GRAPES_SDM沙尘模式应用及存在的问题

对中国气象局兰州干旱气象研究所业务化运行的沙尘模式———GRAPES_SDM的业务化过程、预报效果及其预报中发现的现象进行了总结。结果认为,该模式具有较准确的可预报性能,但是也存在一些需要进一步改善的问题。

GRAPES_SDM沙尘模式在新疆的客观检验

使用天气学检验方法,对新疆2008—2013年春季沙尘天气GRAPES_SDM沙尘模式预报情况进行检验评估,通过TS、预报效率等检验统计量分析了在新疆的预报效果,通过平均误差、均方根误差、误差标准差等格点误差和站点误差量的分析,分析了主要预报要素的客观检验结果,指出近地面气温和风速的误差为初始条件的不确定以及观测和预报分辨率尺度不一致造成的随机性误差。在此基础上给出了新疆南疆盆地和新疆东部地区数值预报业务的误差特征,并根据检验结果定性地分析了模式预报系统性和非系统性误差的可能来源。

沙尘浓度资料与AMSU辐射率资料同化在GRAPES_SDM沙尘暴模式中的应用

利用GRAPES_SDM沙尘暴模式及GRAPES_3DVAR系统,设计了4种试验,分别为没有同化的CTRL控制试验、仅同化探空资料的noPM试验、同时同化探空和PM10的PM试验和同时同化探空和AMSU辐射率资料的NOAA试验,对2011年4月28日—30日发生在中国北方地区的一次大范围沙尘暴过程进行了分析和对比模拟试验。结果发现:仅同化探空资料时,模式能够反映出沙尘天气系统的发展演变情况,但沙尘天气分布范围和强度的模拟效果没有明显改进;初始场中考虑了PM10沙尘浓度的分布后在很大程度上能够改善GRAPES_SDM沙尘暴模式对沙尘分布范围和强度的模拟效果;同化AMSU辐射率资料后,模式对500hPa环流形势和200hPa高空急流均有较好的模拟效果,从而模式对沙尘分布范围的模拟能力也有较好的改善,但对沙尘天气强度的模拟略有增强。这不仅说明PM10和ASMU辐射率资料的使用对于提高沙尘暴过程模拟效果是可行的、必要的,而且也为这两种资料用于沙尘暴预报奠定了一定基础。

基于GRAPES的西北地区沙尘暴数值预报模式及其应用研究

介绍了中国气象局兰州干旱气象研究所和中国气象科学研究院数值预报研究中心合作研制的耦合于GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction Enhanced System)的沙尘暴数值模式GRAPES_SDM.该模式包括沙尘的起沙、传输、吸湿增长、并合、干沉降与云下清洗等详细的物理过程,可以对沙尘暴的起沙和空气中沙尘浓度进行模拟和预报.在此基础上形成了西北地区的沙尘暴数值预报模式系统,并于2005年4月开始在兰州中心气象台试运行,同时还将模式结果与卫星遥感资料反演的沙尘暴监测结果进行了对比验证.以2005年4月17～19日和5月28～29日发生在西北地区的2次强沙尘暴为例,利用GRAPES_SDM对这两次沙尘天气的起沙、传输、扩散直至消散进行了数值模拟.结果表明,模式输出的沙尘时空分布与实况观测和卫星云图监测的沙尘分布范围基本一致,说明该模式系统对西北地区沙尘暴天气的起沙、传输有较好的模拟和预报能力.

高空急流对一次强沙尘暴过程沙尘传输的影响

使用GRAPES_SDM沙尘暴数值模式,对2011年4月28-30日中国北方强沙尘暴天气进行分析,讨论高空急流在此次过程中对沙尘传输的影响,得出以下结论:(1)GRAPES_SDM沙尘暴模式较好地模拟了此次沙尘暴过程的范围和强沙尘暴中心,整体模拟效果较好;(2)沙尘天气发生时间及移动路径与200hPa高空急流的加强、移动发展有很好的对应关系;(3)高空强纬向风速的加强能够促使中低层形成垂直环流圈,其下沉支流使高空动量有效下传到近地面,进而在地面形成大风及扬沙和沙尘暴天气,强沙尘暴中心位于此垂直环流圈的下沉支;(4)等熵位涡与高空急流及地面沙尘浓度分布演变有很好的对应关系,等熵位涡位于高空急流北侧,地面沙尘浓度中心位于高空急流出口区、等熵位涡中心西南侧、等值线密集带;高层高值位涡区向下延伸的路径与高空急流北侧纬向风速等值线密集带有非常好的对应关系。本文还通过对高空急流轴线动力、热力结构垂直剖面的分析,探讨了高空急流对大范围沙尘天气影响的可能机制。

民勤与周边土地覆盖变化及对沙尘模拟结果的影响

利用民勤与周边地区2005年的Landsat-5TM影像和1∶25万的DEM资料,在ArcGIS的支持下,对GRAPES_SDM沙尘模式中原有的20世纪80年代的地面信息进行更新与对比,在此基础上就2010年4月23日至25日的沙尘天气过程进行土地覆盖更新前后的数值模拟对比试验,并结合民勤站的沙尘浓度观测数据对模拟结果进行评价分析。结果表明,与模式中原有的土地覆盖信息相比,民勤及周边地区2005年的沙地、草地、耕地、水体、湿地面积明显减少,城乡用地变化不大;土地覆盖变化影响了模式输出的起沙通量和沙尘浓度的范围与强度。一方面,土地覆盖的更新使得起沙总体上有所减弱,且影响程度随过程的增强而逐渐增大。另一方面,土地覆盖变化对地面沙尘浓度的影响具有初期性、移动性和尺度适应性,同时也显著地改变了沙尘浓度的垂直分布。此外,起沙过程中土地覆盖信息的更新有利于民勤站沙尘浓度模拟值接近观测值,表明沙尘模式中的土地覆盖信息应该具有现势性。

一次强沙尘暴天气的数值模拟研究

用NCEP(1°×1°)资料和GRAPES_SDM沙尘暴模式,对发生在中国北方的"20060409-11"强沙尘暴天气过程进行了数值模拟,并利用位涡理论对此次沙尘暴过程的发生机制进行了研究。结果表明:⑴强斜压槽触发了此次强沙尘暴天气,稳定的高原高压脊对低压槽的阻滞作用是沙尘暴能够维持较长时间的原因;⑵GRAPES_SDM成功模拟出此次强沙尘暴过程天气系统和发生区域,表明它是研究沙尘暴天气的有利工具;⑶此次沙尘暴过程发生的机制是:高层位涡梯度增大,使位涡锋生增强,导致高空急流产生;高空急流通过地面沙尘区域时,导致了地面风速增强而产生沙尘暴。