非静力中尺度高分辨率模式模拟中的垂直坐标影响研究

近几年来,随着高性能计算机技术的高速发展,甚高分辨率的中尺度数值预报模式业务应用已成为可能,与之相关的一系列模式技术的新问题也随之提了出来,垂直坐标系的影响就是其中之一。文中借助于美国新一代数值预报模式WRF(WeatherReseachandForecast),比较了非静力中尺度模式高分辨率模拟应用的垂直坐标影响问题。研究表明,当选用几何高度(z)和气压(p)来构造地形追随坐标时,低层两坐标引起的误差基本一样,中高层高度地形追随坐标引起的误差小于气压地形追随坐标;而且分辨率越高差异愈大。高分辨率模拟结果也表明,这种差异趋势是存在的;此外,本文对天气过程的预报要素场进行了相关的分析。

气象非静力中尺度模式的发展趋势

在传统的原始方程动力模式框架设计中，大多数预报模式都采用静力平衡近似。静力近似在垂直尺度与水平尺度的比例较小时是成立的。国外的一些研究表明，当水平尺度达到10km或更小的运动变得重要时，静力假定就变得有问题了，通常认为静力原始方程对细的中尺度模拟是不适合的。当模式水平格距小于5km时，非静力平衡动力过程作用将是显著的、不可忽略的。

利用中尺度模式作辽宁省空气污染气象条件预报

利用非静力中尺度数值模式(MM5V2),试验预报辽宁省空气污染气象条件。在模式中着重加密近地面的垂直分层,使用中期数值预报模式(T106L19)预报场作为初值背景场和侧边界。采用美国污染潜势预报方法,在模式预报输出场中,通过对近地面层的混合层高度和混合层平均风速的判定,预测未来空气污染气象条件,并用SO_2实测值进行检验。

98.7特大暴雨的动力学及能量诊断分析

利用非静力中尺度模式 MM5的客观分析资料对引起这次特大暴雨的可能机制进行了讨论 .指出 ,在“98.7”暴雨发生发展期间 ,梅雨锋系的冷 (暖 )锋后 (前 )部分别有与冷 (暖 )锋平行的 θse密集 (稀疏 )带 ,这表明θse能很好地反映气团与梅雨锋扰动在地面附近的热力结构特征 .对该过程的三维空间动力学锋生函数进行的诊断结果发现 ,92 5 h Pa的锋生带与武汉及其周边地区的暴雨带相当接近 ,揭示了暴雨带与锋生强迫有一定的动力学关系 .而 85 0 h Pa的锋生分布为实际未来4 8h的累积降水量分布提供了可能预报依据 .从能量的观点来看 ,在暖锋区为高温、高湿和高能区 ,并且 。

应用MM5模式对一次冬季降水过程的预报

应用MM5非静力中尺度模式 (以下简称MM5模式 )对 2 0 0 1年 1月 5～ 6日发生在湖北省的一次强降水过程作了尝试预报。结果表明 。

华东地区一次辐射雾的数值模拟分析

利用非静力中尺度模式WRF3.2对2010年11月17日出现在华东的一次辐射雾生消过程进行了数值模拟分析。结果表明:此次大雾是一次典型的辐射雾,稳定的环流形势、近地面层充足的水汽和辐射降温是造成此次大雾的根本原因。WRF模式对此次雾具有很好的模拟能力,模拟雾生消的时间、强度和范围都与实况比较接近,特别是雾中心的模拟,与实况吻合较好;积云参数化对雾的模拟比较敏感,采用浅对流Kain-Fritsch积云参数化方案对雾的模拟效果最好。

青藏高原东北部区域性大到暴雨的诊断分析及数值模拟

利用NCEP时间间隔为6h的1°×1°的格点资料、常规探测资料和MM5V3.4版非静力中尺度模式对2003年7月29～30日高原东北部的区域性大到暴雨过程进行诊断分析和数值模拟,研究该过程的天气形势、物理量场配置和卫星云图的演变特征及复杂地形的影响。结果表明,南亚高压西部副型是高原东北部大到暴雨天气过程的主要流型,对大到暴雨预报有一定的指示意义。云系的叠置可为高原及邻近地区的暴雨预报提供重要的依据。MM5非静力中尺度模式对高原大到暴雨天气过程有一定的模拟能力,可为高原暴雨的进一步诊断分析提供高分辨率资料。高原大到暴雨过程的水汽初始源地,有直接水汽源和陆地水汽源。暴雨盛期,物理量场配置与平原地区不同。低层辐合和气旋性涡度的加强所产生的强上升运动是造成较大降水的原因,中低层出现θse的Ω型场是一种不稳定的层结,暴雨区出现在暖舌中。高原东北部的特殊河谷地形及叠加在高原大地形上的中尺度地形对冷暖空气的作用对暴雨过程至关重要,地形在其中的作用主要是动力性的。

台风影响下渤海及邻域海面风场演变过程的MM5模拟分析

在装有 L inux操作系统的 PC机上运行美国大气研究中心 ( NCAR)的非静力中尺度大气模式 MM5。运用 MM5的嵌套功能 ,以 30 km水平分辨率对台风 KAI- TAK( 2 0 0 0年第 4号 )影响渤海海区的时段进行数值模拟 ,同时给出了水平分辨率为 10 km的嵌套区内逐时的渤海海面风场。通过对台风中心位置、中心气压、风速分布与雨区分布等要素的模拟结果与实况的比较 ,证实该实验对台风过程的模拟较为成功。嵌套区内渤海海面风场也明显体现出了地形影响的特征。并尝试以T10 6格点资料的三维客观分析场结合高空及地面观测为模式提供初值场 ,6h/次预报场为模式提供时变边界条件 ,对渤海海面风场进行了 2 4

台湾岛地形对台风暴雨影响的数值研究

用水平分辨率为１０ｋｍ的非静力平衡中尺度模式ＭＭ５模拟研究了从１９９６年７月３１日０８时至８月１日２０时９６０８号台风在台湾和福建省登陆前后过程，重点研究台湾岛地形对这次台风在台湾形成的特大暴雨的影响，同时也是对ＭＭ５模拟预报台风登陆效果的一个实例检验。结果表明，该模式比较成功地模拟预报了这次台风登陆过程，模拟预报的台风路径与实况接近，预报的８月１日０８时（积分２４小时）台风中心位于２小时后台风登陆点福建省福清市附近的海面上，位置与实况完全一致。台风登陆前后其中心附近的一些重要中尺度结构和演变，如台风中心周围动力结构的不对称特征、由中尺度雨团构成的螺旋形雨带等均被成功地模拟出来。台风在经过台湾及其后在福建登陆期间，台湾地形影响使得台风路径北偏约３０ｋｍ，但对台风强度变化未发生明显影响。台湾山区两侧地形对台风中心东南方气旋式环流的辐合抬升使台湾暴雨增幅６倍多。

包含“开关”变量的MM5四维变分资料同化系统

数值模式中的湿物理过程对于模拟各种尺度的天气现象非常重要 ,但它会使得模式方程的状态变量不连续 ,这种不连续在模式程序中表现为“开关”变量。本文对包括Kuo降水参数化方案的非静力中尺度数值模式MM 5的四维变分资料同化系统进行研究 ,利用对实际降水的模拟 ,比较详细地讨论了有关的“开关”变量以及切向线性化和伴随问题。结果表明 :对于一个离散的数值模式 ,保持“开关”变量与基态一致 ,用伴随码方法构造的伴随模式计算的梯度值能够为最小化过程提供较好的下降方向 ;Kuo方案中对流每隔一个积分步的交替发生并不影响目标函数最小化的收敛速度 ;“开关”变量的存在也不影响将风、温度、气压和比湿结合起来同化对MM

锋面结构的MM5数值模拟

利用美国PSU/NCAR具有嵌套功能的非静力中尺度大气模式MM 5 ,对发生在 2 0 0 0年 4月 8～ 9日的一次强冷锋进行数值模拟。分析模拟结果发现 ,锋面结构的演变与适应锋生理论相一致 。