MM5模式中城市冠层参数化方案的设计及其数值试验

文中在综合国外一些较先进的中尺度模式城市作用参数化方案的基础上 ,从城市下垫面结构对城市边界层大气作用的物理机制及实际应用两方面出发 ,对城市下垫面结构和人为活动等因素对边界层结构的影响及中尺度模式中城市化作用的合理体现等问题进行了较全面的考虑 ,改进和设计出能够较全面、细致地描述城市结构对大气边界层动力、热力结构的影响 ,且适合中尺度模式结构特点的城市冠层参数化方案 (UCP) ,并实现了其与MM5模式的耦合。进行了耦合后的UCP方案及采用原城市作用方案的MM5模式对BECAPEX试验期间北京地区气象条件多重嵌套细尺度进行了模拟试验 ,并与观测结果对比 ,结果表明 :相比于MM 5模式中原有表示城市作用的参数化方案来讲 ,设计的UCP方案在很大程度上提高了MM 5模式对城市边界层热力和动力结构的模拟能力。

应用MM5模式对地面大风过程的模拟试验

用MM5模式对2 0 0 1年4月1 7～1 9日、5月1 2～1 5日辽宁省出现的大风过程进行了模拟,并与1 3个代表点的气象观测站资料或野外风电场测风资料作了对比。结果表明:模式能较好地模拟区域风场的演变和分布特征;对逐时风速的模拟与实况有一定差异,但模拟值与实况变化比较同步,基本反映出单点风速变化的趋势;对瞬时风速大于1 0m·s-1和平均风速大于9 0m·s-1的模拟明显偏小。模拟试验初步说明,MM5模式对区域地面风场形势、单点风速随时间变化特征的模拟较好,但可能减弱大风的实际强度。

探空气球漂移位置订正在MM5模式中的应用研究

通过对模式MM5V37中客观分析系统加以改进,并采用包含有实际探空气球在各个气压层上精确的经纬度信息的新型探空资料,加以研究探空资料随高度的漂移对高分辨率中尺度数值模式MM5V37的影响。通过对一次层状云降水个例的模拟可看出:位置订正所带来的初始场差异在低层较小,高层较大,且在500 hPa以上较明显;位置订正对模拟的气象要素场的修正有明显的正面效果,对强降水天气系统的反映比较敏感;模拟结果对于雨区分布和强降水中心的位置有较大改进;位置订正后的评分总体优于不加探空和不加漂移的评分,随着模式分辨率的提高,位置订正后对小量级降水的模拟效果欠佳,但对大量级降水的模拟效果较好。

基于MM5模式的精细化MOS温度预报

利用2002年9月到2003年8月MM5模式每隔1 h的站点基本要素预报场和物理量诊断场资料,以及相应时段内宁夏25个测站的温度自记观测资料,同时采用多元线性和逐步回归2种MOS统计方法,预报宁夏25个测站48 h逐时温度。通过对2004年6月至2005年5月的预报效果检验,结果表明:MOS方法对宁夏48 h逐时温度有较强的预报能力,当天气形势变化较平稳时,MOS预报结果稳定,平均绝对误差控制在2℃之内;当有明显的冷空气活动时,误差变率起伏波动较大,预报结果不稳定,但与原MM5模式直接输出结果相比,MOS预报水平有明显提高,24 h极端温度TS评分个别月接近甚至超过预报员。

MM5模式在热带气旋模拟中的应用

本文利用3重嵌套的中尺度非静力模式MM5系统,对热带气旋Winnie(1997)在我国登陆前后路径和强度演变进行了数值模拟。模拟结果表明,通过合理地选择Bogus的初始强度和模式启动时间,能较准确地模拟热带气旋登陆前后移动路径和强度演变,所选个例路径模拟误差仅为54.5km。

基于MM5模式的站点降水预报释用方法研究

对MM 5模式输出产品解释应用 ,建立县级站点定量降水MOS预报模型。方案为将影响辽宁降水的天气模型归纳为动力诊断模型 ,从中构造出多个能够较全面反映降水模型特征的综合物理因子 ;根据站点降水的气候分布特征 ,对偏态分布的降水量进行正态化处理 ,处理方案为首先将降水量划分为有雨和无雨两档 ,然后对有雨样本进行分级、开 4次方处理 ,经分析对比降水量经过正态化处理后建立的预报模型优于未经处理的模型。运用统计方法建立站点降水预报模型 ,该模型分为晴雨预报模块和雨量预报模块。通过 2 0 0 1和 2 0 0 2年夏季业务试运行表明 ,该模型对降水有较强的预报能力 ,较原模式预报水平有一定改进。

MM5模式及CALMET模型对甘肃酒泉地区风能资源的数值模拟

利用NCEP 1°×1°再分析资料,采用中尺度模式MM5及诊断风场模型CALMET,对2009年6月—2010年5月甘肃省酒泉地区风能资源进行了数值模拟研究。结果表明,远离山体且地势平坦的地区,模拟的风速与实测风速的误差较小,地形复杂的地区误差偏大。用于对比的10座风塔中有7座在70m高度处的相对误差基本在10%以内,3座相对误差稍大但都在20%以内。风速和风功率密度的季节变化在春季最大,冬、秋季次之,夏季最小。这种季节变化与地形地势及所受的天气系统有密切联系。在酒泉地区随着高度的增加,风速逐渐加大;在河西走廊西端和酒泉北部等海拔较低的地区风速随高度增加的趋势尤为明显。通过对模拟年度风速误差的分析,得到模拟年度在酒泉地区属于大风年,若分析酒泉地区多年平均风况,还需要对模拟结果进行订正。

MM5模式移植及业务应用系统

MM5模式是国际上应用比较广泛的一种中尺度气象模式 ,因为它采用了非静力平衡动力框架、可选择的多种物理过程以及四维同化 (FDDA)等先进技术 ,在气象科研和业务预报领域取得了广泛的应用。由于技术的原因 ,MM 5模式一直运行在UNIX系统之下 ,直接在Windows系统下运行的个例还不多。作者尝试将MM 5模式由UNIX系统移植到Windows系统并据此建立了微机业务应用系统。详细介绍了模式在移植过程中所要注意的几个问题、微机业务技术系统的结构及预报方案。

MM5模式在大连近海风资源评估中的应用

利用中尺度MM5气象模式系统,对大连及其近海地区风场进行了较为系统的高分辨率数值模拟,定性及定量地得到了该地区10 m高度处的年平均风速等直线图、年有效风能小时数等值线图、年有效风能功率等值线图及长海地区的年风玫瑰图,进一步研究了该地区年有效风能功率密度沿垂直高度的变化。综合考虑该地区沿海水深、港口运输及水产养殖等因素的影响,建设性地提出了3个近海风能重点开发区域,并给出了这3个地区的年风速分布概率情况。基于MM5模式的数值评估结果,为该地区近海风资源的开发利用提供了重要的参考依据。

MM5模式中不同对流参数化方案的数值模拟

MM5模式中有多种积云参数化方案可供选择,不同参数化方案及分辨率对降水预报有很大影响。本文利用4种积云参数化方案(GR,KF,BM,AK)对辽东半岛一次大暴雨过程进行试验,结果表明,不同的参数化方案,对强降水落点及强度的模拟,结果差别较大。模拟较好的是GR方案,最差的是AK方案;4种积云对流参数化方案模拟的海平面气压场差别较大,其中GR方案模拟出造成2005年第5号台风暴雨的高低压系统和中尺度气旋;粗网格采用一定的积云对流参数化后,可在一定程度再现一些中尺度特征;4种方案由于闭合假设不同,模拟的云物理特征存在很大差别,这种差别对各种天气要素的准确预报会产生一定的影响。

基于MM5模式的大连近海地区风能资源评估

利用MM5中尺度气象模式和美国国家环境预报中心提供的1°×1°再分析初始场资料,对大连近海地区的风场进行了网格距为3km的高空间分辨率数值模拟,模拟时段为2000年全年.通过对比3个气象站风速的数值结果与站点观测结果,验证了该模式的有效性.对MM5模式的输出结果进行了后处理,得到了大连近海地区的年平均风速、年平均功率密度和年可利用时间等评估参数的等值线图,对大连市近海风能资源分布情况进行了分析.结果表明,大连近海地区风能资源较为丰富,具有较大的开发价值.

MM5模式对区域气候模拟的性能试验

利用 1998年 6月NCEP资料和 6月 2日 0 0 :0 0地表资料及美国NCAR PENN州的MM5对 1998年 6月我国南方降雨过程进行了气候模拟的性能试验。模拟结果表明 ,MM5基本上可模拟出局地大气环流和区域尺度上的强对流过程造成的雨区、降雨强度和强降水中心位置 ,但模拟的雨量与实际值相差较大 ;模拟值再现了我国夏季降水异常的空间分布特点 ,模式可向区域气候模式发展。但该模式模拟的 1998年 6月副高强度比其实际值的强度更强 ,故导致更多的水汽进入降雨区 ,造成过多的降雨。

GPS可降水量资料应用于MM5模式的变分同化试验

利用建立在长江三角洲地区GPS观测网中13个站点的资料对2002年6月27～28日影响长江三角洲地区的降水过程进行了MM5背景误差调节和可降水量资料的三维变分同化试验.试验结果表明:背景误差对三维变分同化的效果起着关键作用,模式变量(u,v,T,p和q)误差的水平尺度与NMC方法的平均时间长度有直接的关系.利用NMC方法重新构建的背景误差更接近实际的背景误差.三维变分技术能有效地同化GPS可降水量资料.GPS可降水量资料的同化使用不仅能调整模式初始湿度场,而且也能相应地调整模式初始气压场、温度场和风场.GPS可降水量资料的同化有利于减小模式初始场对可降水量的分析误差,并且有利于减小模式积分初期(3～6 h)可降水量的预报误差.与没有进行GPS可降水量同化相比,通过GPS可降水量资料的三维变分同化,使MM5模式6 h和24 h累计降水能力得到提高,改善了MM5模式降水预报性能.总体上,GPS可降水量资料的变分同化有利于模式降水预报能力的提高.

MM5模式数值预报产品效果检验分析

应用双线性二次插值法,对中国气象局下发的MM5模式数值预报产品中的Rain12-P产品与青海省东部2005、2006年6～9月份实况降水量的预报效果进行检验分析,统计出一般性降水和大雨的预报准确率、空、漏报率、相对误差及绝对误差。检验结果对一般性降水的24和48h预报准确率较高。此产品对于在业务预报中进一步用好MM5模式数值预报产品,提高短期天气预报准确率具有指示意义和参考价值。

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 。

MM5模式在江门水域面雨量预报中的应用

利用MM5V37中尺度数值预报模式产品对江门境内的主要水域(江河、水库)的面雨量进行预报,着重分析汛期的两次大范围强降水过程,并与由江门境内全部自动站和气象观测站的实况24 h雨量计算得来的面雨量进行对比分析和误差检验。

MM5模式在风能资源普查中的应用试验

应用MM5模式以2001年4月辽宁省沿海及近海海域为例试验了中尺度气象模式在风能资源普查中的作用。结果表明,模式基本能够反映海陆分布、地势起伏等复杂地形下的风场特征,也基本能够反映风能资源参数的分布以及风速的变化情况。可以模拟出风能资源量的相对大小分布,并识别出辽宁省近海、海岛、沿海以及内陆一些地势较高的山口地带风能资源比较丰富,但模拟的风能资源量偏小,特别是对大于10m/s的较大风速模拟得明显偏低。试验表明,MM5模式对大范围区域风能资源的宏观评估以及风电场宏观选址具有很好的参考和应用价值,但目前还不足以定点模拟和确定风电场场址位置,但数值模拟作为风能资源普查的一种新型手段有发展和研究价值,是未来风能资源普查评价技术的发展方向。

MM5模式对四川“8.8”降水过程的数值试验

利用MM5中尺度模式 ,对 2 0 0 3年 8月 8～ 10日发生在四川盆地的一次强降水过程进行了数值预报和数值模拟。结果表明 :(1)MM5模式对盆地西北部的强降水预报较好 ,在暴雨落区和中心强度的预报上非常接近实况。 (2 )一重区域MM5模式采用BETTS方案略好于GRELL方案。 (3)二重区域双向影响嵌套侧边界处理更能清晰地预报发生强降水的落点 ,对预报有一定的指导意义。 (4) 4 0公里格距的一重区域MM5模式具有业务应用前景 ,但还需作进一步的最优方案选择调试。

MM5模式系统简介

第五代美国NCAR／宾州州立大学的中尺度模式(MM5)是在70年代初由宾州大学的P．A．Anths博士所建立的中尺度模式的基础上发展起来的最新版本。在P．A．Anths博士的基础上该模式在其应用方面做了很多变化。作为一个先进的数值模式，它不仅可用来预报天气，而且对于一些重要的灾害性天气，如雪暴、沙尘暴等的预报，也是一种先进的方法。

基于MM5模式的蔬菜大棚气温预测技术研究

[目的]介绍利用MM5数值预报产品预测蔬菜大棚气温的技术方法。[方法]于2002年11月～2003年4月在武汉农业气象站,2006年2～4月在东西湖慈惠农场进行试验,观测项目为24 h大棚内温湿度,双层膜内温湿度,0、5、10、15、20 cm地温等。[结果]在试验观测的基础上,对武汉市冬季蔬菜大棚逐小时气温进行详细分析,找出影响蔬菜大棚气温的主要因子,结合MM5数值预报产品的释用技术方法,研究出蔬菜大棚逐小时气温预测技术,并结合常规预报对大棚内气温模拟模型进行修正。将通过模拟模型推算出蔬菜大棚24 h内的最高、最低气温与实际大棚中出现的最高、最低气温进行比较,蔬菜大棚中最高、最低气温预测的准确率达到68%。[结论]该气温模拟模型有待于进一步检验和完善。