大气对流边界层发展的模拟研究

室内水槽模拟是大气边界层研究的一种重要手段。利用室内模拟水槽对大气边界层的发展进行了模拟,通过处理平均温度廓线和光斑图像得到了对流边界层顶部位置h2和边界层高度zi。结果表明,不同测量方法得到的结果一致性很好,与实际大气的边界层发展情况也较为接近。同时,根据试验情况确定初始条件和边界条件,使用边界层参数化模型进行了数值模拟,其结果与室内模拟的结果也较吻合。     

陆面过程模式的研究进展简介

陆面过程是影响大气环流和气候变化的基本物理、生化过程之一。根据陆面过程研究的发展进程,介绍了三代陆面过程模式的不同特点和发展历程,指出在未来陆面方案中,引入光合作用和碳循环,可以更加真实地反映土壤、地表、大气、生物圈相互作用。陆面过程模式发展应该着眼于综合并且动态考虑植被类型变化、光合作用、碳循环和水循环的真实水文生化模型建立,将有效增强对气候变化的研究,提高天气预报模式的准确率。     

陕西省气象灾害灾情特征及年景评估

本文利用WRF模式对2011年7月3日成都地区的一次强雷暴伴强降水过程进行了数值模拟分析。通过采用不同的物理过程参数化方案的对比研究表明,物理过程对降水及雷暴的落区和强度非常重要,试验结果也表明,在成都这样紧邻青藏高原的特殊地形环境下进行WRF模式的模拟及应用也是可行的。     

沙尘天气过程临界起沙因子的研究进展

临界起沙摩阻风速u*t或临界起沙风速ut是土壤可蚀性的度量指标之一,是表征沙尘颗粒进入大气的重要因子,也是沙尘暴预报模块中最重要的参数之一.野外实验、模式参数化和统计理论是近年来确定临界起沙摩阻风速u*t或临界起沙风速ut的3种主要方法.利用不同方法获取u*t或ut的结果可以相互校验.野外实验的实测结果可为获取适用的起...     

一次冷锋过境过程的中尺度通量观测

根据Taylor假定 ,通过对铁塔定点观测冷锋过境湍流资料的谱分析 ,分离出其中尺度过程 ,从而计算出其中尺度通量 .计算结果的分析表明 ,在强背景风场条件下 ,湍流动量输送占据绝对优势 ;当背景风较弱时 ,中尺度动量通量不能被忽视 ,它甚至强于湍流动量通量 .而中尺度感热通量的强弱受多种因素的制约 .总的说来 ,冷锋后的中尺度感热通量大大强于湍流感热通量 .对于湍流通量参数化计算的理论分析表明 ,在较长的时间尺度进行湍流通量参数化时 ,有必要考虑因中尺度扰动而产生的修正 .合理的通量计算参数化方案需要全面包含湍流通量、中尺度通量以及中尺度过程对湍流通量的修正     

微物理过程参数化方案对辽宁一次暴雪的数值模拟差异分析

利用WRFv3.9.1中尺度数值模式,采用Lin、WSM6、Thompson、WDM6四种微物理过程参数化方案对2007年3月4日辽宁特大暴雪过程进行了数值模拟研究。使用61个国家级气象站降水观测资料,评估了模式对此次降水过程的模拟能力,对比分析了不同微物理过程参数化方案模拟降雪过程中相态变化和水成物空间分布的差异。结果表明:4种微物理过程参数化方案均能模拟出与CloudSat卫星反演反射率分布相接近的结果,其中Thompson方案模拟的回波顶更高,向北伸展的范围也更大,其他3种方案回波顶高均在8 km附近。4种方案对降水落区的模拟略有差异,整体来看WSM6方案对本次降水的极值中心位置,以及不同降水量级的TS评分整体都优于其他3种参数化方案。降水相态模拟与观测的对比分析发现,WSM6、Lin和WDM6三种方案均能够模拟出雨雪分界线不断南压的过程且雨雪分界线位置准确,而Thompson方案对辽宁南部地区雨转雪时间模拟偏晚。从云微物理特征上看,4种方案均能模拟出大气低层存在的雨水粒子,其中WDM6方案模拟的雨水含量明显较其他3种方案更多,Thompson方案模拟出更多的雪粒子和最少的霰粒子,Lin方案霰粒子南北范围广、伸展高度高,WSM6和WDM6两种方案模拟出较少的霰粒子,这两种方案模拟的云冰高度也更低,正是各种水成物空间分布的差异决定了不同微物理过程参数化方案对降水量和降水相态模拟的差异。      

沙尘天气过程起沙特征的观测试验和参数化研究进展

沙尘天气过程研究中,起沙过程是沙尘传输和沉降的基础,沙尘模式中的起沙参数化方案决定了能否准确模拟和预报沙尘天气。试验观测和数值模拟是研究起沙过程的重要途径。基于风蚀起沙的物理机制,总结了起沙机制和起沙特征的研究成果,介绍了风蚀起沙的主要影响因子,回顾了起沙关键参数（临界起沙摩擦速度（u*t ）或临界起沙风速（Ut ）、水平跃移沙尘通量（Q）和起沙通量（F））的试验观测及其沙尘模式应用中的参数化方案,并讨论了不同起沙参数化方案的应用与校验。同时,针对目前研究中存在的问题和今后可能的研究方向提出建议。     

Application of a Large-Eddy Simulation Database to Optimisation of First-Order Closures for Neutral and Stably Stratified Boundary Layers

Large-eddy simulation (LES) is a well-established numerical technique, resolving the most energetic turbulent fluctuations in the planetary boundary layer. By averaging these fluctuations, high-quality profiles of mean quantities and turbulence statistics can be obtained in experiments with well-defined initial and boundary conditions. Hence, LES data can be beneficial for assessment and optimisation of turbulence closure schemes. A database of 80 LES runs (DATABASE64) for neutral and stably stratified planetary boundary layers (PBLs) is applied in this study to optimize first-order turbulence closure (FOC). Approximations for the mixing length scale and stability correction functions have been made to minimise a relative root-mean-square error over the entire database. New stability functions have correct asymptotes describing regimes of strong and weak mixing found in theoretical approaches, atmospheric observations and LES. The correct asymptotes exclude the need for a critical Richardson number in the FOC formulation. Further, we analysed the FOC quality as functions of the integral PBL stability and the vertical model resolution. We show that the FOC is never perfect because the turbulence in the upper half of the PBL is not generated by the local vertical gradients. Accordingly, the parameterised and LES-based fluxes decorrelate in the upper PBL. With this imperfection in mind, we show that there is no systematic quality deterioration of the FOC in the strongly stable PBL provided that the vertical model resolution is better than 10 levels within the PBL. In agreement with previous studies, we found that the quality improves slowly with the vertical resolution refinement, though it is generally wise not to overstretch the mesh in the lowest 500 m of the atmosphere where the observed, simulated and theoretically predicted stably stratified PBL is mostly located. The submission to a special issue of the “Boundary-Layer Meteorology” devoted to the NATO advanced research workshop “Atmospheric Boundary Layers: Modelling and Applications for Environmental Security”.     

陆面气象要素非均匀分布对模式计算的影响及其参数化初步探讨

为改进陆面过程的参数化，初步探讨了模式中陆面气象要素次网格尺度不均匀性分布对模拟计算结果的影响。应用平均化方法初步探讨陆面过程的参数化，并分析了气象要素次网格尺度不均匀性分布对计算结果的影响特征。结果表明，次网格尺度不均匀性分布对模式的计算结果会产生一定的偏差，可用平均化方法对陆面过程次网格尺度不均匀性分布进行初步参数化。