山东半岛典型冷涡暴雪个例对流云及风场特征的观测与模拟

利用卫星云图、 多普勒天气雷达资料、 常规观测资料和MM5模式模拟结果, 分析了2005年12月4日典型冷涡造成山东半岛暴雪的云带变化、 对流单体的生成与发展、 低空急流特征及雷达强回波带的变化特征。结果表明： 冬季冷涡携带强冷空气南下, 经过渤海暖湿下垫面后影响山东半岛时, 卫星云图上从渤海到山东半岛可以清楚地分析出造成暴雪的西南-东北向结构特征的横向云带; 雷达图上, 在渤海到山东半岛形成一强降雪回波带, PPI径向速度图上可清楚地分析出暴雪区的低空急流和中尺度对流的低空辐合, 雷达径向速度垂直剖面反映暴雪产生在零速度线附近和低空急流的存在; MM5模式模拟结果显示： 暴雪发生时山东半岛在1.5 km存在低空急流, 水平风的时间-高度垂直剖面反映暴雪发生时干冷空气经过暖湿的渤海海面在700 hPa以下出现暖平流, 垂直上升运动和散度的低层辐合、 高层辐散与雷达图像反映的强降雪回波是相对应的。     

四川盆地西部暴雨对初始水汽条件敏感性的模拟研究

基于区域暴雨数值预报模式AREM, 针对2003年8月发生在四川盆地西部的多次局地强暴雨过程, 通过数值试验, 讨论了川西暴雨对初始水汽条件的高度敏感性, 揭示了川西暴雨过程独特的局地水汽循环特征。初始水汽条件不仅决定着暴雨的强度, 还对最大降水发生时间产生明显影响, 从而决定模式对降水日变化的模拟效果。局地初始水汽偏大, 不仅导致24小时降水总量的迅速增加, 甚至空报暴雨, 还使得主要降水时段明显提前, 使夜雨变为昼雨。局地初始水汽减少不仅会显著减小降水量, 甚至会致使暴雨消失,还会使主要降水时段滞后。     

一种单层城市冠层模式的建立及数值试验研究

本文在引进先进的城市地表能量平衡方案 (Town Energy Balance, 简称TEB) 的基础上建立了一个单层城市冠层模式, 并对南京市典型居民区1 km2范围内的局地尺度地表能量平衡各分量进行离线模拟, 将模拟结果与同期观测值作了比对, 发现: TEB方案对城市地表能量平衡各分量的模拟效果良好, 而该方案的模拟性能受建筑物表面材料反照率取值的影响较大。在离线研究的基础上, 本文又将TEB方案成功耦合到南京大学区域边界层模式 (NJU－RBLM) 中, 作为该模式的地表能量平衡参数化方案之一, 分别选取该边界层模式中原有的地表能量平衡参数化方案SVAT (Soil－Vegetation－Atmosphere－Transfer model) 和新引入的TEB方案对冬夏两季不同个例进行模拟, 以常规近地面气温观测资料和Landsat卫星观测的地表反照率资料对模拟结果进行比较, 结果表明: TEB方案对原大气边界层模式的模拟效果有明显改善, 对近地面热力场的改善效果尤为明显, 可以很好地模拟出城市冠层中的“陷阱效应”。     

一次广东省大雾过程的数值模拟分析

利用美国国家大气研究中心（NCAR）和宾夕法尼亚州立大学联合研制的第5代中尺度气象模式系统MM5,对广东省地区春季出现的一次大雾过程进行了数值模拟研究。模式模拟结果与实际温湿探空的对比表明,模式很好地模拟了大雾过程的流场变化特征及表征大雾的液态水含量分布。对这次大雾生消过程起决定性作用的是925 hPa风场的变化。当925 hPa转为偏南风控制时,暖湿的海洋性空气流经较冷的下垫面从而形成大范围的平流雾;而当925 hPa转为干冷的偏北风控制时,原本形成的大雾很快就消散了。同时模式也很好地模拟了伴随此次平流雾出现的逆温过程。逆温层高度约在900 hPa附近,具有相当的厚度,这对于大雾的形成和维持有一定作用。另外,利用模式模拟的液态水含量值估算的能见度水平分布情况与实况的观测结果也较为一致。     

CERES-Wheat模型在我国小麦区的应用效果及误差来源

气候模型与作物模型耦合是评价未来气候变化对作物生产影响的常用方法之一, 但当两者结合时, 存在着空间和时间尺度差异问题, 将作物模型升尺度到区域是解决该差异的一种方法。将CERES-Wheat模型升尺度进行区域模拟, 利用区域校准后的CERES-Wheat模型, 模拟了1981—2000年全国各网格小麦产量, 与同期农调队调查产量相比较, 以探讨CERES-Wheat模型在我国小麦区的模拟效果及误差来源。结果表明:全国小麦产量的区域模拟值与农调队调查产量的相对均方根误差为27.9%, 符合度为0.75, 全国59.2%的模拟网格相对均方根误差在30%以内, 其中相对均方根误差小于15%的占26.3%;各区的效果不同, 种植面积最大的小麦种植生态2区, 模拟效果最好。总体来说, CERES-Wheat的区域模拟, 可以反映产量变化规律, 能为宏观决策提供相应信息, 尤其是在主产区; 但区域模拟中还存在一系列误差, 今后还需进一步研究。     

Responses of Vertical Structures in Convective and Stratiform Regions to Large-Scale Forcing during the Landfall of Severe Tropical Storm Bilis （2006）

The responses of vertical structures,in convective and stratiform regions,to the large-scale forcing during the landfall of tropical storm Bilis(2006) are investigated using the data from a two-dimensional cloud-resolving model simulation.An imposed large-scale forcing with upward motion in the mid and upper troposphere and downward motion in the lower troposphere on 15 July suppresses convective clouds,which leads to ～100% coverage of raining stratiform clouds over the entire model domain.The imposed forci...     

Simulations of the Tropical Intraseasonal Oscillation by the Atmospheric General Circulation Model of the Beijing Climate Center

The performance of BCC (Beijing Climate Center) AGCM 2.0.1 (Atmospheric General Circulation Model version 2.0.1) in simulating the tropical intraseasonal oscillation (TIO) is examined in this paper.The simulations are validated against observation and compared with the NCAR CAM3 (Community Atmosphere Model version 3) results.The BCC AGCM2.0.1 is developed based on the original BCC AGCM (version 1) and NCAR CAM3.New reference atmosphere and reference pressure are introduced into the model.Therefore,the origi...     

一次冷锋过境后的海风三维结构数值模拟

为研究大尺度系统风对海风的影响以及海风三维结构特征,利用山东省123个地面自动站资料、青岛地区三十多个内陆及沿海、海岛观测站以及奥帆赛场3个浮标站资料,对2006年8月21日青岛一次海风个例进行了分析,并利用美国俄克拉荷马大学风暴分析预测中心开发的ARPS(the Advanced Regional Prediction System)模式,对海风过程进行了数值模拟研究。结果发现:在较强的离岸风背景下,当内陆气温高于海面气温2℃左右时,海风也可以发生。海风首先在海岸线附近的海上开始,发展的同时向内陆及远海地区推进。海风低层环流很浅,主要位于500 m以下。在较强的偏北离岸风下,海风向内陆推进的距离很短。偏北的大尺度系统风由于渤海冷下垫面的影响,不利于青岛海风的维持。海风开始时,在1500～2500 m高度处同时有反环流出现,但直到傍晚前后,海风的垂直环流圈才发展得比较清晰,其高度也更接近地面。海风消亡后,高层的垂直环流圈及反环流维持3 h左右才逐渐消亡。     

地表通量输送对飑线过程影响的数值模拟研究

使用水平分辨率20km的RSM-RANAL再分析资料和WRF模式,对2004年7月12日影响上海地区的一次飑线过程进行分析和数值模拟,结果表明:(1)雷暴发生区域的西北侧约300km处有一冷锋,地面风场辐合;中低层为一致西南急流,雷暴发生区域上空300hPa位于西风急流右后侧辐散区中;地面存在明显的温度梯度。(2)雷暴发生前浙皖交界山区处的CAPE增至1000J/kg,CIN减至30J/kg以下;杭州湾附近的CAPE值大于2000J/kg。这些地方之后均有强对流单体生成,并成为飑线的一部分。(3)WRF模式对这次飑线过程的主要特征模拟较好,包括地面风场和飑线的结构。(4)敏感性试验指出陆面过程对本次飑线过程的形成发展起了重要作用。一方面通过潜热通量输送增大边界层湿度;另一方面通过感热通量输送改变了边界层的层结结构,使得低层辐合(或抬升)比较容易释放不稳定。在强对流天气的预报中地表条件不可忽略。     

Application of Dynamic Subgrid-scale Models for Large-eddy Simulation of the Daytime Convective Boundary Layer over Heterogeneous Surfaces

The sensitivity of large-eddy simulation (LES) to the representation of subgrid-scale (SGS) processes is explored for the case of the convective boundary layer (CBL) developing over surfaces with varying degrees of spatial heterogeneity. Three representations of SGS processes are explored: the traditional constant Smagorinsky–Lilly model and two other dynamic models with Lagrangian averaging approaches to calculate the Smagorinsky coefficient (C _S ) and SGS Prandtl number (Pr). With initial data based roughly on the observed meteorology, simulations of daytime CBL growth are performed over surfaces with characteristics (i.e. fluxes and roughness) ranging from homogeneous, to striped heterogeneity, to a realistic representation of heterogeneity as derived from a recent field study. In both idealized tests and the realistic case, SGS sensitivities are mostly manifest near the surface and entrainment zone. However, unlike simulations over complex domains or under neutral or stable conditions, these differences for the CBL simulation, where large eddies dominate, are not significant enough to distinguish the performance of the different SGS models, irrespective of surface heterogeneity.