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.     

云凝结核浓度对WRF模式模拟飑线降水的影响：不同云微物理参数化方案的对比研究

采用WRF模式模拟一次影响中国广东省的飑线过程, 分别选取Morrison、 Thompson07、 Thompson09和WDM6云微物理方案实施了四组试验, 每组试验包括不同云凝结核（CCN）浓度的三次模拟, 称为 “低浓度”、 “中浓度” 和 “高浓度”, 将模拟区域划分为深对流、 浅对流和层云区域, 对比分析四组试验中CCN浓度变化对模拟的总降水量、 不同区域降水率和不同区域面积的影响, 进一步分析了云微物理过程、 动力环流强度等受CCN浓度变化的影响。发现: （1） 由于不同云微物理过程与CCN浓度有着直接或间接的联系、 不同云微物理过程之间存在复杂的关联、 云微物理过程与动力环流之间发生非线性耦合, 采用不同的云微物理方案导致模拟的CCN—降雨影响既有相似、 也有差异; （2）模拟的CCN—降水影响在采用Thompson09和Thompson07方案时更显著, 采用WDM6方案时最小; （3）四组模拟试验均出现CCN浓度增加延迟降水产生、 初期降水减弱的情况, 在模拟后期降水量也随着CCN浓度增加而减小, 而飑线成熟阶段CCN—降水影响更加复杂。     

不同辐射参数化方案对南京地区大雾过程数值模拟的影响

为了比较不同长、短波辐射参数化方案对江苏省大雾过程的模拟效果,本文利用WRF模式,通过设计不同长、短波辐射参数化方案,对江苏省2015年5月18—21日和12月20—21日2次典型大雾过程进行了数值模拟,讨论了模式中不同长、短波辐射参数化方案对江苏省大雾过程的模拟影响。采用平均绝对误差(MAR)、均方根误差(RMSE)、皮尔逊相关系数(r)及中国气象局颁布的雾区预报规定,评价得到不同条件的最优模拟方案。结果表明:(1)热力条件与水汽条件,模拟最优方案为长波GFDL方案与短波RRTMG方案组合。(2)动力条件,最优辐射参数化方案组合为CAM方案与FLG方案组合。(3)雾区的模拟,效果最好的方案为长波GFDL方案与短波RRTMG方案的组合。     

基于均一化资料的广州近百年气温变化特征研究

利用RHtest软件结合台站元数据对广州1908—2019年平均气温进行非均一性检验和订正,结果显示在1912、1928、1942、1988、1995、2004和2010年有7个显著的非均一间断点,订正后升温速率为1.39℃/(100 a),较订正前显著增加,具有准50 a和准3 a的显著周期。运用DB16正交小波分析其多时间尺度变化特征,结果显示方差贡献最大的是趋势分量,其次是准3 a和准6 a周期分量。趋势分量从20世纪40年代开始呈现持续的升温趋势;20世纪80年代中期至20世纪末的快速增暖是准50 a和准20 a周期分量的上升期叠加于趋势分量的结果;1998—2014年增暖停滞特征是准50 a、准20 a和准10 a这3个年代际周期分量的降温位相叠加在趋势分量上引起的。     

CALMET的OpenMP并行化

基于处理器制造工艺的提升接近极限,传统的单纯靠提高主频来提升性能已不适合时代需求,促使处理器从单核向多核转化。经过近年发展,多核处理器在当前成为主流配置,而气象程序大部分还是串行的,极大地浪费了处理器的计算资源。MPI和OpenMP作为两种主要的并行环境,具有各自的优势。MPI适用于分布式内存计算机,但是需要对程序进行的修改较多,难度大。OpenMP使用共享内存方式,对程序修改较少。相对来说,OpenMP更适合于多核处理器的并行计算。通过对CALMET进行OpenMP并行化加快CALMET运行速度的尝试,介绍了对串行程序进行OpenMP并行化的一般方法。主要步骤包括：对串行程序进行性能分析,找出计算时间最长的程序段进行并行改写;对循环进行OpenMP并行化,修改中间变量为单个线程私有;编译运行并行程序,进行性能比较;比较并行与串行的运行输出结果是否一致。     

基于不同微物理过程的广西沿海南风型暖区暴雨的数值模拟研究

基于WRFV3.6.1,利用其8个云微物理参数化方案对2010—2016年华南汛期（4—9月）的6个南风型暖区暴雨个例进行数值模拟与多方案集成试验,并采用基于对象的诊断评估方法（MODE）对模拟结果进行评估。结果发现对于大多数个例,WRF模式都能较好地模拟出暖区暴雨的降水带,对暖区降水带模拟最好的参数化方案是WSM6方案,其次是Lin方案;模拟效果较差的参数化方案为CAM5.1与NSSL 2-mon方案。选取模拟结果较好的个例进行诊断分析,发现不同参数化方案得到的动力学特征以及云微物理特征相关变量存在较大差异,导致模拟降水的差异。在单方案模拟的基础上,开展多方案集成试验,发现多方案集成方法能够有效降低模式模拟的不确定性,产生更稳定的模拟结果。     

相控阵天气雷达监测预警龙卷风的过程剖析

天气雷达作为龙卷风监测预警的重要手段之一,应用具有超高时空分辨率的X波段双极化相控阵天气雷达系统,较好地捕获并提前预警龙卷风。以2022年6月19日07时发生在广东佛山南海的一次龙卷风为例,详细剖析龙卷生消及雷达监测预警过程。借助雷达智能预警软件,利用X波段双极化相控阵天气雷达的双偏振量和超高时空分辨率数据,实时反演三维风场和分析龙卷碎片(TVS)特征,能够显著提高龙卷风监测预警水平。实例表明,本次成功地提前18分钟预警龙卷,进一步说明了X波段双极化相控阵天气雷达在强对流天气探测方面具有较强的生命力。     

X 波段双极化雷达对云中水凝物粒子的相态识别

人工影响天气研究需对云中降水粒子的相态和分布结构进行准确识别,以便提高人工影响天气作业效率.中国科学院大气物理研究所的车载X波段双极化雷达可提供与云中降水粒子大小、形状、相态等特征密切相关的4个极化参数:反射率因子、差分反射率、差分相移率、水平和垂直极化相关系数.利用这4个极化参数加上环境温度作为5个输入参量,建立了降水粒子相态模糊逻辑识别算法,识别的降水粒子有10种:毛毛雨、雨、湿霰、干霰、小雹、大雹、雨加雹、湿雪、干雪、冰晶.利用此雷达的实际观测资料,并与地面和飞机空中实测资料对照,对我国南、北方地区观测的降水天气过程进行分析,结果表明:建立的模糊逻辑算法对云内水凝物粒子的相态识别分类合理.     

meso-SAS对流参数化方案的改进及其在9 km分辨率模式中的应用

在分辨率为9 km的华南中尺度模式中引进meso-SAS方案,结合一次季风槽内的华南暖区暴雨天气过程,对原meso-SAS方案中存在的一些问题进行了分析和改进。利用高分辨率模式对积云覆盖比进行诊断,结果表明在9 km网格中积云覆盖比已经不能再忽略不计,因此meso-SAS要比SAS方案更加适用于该模式。原meso-SAS方案中估算的积云覆盖比大致合理,但是分布很不连续,容易导致计算不稳定,通过格点平均垂直速度估算积云覆盖比可以避免出现这个问题。对于受大尺度强迫场影响不是很明显的局地性强降水过程,原meso-SAS方案中使用的“准平衡”闭合假设会引起比较大的降水预报偏差,使用不稳定能量的松弛调整进行闭合可以有效地改善降水预报效果。