尺度自适应大气边界层参数化改进及其对一次海雾的数值模拟研究

大气边界层湍流运动是地球大气运动最重要的能量输送过程之一。当数值模式分辨率接近活跃含能湍涡长度尺度时,湍流运动被部分解析,被称为“灰色区域”,传统的边界层方案不适合此时模式湍流问题的描述。为了提高模式边界层方案在包括“灰色区域”的不同网格尺度上的描述能力,适应不同分辨率模式的需要,在雷诺平均湍流理论基础上,修正Mellor-Yamada-Nakanishi-Niino(MYNN)方案湍流长度尺度参数和非局地湍流的参数表达,改进湿度和温度在“灰色区域”的湍流输送参数化及对网格尺度的自适应能力。利用改进的MYNN尺度自适应方案,分别采用3 km和1 km、1.5 km和0.5 km分辨率单向嵌套网格WRF中尺度模式,对2014年2月26日的一次黄海海雾过程进行模拟试验,检验不同分辨率下改进后的MYNN大气边界层参数化方案的合理性和对海雾的模拟效果。尺度自适应MYNN大气边界层参数化方案在千米级网格尺度上获得稳定、合理的湍流垂直输送计算结果。参照雾区卫星云图,不同分辨率模式低层云水混合比模拟结果具有稳定表现,模拟的雾区分布和温度、湿度等物理量结构都较好地再现了再分析“观测事实”,初步表明该参数化方案有较高的网格尺度自适应能力。