非静力平衡模式的中尺度非均匀初始场试验和锋面模拟

用非静力平衡二维中β－γ尺度大气模式，选取１９８７年欧洲的一次冷锋过程为个例，以法国的静力平衡模式的模拟结果为初始场，选用５ｋｍ，２５ｋｍ，４５ｋｍ３种水平格距进行了水平范围为２０００ｋｍ的模拟，结果表明：（１）中尺度非静力平衡模式应用非均匀初始场，而不加人为的初始扰动是可行的；（２）扰动量的初始场中π′的精度要求很高，应严格符合静力平衡条件，否则就会产生严重误差，甚至在一个时步内改变垂直速度；（３）５ｋｍ，２５ｋｍ，４５ｋｍ３种格距的对比模拟表明，５ｋｍ格距的非静力平衡模式能模拟出锋面上的多个中β尺度对流，且垂直速度场分布与实际最接近，而后两种格距只能模拟出锋面上的大范围上升区，不能细致地描述锋面对流结构。

非静力平衡数值模式

高分辨率的静力平衡模式在中尺度运动的研究中被广泛应用。但一些作者指出静力平衡近似的误差对于重力波的一些重要性质产生影响，因此发展非静力平衡模式是十分必要的。本文主要介绍了完全弹性模式和滞弹性模式，给出了模式的基本方程组，并讨论了与数值解法有关的问题，最后简单地说明了弹性近似模式。

吉林省MM5(MRF)中期模式分季节分系统24-48小时降水能力检验

本文通过2006年1月1日到2008年12月31日共3年1095天0-48小时全省50站的降水预报性能进行检验,找出省内MM5(MRF)模式对吉林省24、48小时一般性降水、灾害性天气(暴雨、暴雪)和晴雨(雪)预报能力,以及MM5(MRF)模式对吉林省范围内的降水落区预报、降水量级预报等几个方面预报的效果,希望可以在今后的工作中给业务人员以参考应用。

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。

中尺度大气模式MM5简介

本文介绍了中尺度非静力大气模式 MM5 的动力框架、模式物理过程计算和参数化方法以及模式系统流程。

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 。

“96·8”特大暴雨和中尺度系统发展结构的非静力数值模拟

1996年 8月 3～ 5日 (“96· 8”) ,中国河南、山西、河北等省发生了一次特大暴雨过程 ,造成了严重洪涝灾害。文中的天气分析指出 ,稳定的大型鞍形场和北移台风 (登陆后减弱为低压 )与其东侧副热带高压的相互作用是“96· 8”特大暴雨发生的大、中尺度环流条件 ;而中尺度低压及其特有的动力热力结构与该暴雨过程直接相关。对该过程采用非静力中尺度数值模式 (MM5)进行了数值模拟研究。模拟结果分析发现 ,非静力 (MM5)的全物理过程模拟基本上可再现大尺度和中 -α尺度天气系统的发生、发展和演变。采用二重网格双向嵌套技术的细网格模拟结果揭示 ,低压的动力场和热力场之间具有一种强耦合机制 ,即发展的低压具有气旋性涡柱的暖心高湿结构 ,在涡柱低空是湿对流不稳定和负湿位涡结构 ;强垂直上升运动与高空强辐散和低空强辐合以及对流云团的发展互耦 ;与低压相伴的强南风急流不仅是低压和对流云团发展与维持的互伴互耦条件 ,而且也是“96· 8”特大暴雨的水汽源和热能输送带。降水模拟结果分析表明 ,尽管某些降水中心对粗网格偏小 ,对细网格偏大 ,但雨带和雨强分布与观测结果基本一致。

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

基于MM5的乡镇短期天气要素业务预报系统

非静力平衡模式MM5,除掉了静力平衡假定,可以将模式格距减小到10km以下。由于在物理过程参数化、网格嵌套、资料四维同化等方面也有许多改进,大大改善了模式性能,扩展了其应用范围。应用MM5对我国中尺度天气系统的大量个例模拟研究及业务预报试验表明,MM5可以较好地模拟预报我国的中小尺度天气系统,适合制作乡镇短期天气要素预报。

2001年8月23日华北强风暴动力机制的数值研究

利用非静力平衡模式(MM5 V3.5)对2001年8月23日发生在华北地区的一次强对流风暴过程进行了数值模拟,在取得合理模拟结果的基础上,着重分析了风暴发生的热力条件、太行山地形动力作用和风暴中尺度结构特征,并依据倾斜涡度发展理论,分析了强风暴的发展机制。结果表明:本次风暴是在以西北气流为主导的环流背景下产生的,低层增温,中高层降温和整层增湿是造成层结不稳定的重要原因。上游地区对流引发的干冷下沉气流沿太行山背风面下滑形成的下坡风是触发强风暴发生的直接动力机制。湿位涡分析表明,风暴发生区具有明显的等熵面倾斜,对流层中低层pm1<0区域,同时pm2>0,满足倾斜涡度发展的条件,对强风暴的发展具有一定指示性。风暴发展早期,其垂直方向次级环流可能与新雷暴的产生和雷暴的跳跃式传播有关。太行山地形引起的边界层风场的变化,包括下坡气流和边界层中尺度辐合线对风暴的触发、组织和移动发挥着重要作用。

“2004-07-05”大暴雨天气过程的数值模拟分析

采用三层嵌套的非静力中尺度MM5模式对 2 0 0 4年 7月 5日的一次大暴雨天气过程进行模拟 ,得到较满意的模拟结果。

GRAPES全球非静力模式研究进展

随着高性能计算机的快速发展，世界上发达国家业务中心全球模式的分辨率大幅度提高，世界气象组织提供的数据表明，未来三年全球业务模式的分辨率将达到25kM。目前的谱模式大多采用静力平衡近似，但静力平衡仅在垂直与水平尺度之比较小时成立，当模式分辨率小于10kM时，静力近似则变得有问题了。随着高性能计算机的发展，

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。

一次江淮大暴雨嵌套数值模拟试验

利用 MM5非静力平衡模式 ,设计了未嵌套、两重和三重嵌套模式方案 ,对 1 999年 6月 2 3日一次江淮大暴雨过程进行了实际资料的降水个例试验 ,重点讨论了嵌套对数值模拟结果的影响。结果表明 :嵌套后 ,随着水平分辨率的提高 ,模拟的降水量越来越大 ;三重嵌套的中间层细网格已经可以把雨区范围、降水中心位置、降水强度比较接近实况地模拟出来 ,最内层细网格中模拟出若干个 β中等尺度降水中心 ;

一次热带风暴造成辽宁暴雨的数值模拟研究

利用非静力平衡的中尺度模式MM5V3,对1997年8月20日Winnie台风减弱的热带风暴,进行了48h数值模拟。结果表明:MM5不仅比较好地模拟出高空形势场,还成功地模拟出了强降水的时间和强度。应用模拟出的物理量对这次过程进行了诊断分析,并对暴雨形成机制进行了讨论。

98.7湖北特大暴雨的天气分析与降水模拟

1998年 7月 2 0～ 2 3日 ,湖北省南部发生了一次持续性特大暴雨过程 ,采用双向嵌套的非静力中尺度数值模式 (MM5)对这次强暴雨过程进行初步模拟试验。结果表明 ,粗、细网格均能较好地模拟出雨带的走向和变动以及武汉地区的暴雨中心 ,尤其是嵌套域 (细网格 )模拟的降水强度比粗网格有明显改进 ,和实际观测结果更接近 ;另外 ,对引发这次特大暴雨的对流层低层的中尺度系统也能够很好地模拟出来。

热带气旋碧丽斯(2000)发生的数值模拟:非对称流的发展及转换

采用NCAR PSU研制的非静力双向嵌套的仔尺度模式MM5 ,模拟了热带气旋碧丽斯 (2 0 0 0 )从热带弱低压发展为热带风暴及台风的过程。分析表明非对称流在低层发展并通过涡动通量项向对称流转换 ,使得热带弱低压快速发展达到热带风暴强度。进一步的分析表明 :涡动通量项不仅依赖于非对称流的强度 ,还取决于非对称流型。当非对称流场为气旋式流入或反气旋式流出时 ,非对称动量向对称动量转换 ,非对称流减弱 ,轴对称流加强 ;反之 ,当非对称流场为反气旋式流入或气旋式流出时 ,动量由对称流向非对称流转换。

不同辐射传输方案对中尺度降水影响的对比分析

在MM5非静力稳定中尺度气象模式中引进了建立在δ24流近似和相关2k分布基础上的对云水、雨水、冰晶和霰的辐射特性进行详细描述的辐射传输方案。新建立的辐射传输方案和MM5中原有的辐射传输方案在华南暴雨中的模拟结果相互比较,并与天气实况的对比表明辐射在中尺度暴雨中起着重要的作用;辐射传输方案对云辐射特性描述的准确程度对于地面降水影响是明显的;不同的辐射传输方案对地面降水的影响存在较大的差异,并且这些差异在白天比在夜间明显;辐射传输过程对地面降水影响的差异主要表现在降水中心上,而对降水的地理分布改变很小;相对而言,不同的辐射传输方案之间对短波描述的差异对地面降水的影响明显,而对长波描述差异的影响不大;新辐射传输方案能够在一定程度上改进MM5对中尺度降水的模拟能力。

西北干旱区滴灌数值模拟(英文)

土壤湿度的保持对作物生长非常重要。本文运用非静力平衡中尺度大气模式MM5,通过数值模拟的方式,分别从地气间水热交换和土壤湿度变化的角度,研究了2002年7月下旬我国西北干旱区绿洲环境在不同水量滴灌条件下的变化,从理论上找到了较适宜绿洲小气候维持的滴灌水量。结果表明:绿洲下垫面为农田时,从土壤保湿和绿洲小气候维持角度考虑,500m3·hm-2·(10d)-1的滴灌水量对7月下旬黑河流域中游绿洲是一个比较合适的灌溉量,水量过大不但造成水资源的浪费,而且对作物生长不利。500m3·hm-2·(10d)-1的灌溉水量仅为同期大水漫灌定额下限的一半和上限的1/3,间接证明了滴灌是一种高效节水的灌溉方式,可以为干旱区节约大量水资源。

山地绿洲边界层特征的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5V35非静力平衡模式,采用三重嵌套的降尺度方法,通过设计理想的地形和山地绿洲,模拟研究了山地绿洲环流及边界层特征。山地绿洲的地面感热通量和潜热通量与周围沙漠差异较大,对形成沙漠绿洲环流有明显贡献。在无山地绿洲的情况下,地形仅对感热通量有影响,对潜热通量影响不大。山地绿洲可以使绿洲上空的干冷气流通过下沉气流向下层输送,在山地绿洲上空形成下沉干冷气流的边界层特征,它可以抑制由地形形成的向上输送的暖湿气流,改变地形形成的边界层特征。地形引起的环流是低层复合,高空辐散。绿洲引起的环流是低空辐散,高空复合。两种环流呈完全相反的情况。山地绿洲的气候效应可以抑制山地地形的气候效应。