2017年5月7日广州特大暴雨模拟中的背景场影响分析

2017年5月7日广州发生了特大暴雨,为研究不同背景场资料对这次暴雨过程的影响,模式背景场分别采用美国NCEP的GFS资料和中国的T639资料,利用GRAPES_Meso模式对这次暴雨过程进行了数值模拟和影响分析;数值试验结果表明,采用不同的背景场对这次暴雨过程具有显著影响,用T639资料(T639_run)作为模式背景场大致模拟出了这次暴雨过程,而采用NCEP GFS数据(GFS_run)模拟的降水明显偏北。其原因是,采用T639资料做背景场时,华南暴雨区域存在深厚的水汽输送,同时存在强烈的上升运动,可以产生极端强降水;而采用GFS资料进行数值模拟时,实际暴雨区上空的上升气流较弱,水汽输送也较弱,使强降水落区偏北。GRAPES_Meso模式模拟的华南地区的云顶高度整体偏高,云顶温度整体偏低,相对来说,采用T639_run的模拟结果优于GFSrun的结果,该研究结果可以为云降水方案中的水物质和云量计算方案的改进和优化提供一定的参考。     

不同要素谱逼近对高分辨区域数值模式梅雨模拟的改进

为改进高分辨率区域数值天气预报模式雨带模拟偏差,利用WRF模式探讨了不同要素及其组合谱逼近方法对2015年浙江典型梅雨天气预报性能的影响。结果表明:(1)不同单要素逼近对梅雨模拟效果影响差异明显,风场逼近对模拟结果改进较大,高度场逼近对结果略有改善,而温度场逼近主要表现为负效应;风场组合了其他要素的逼近效果与单要素类似,故将水平风场谱逼近确定为最优方案。(2)最优方案对梅雨期间形势场各要素改进程度的排序为纬向风、经向风、相对湿度、温度场和高度场;三个特征层850、500、200 hPa各要素平均的均方根误差(相关系数)分别降低了(增加了)24. 1%(13.6%)、22.7%(21.7%)和13.0%(12.2%);且改进幅度随预报时效的延长而增加,这主要与区域模式内部大尺度系统的误差随积分时间增长有关。(3)典型个例分析显示,最优方案在较好订正低层风场及切变线动力条件的基础上,经过数值模式各物理过程的协同积分也修正了高湿区等关键热力因子,最终改进了高分辨率区域模式的梅雨模拟。     

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。      

WRF模式模拟飑线的低层温度偏差分析

为了研究WRF （Weather Research and Forecasting）模式模拟飑线的低层温度偏差问题,选取2009年6月14日发生在江苏省北部的一次飑线个例进行分析。通过WRF模式对此次飑线过程的模拟发现,WRF模式模拟的低层日最高气温滞后实际观测2～3 h,且模拟的傍晚低层气温的降温幅度低于实际观测2～3℃。对比试验证实,通过改变边界层参数化方案可以减弱边界层与自由大气的温度交换,进而在一定程度上改善模拟结果,即模拟的飑线强度和低层温度均与实际观测更加相近;在不改变边界层方案的情况下,将地面自动加密观测站数据加入模拟中也可起到相同的作用。     

时间加密探空观测对分析和预报质量的敏感性研究

探空观测是气象资料同化中最基本的常规观测资料,对同化分析和预报的有效改善具有重要作用。由于现有探空观测站的空间分辨率较低,分布不均匀,且每日仅有两次观测,数量偏少,限制了其分析场对中小尺度大气状态的准确再现能力。自我国L波段雷达-数字探空仪更新换代以来,探空观测具备了获取每日4次、垂直分辨为秒级和分钟级的大气廓线资料。本文利用WRF中尺度数值模式,通过06时（世界时,下同）加密探空资料和12时常规探空资料的有效同化,研究分析了时间加密探空观测资料对同化分析和预报质量的敏感性影响。结果表明：同化06时的时间加密探空资料的午后暴雨预报质量优于12时常规探空观测。具体而言,同化06时的时间加密探空资料预报的大雨和暴雨的预报技巧高于12时常规探空资料;位势高度、温度和风场等预报场的均方根误差在高层的改进效果更加明显;06时的时间加密探空资料的同化对高层的高空急流和低层的水汽通量散度的预报质量贡献更大。批量试验进一步证实了有效同化时间加密探空资料对分析和数值预报效果改进的积极意义。     

非平稳空间相关多点地震动合成方法研究

根据地震波的传播特点,在现有的非平稳空间相关多点地震动合成方法的基础上进行了改进。通过修正随机相位角,使生成的多点地震动在局部场地上具有收敛性。给出了未知和已知相位差谱统计规律2种情况下非平稳多点地震动的合成方法。进一步提出了基于实际地震纪录的空间相关多点地震动合成方法。这些方法可用于大尺度结构的多点输入分析。     

地震工程研究的科学大平台

始于十九世纪末的地震工程研究,在其100多年的历史中积累了大量的理论和实践经验,随之而建设起来的各类地震工程实验设施分布于世界各地。近20年来,信息技术的飞速发展使得分布于世界各地的实验设施通过网络实现协同实验和资源共享。基于以上的信息,为了更好更快地和国际接轨,本文提出了建设一个地震工程研究领域的科学大平台设想。这个大平台包括三个方面的内容:数值模拟,网络协同实验系统和基础信息系统,将形成本领域开放性的综合科学平台。在数值模拟方面,这个科学平台将利用最新的信息技术将本领域的科学研究结果和方法集成起来,形成一个模块式的科学研究平台系统。在网络协同实验方面,将采纳美国NEES的思路,并对其改进和提高之后应用于中国。在基础数据方面,将利用最为先进的数据仓储技术,建设一个可以服务于地震工程科学研究的数据平台。最后,文章给出了建设这个科学平台的规划,以及目前的进展和资金支持等情况。     

浮放设备地震滑移反应数值模拟研究

以前人研究建立的浮放设备滑移反应分析理论为基础,给出了浮放设备在水平和竖向地震输入下滑移反应运动微分方程,选取连续型的库仑摩擦力模型,采用Runge-Kutta法求解浮放设备地震滑移反应运动微分方程,可以得到浮放设备在地震作用下的绝对加速度、相对速度和相对位移反应时程。采用编制的计算程序,进行了浮放设备地震滑移反应参数影响研究,结果表明:浮放设备水平滑移反应随着水平地震地面输入或楼层反应输入的增大而增大,随着设备与支撑面之间摩擦系数的增大而减小;当水平向输入加速度峰值大于0.3g时,需要考虑竖向激励的影响。     

西部某水电站坝区采空区的工程效应研究

通过对西部某水电站的地质环境分析,揭示了采空区分布特征.对溢洪道进行数值模拟,研究采空区上覆岩层的影响范围,分析采空区对溢洪道的影响.最后综合分析采空区对水电站不同工程部位的危害,提出相应的处理措施.     

层序地层学模拟研究进展及趋势

模拟层序地层学是层序地层学理论重要的研究手段之一,在国外该项技术较为成熟.层序地层计算机模拟软件采用的算法主要有扩散算法、流体流动算法、几何控制沉积算法、经验数值逼近算法、沉积物搬运的构造校正算法.目前,国外学者对以海平面升降、构造沉降和沉积物供应为主控因素的层序地层概念模拟的适用性提出了质疑,并对层序控制因素的多样性和不确定性进行了深入的研究.结合当前的研究进展,提出了层序控制因素的"多变量系统"观点,将层序的控制因素分为综合变量和独立变量,进一步指出如果假设综合变量为独立变量,则可以简化层序模拟,假设越多,模拟越简单,但模拟结果越粗略;要使模拟结果真实地反映实际地层特征,就要尽可能采用独立变量.