中尺度数值模式WRF在黄河上游的降尺度技术应用

全球气候模式能很好地预估未来全球气候变化,但目前它输出的空间分辨率(通常为300千米左右)较低,缺少详细的区域气候信息,难以对区域气候做出合理的预测。降尺度可以弥补全球气候模式预测区域气候变化的局限,它可以把全球气候模式提供的大尺度气候信息转化为区域尺度的气候信息(如气温、降水等),从而实现对区域气候预测。

基于WRF模式的康定地区风吹雪易发性判断

为给通过地形复杂,缺少气象资料的西南艰险山区的铁路研究风吹雪易发性提供方法,以位于该区域的四川省康定市为例,采用中尺度数值天气预报模式(The Weather Research and Forecasting Mode,WRF)对该区域气象要素的时空分布进行模拟.基于WRF模式中各种参数的特点,设计4种参数方案进行计算,采用双层网格嵌套达到降尺度模拟,为了高精度解析大气边界层过程,在竖直方向、近地面1.5km高度内加密为15层,提取康定站计算结果与观测结果进行比较.结果表明,WRF模式的计算结果符合康定市气候特征,气象要素的相关系数均高于0.5;风吹雪发生概率从高到低的区域依次为康定市东部和南部边缘的贡嘎山区,内部的大雪山段,以及位于101.7°E~102.0°E位置处的铁路线路,概率分别为19%、14%和12%,其他区域的概率低于4%.

中尺度模式对冬季兰州市低空风场和温度场的数值模拟

利用美国ＮＣＡＲ新一代中尺度模式ＭＭ５Ｖ３， 对山谷城市兰州冬季风场和温度场进行了数值模拟研究， 模拟结果与现有理论及观测事实基本一致， 表明ＭＭ５Ｖ３中尺度模式可用于研究山谷城市的大气边界层情况， 模式能够较好地模拟山谷城市冬季边界层的风场和温度场特征。模拟结果分析表明， 位于河谷盆地内的兰州， 冬季近地面风场是山谷风环流和城市热岛环流共同作用的结果， 冬季夜间地面流场辐合明显， 低空盛行东风， 夜间距地３００ ｍ左右， 风向转变为偏西风， 白天风向转变高度高于夜间， 大约在５００ ｍ以上； 冬季温度场逆温特征明显。

卫星云迹风资料对中尺度数值模式初始风场改进试验

应用GMS-5静止气象卫星云图导出的风场产品—云迹风资料对中尺度η坐标有限区域数值模式(REM)的初始风场进行改进处理,模拟了2001年7月27—28日、28—29日的降水过程,并且与没有云迹风改进的数值模拟的降水结果进行对比分析。研究结果表明,卫星云图导出的云迹风场资料同化到数值模式,从而改善因测站稀疏造成的中小尺度系统漏报的不足,提高降水的预报精度。

基于中尺度数值模式的分类强对流天气预报方法研究

针对雷暴大风、短时强降水、冰雹和龙卷等强对流天气短期预报,采用0.25°×0.2°每天4次日本气象厅(JMA)东亚地区再分析资料计算的百余类对流参数(物理量)及其15 d滑动平均值,根据"邻(临)近"原则对江苏2001—2009年2—9月各类强对流天气进行时间和站点的匹配后,应用相对偏差模糊矩阵评价技术,对上述对流参数进行权重分配和逐次筛选,获得了既体现强对流与气候平均态间明显差异,又体现自身相对稳定的特征对流参数序列。同时,根据历史分类强对流个例中各特征对流参数的频谱分布获得各对流参数的频率分布分段函数,然后基于中尺度数值模式预报的对流参数,综合历史频率分布和权重分配,构建了分类强对流天气预报概率,并以优势概率作为分类判据,做出强对流分类预报。最后建立了业务化系统,以全自动方式提供分类强对流客观预报产品,投入到日常业务和南京青年奥林匹克运动会气象保障服务工作。

中尺度数值预报模式(MM5)在海面风场预报中的应用

本文简要介绍了在工作站上运行有限区域海面风场数值预报业务化系统的情况。该系统以MM5V3作为主要框架,选定了积云对流和边界层参数化方案,准备了三种侧边界方案,以确保有限区域海面风场数值预报业务化的运行。半年多的准业务运行表明,系统运行稳定,海面风场预报效果较好,除能直接给有关业务单位参考外,还提供给有关海洋数值预报模式使用。

两种再分析资料和Nudging方法在WRF模式降水模拟中的适用性

采用Grid Nudging(GN)和Spectral Nudging(SN)方法,用再分析资料ERA5和FNL驱动中尺度数值天气预报模式(WRF),探究不同再分析资料和Nudging方法对降水模拟效果的改进效果及机理.对2021年3月15日中国南方地区降水过程设计6组试验进行数值模拟,分析不同试验方案对降水及相关物理量的影响.结果表明,WRF模式能较好地模拟出本次降水事件,进行Nudging驱动后显著提升了降水分布、降水中心落区和降水量的模拟效果.与观测数据综合对比,GN的模拟效果优于SN,尤其是使用ERA5资料结合GN模拟效果最佳,能够准确地模拟出发生在安徽省南部的降水中心以及超过33 mm/d的降水强度.模式结果与两个观测站点记录的降水发生时间和降水强度变化较为一致.GN方法使模式有效提高了西南低空急流的强度,校正了风向,对水汽通量和水汽通量散度的刻画更符合实际情况.

GPS观测资料应用于中尺度数值预报模式的初步研究

利用建立在长江三角洲地区GPS观测网中 11个站点的可降水量资料 ,对 2 0 0 2年 6月 2 3～ 2 4日影响长江三角洲地区的降水过程进行了MM5模式初始湿度场调整和Nudging同化试验。试验表明 :利用GPS测量的可降水量对模式初始湿度场进行调整能明显增强模式初始场描述水汽分布的能力 ,从而有效地控制模式积分初期对可降水量预报的误差 ,并对模式 6h累积降水量预报有较明显的改善作用。利用Nudging技术同化GPS可降水量资料对MM5预报效果改善较小 ,并且Nudging系数的增加对预报效果的影响不大。总体上 ,利用GPS可降水量资料调整模式初始湿度场对模式 6h累积降水预报效果的改善明显好于连续Nudging同化。试验还表明 :GPS资料对模式初始湿度场调整改善模式对累积降水量的预报主要是通过改善网格降水预报来实现的 ,而Nudging同化主要是通过改善次网格降水而提高模式降水预报能力的。

中尺度数值模式MM5的四维变分资料同化系统

应用伴随方法求解以数值预报方程作为约束条件的四维变分资料同化方案 ,关键问题是如何构造伴随模式。以中尺度数值模式 MM5为例 ,讨论了如何用伴随码技术建立 MM5伴随模式 ,以及伴随模式系统中权重、尺度因子的选取 ;最后对 MM5伴随模式系统进行了梯度检验 ,并利用实际资料进行四维变分资料同化试验。试验表明该系统有较强的同化能力 ,能够提高 MM5降水预报的准确性。

辽宁中尺度数值模式产品和T213产品对比检验分析

利用国家级的气象预报产品质量客观检验评价系统,对辽宁中尺度模式预报MM5和T213数值预报的结果分别进行检验分析。检验类型分为历史资料检验和实时资料检验,检验要素包括地面降水、气温和高空500 hPa环流。检验结果显示,对于降水、气温的预报MM5模式预报检验结果优于T213数值预报,而对于500 hPa环流的检验结果T213更可信。

一种融合卫星反演水汽资料的方法在中尺度数值模式中的应用和数值试验个例

本文探讨了一种将卫星反演的水汽资料计入 MM5中尺度模式的方法 ,并对长江流域暴雨实例进行了模拟试验。在工作中 ,分别比较了将 T6 3同化资料、常规探测资料及卫星与常规资料融合的水汽初场加入到模式 ,做几种不同初场的 12小时降水预报 (每 6小时输出结果一次 ) ,经比较其结果表明 :卫星与常规资料融合后的数值模拟预报 ,一般比单独用 T6 3及常规探测资料作初值进行预报效果要好 。

中尺度数值模式的自适应网格设计

引进了自适应网格设计的方法。自适应网格生成技术基于变分原理，所生成的网格具有光滑性、一定程度的正交性和可调节网格疏密程度的优点。这种新技术可任意加密局地网格，从而达到以较小的计算量获得较高计算精度的目的。将自适应网格技术应用于ＭＭ４中，并用来模拟１９９２年６月１４日这次大范围暴雨过程。结果表明，采用自适应网格后计算稳定，２４ｈ降水预报得到明显改善。

中尺度数值模式的资料同化系统——(一)伴随模式的设计

以一个有限区域的中尺度模式为基础，采用伴随模式技术进行有限区域气象资料的同化。伴随模式的方法是以数值天气预报的动力模式作为约束条件的变分方法，比传统的变分方法有了很大的改进。本文初步探讨了伴随模式系统的设计方法，特别是伴随模式的构造问题；用共轭码的方法导出伴随模式；初步试验表明该系统有较强的同化能力。

中尺度数值天气预报模式MM5分布式并行计算

中尺度数值预报模式是进行中尺度天气预报的有效手段。中尺度模式MM5是国际上应用最广泛的中尺度预报模式之一。数值天气预报的巨大计算量和实效性要求必须通过高性能分布式并行计算来实现。分析了MM5串行算法的特点,研究了其并行算法的实现,讨论了算法的一些改进,给出了MM5模式在分布式并行巨型计算机上的测试结果。

兰州有限区域中尺度数值模式业务系统及应用

以国家气象中心数值T213资料为基础,结合业务和服务的实际需要,建立了基于MM5的兰州有限区域中尺度数值模式业务系统,该系统前后处理程序成熟,每天都能提供大量的数值预报产品,已经成为预报业务和服务的重要参考依据,在精细化预报、暴雨等灾害性天气预报和地质灾害气象等级预报中发挥了重要作用。

中尺度模式中各种湿物理过程的数值模拟

利用 PSU/NCAR的 MM5对 1 999年 6月下旬发生在江淮流域的梅雨锋暴雨进行数值模拟试验 ,研究 MM5中不同湿物理过程对 MM5模拟梅雨锋暴雨的影响。试验结果显示 :中尺度模式 MM5能一定程度再现一些观测的中尺度特征。对流参数化方案对网格格距的大小比较敏感 ;显式云物理方案考虑冰相后可明显改善模式对暴雨的模拟能力 ,尤其是采用 Reisner包含霰的混合相双变参数谱方案的双重嵌套网格对降水量的模拟取得较好的效果。

中尺度数值模式在IBMP690上的并行测试

2005年初，安徽省气象局在IBMP690上分别实现了MM5、WRF、GRAPES中尺度数值预报模式的并行计算，并分别对他们的加速比和并行效率做了测试。结果表明：当分别采用8、16、24个处理机时，三种模式均可在1个h内完成36-72h的预报，并行效率约为65％，即能够满足业务需要，又较充分利用了计算机系统资源；当增加处理机数时，GRAPES的计算时间缩短最显著，平均并行效率也最高。

用中尺度数值模式诊断强风暴潜势研究

利用中尺度数值预报模式,计算、输出若干与强风暴发生发展有密切关系的常规物理量和对流参数,研究应用模糊逻辑学技术的强天气潜势诊断的方法,开发出雷暴、冰雹、雷雨大风3类对流性天气落区的潜势预报产品,并进行了初步的业务试验。结果表明,融合多个中尺度数值预报模式输出的对流参数和物理量的方法能够较好地诊断强对流天气,对业务应用有一定参考价值。

用香港风廓线雷达资料看中尺度数值模式MM5的模拟能力

利用 1998年华南暴雨科学实验期间香港风廓线雷达的高时空分辨率资料考察了中尺度数值模式MM5对 6月 8日到 9日香港特大暴雨个例的风场模拟结果。研究表明MM5模式输出的风廓线和风廓线雷达的观测结果有很好的相似性 。

中尺度数值模式的资料同化系统——(二)伴随模式系统的检验与试验

在《中尺度数值模式的资料同化系统——（一）伴随模式的设计》一文的基础上，进一步对伴随模式码的检验问题做了讨论。表明采用共轭码方法是可行的。其导出的伴随模式与理论推导的共轭方程是相容的。试验发现该同化系统有消除随机干扰的能力，同化效果好。在同化过程中，系统是先同化大尺度信息，然后逐步同化中小尺度信息。