 m以下存在明显逆温层,导致气溶胶粒子在低层的堆积和能见度的降低。（3）污染发展和持续阶段夜间通风系数均小于1 m²/s,扩散条件很差,而污染消散阶段通风系数明显增大。没有外源性粒子输入时,通风系数与气溶胶粒子浓度成负相关。     

一次中尺度对流低涡增强阶段的能量诊断分析

本文基于CFSR每日4个时次、水平分辨率为0.5°×0.5°全球预报场资料,美国NCEP中心每日4个时次、水平分辨率为1°×1°FNL全球再分析格点资料,以及华中地区国家基准站逐小时的加密降水资料,围绕2015年6月1日华中地区的一次中尺度对流低涡(mesoscale convective vortex,MCV)天气过程,通过WRF模拟和能量诊断的方法,重点研究了低涡增强期内的能量分布特征及其对低涡发展的影响机制。研究结果表明:此次MCV初生于湖北中部地区,低涡生成后向湖北东北部大别山地区移动且不断发展加强,MCV增强阶段的降水带分布由早期的三中心分布(分别位于宜昌、荆州、随州)演变为后期的纬向型雨带分布。降水产生的凝结潜热释放、对流有效位能的增强、低层暖湿气流的输送以及中层干冷空气的侵入等有利的环境场条件对低涡的增强起到了重要的推动作用。低涡的增强对能量演变有重要影响,具体表现为一方面MCV外围辐合气流随低涡发展而增强,引起对流层低层扰动动能的增加,另一方面MCV外围降水产生的凝结潜热,导致对流层中层扰动有效位能的增加,之后通过垂直气流作用使扰动有效位能向上输送,从而使对流层高层的扰动有效位能增加。另外,此次MCV增强阶段的能量制造项依次为:扰动有效位能向扰动动能的转换,不同高度层的基本气流黏性力作用效果,纬向平均有效位能向扰动有效位能的转换,以及来自系统外部扰动动能的输入。其中,扰动有效位能向扰动动能转换是对MCV发展增强的直接贡献项,对其空间分布特征进一步分析可知,在对流层低层和顶层,扰动有效位能向扰动动能转换,使辐合辐散气流增强;而在对流层中高层,扰动动能向扰动有效位能转换,为低涡发展成熟后的继续维持储备了必要的能量。     

广佛同城化发展的热岛效应研究

在新常态区域协同发展的机制下,同城化发展的进程不断加快,由此导致的热岛效应影响不断凸显。城市热岛效应的时空变化,是土地利用类型的改变和人们活动等相互作用的结果。本文以广佛同城区域为例,采用2000年和2010年珠三角的土地利用类型数据,利用WRF(Weather & Research Forecasting Model)气象数值模式,分析广佛同城化加速发展带来的热岛效应强度变化。同时,应用连续变化的灯光数据提取2000-2010年间广佛的建成区变化,从个人口密度、户籍数及工业生产总值等角度出发,对广佛同城化区域热岛强度的湿度变化进行相关性和二元回归分析,研究同城化过程中对热岛效应产生的决定性影响。研究表明,广佛交界处的荔湾、南海、白云、三水、番禺、顺德等地区的气温明显高于其他地区,而月平均相对湿度明显低于其他地区,形成大范围的城市热岛和城市干岛。研究还发现,随着建成区面积的增加,热岛强度增强;人口增长及地区生产总值的变化,与广佛同城化区域热岛强度的相关系数超过0.68。总体而言,广佛同城化发展带来人类活动的加强与土地利用类型的改变,对热岛效应具有重要的影响。     

WRF模式对青藏高原南坡夏季降水的模拟分析

利用中尺度数值模式WRF研究积云对流参数化方案、网格嵌套技术和模式分辨率对陡峭的青藏高原南坡夏季降水模拟的影响。对2006年7月青藏高原南坡地区降水的模拟分析表明:降水对积云对流参数化方案的选择很敏感,不同方案模拟的结果差异显著,采用Grell-Devenyi质量通量方案时的模拟效果优于其他方案。在此基础上,通过5种试验方案比较发现,使用积云对流参数化方案、提高模式分辨率和应用网格嵌套技术能改善降水强度和空间分布的模拟,组合使用时模拟的降水与观测资料更接近。它们均能改进风场,使得水汽的输送和辐合过程的模拟更加准确;还能影响大气的垂直加热状态,导致不同的对流发生,使垂直速度的分布趋于合理。未使用积云对流参数化方案时,大气湿度偏小,而模式分辨率和网格嵌套技术对大气湿度的影响不大。