摘要:

利用最新发布的区域气候模式RegCM4,选取3种水平分辨率,3种垂直分辨率,对2001 -2003年6～8月气候状况进行模拟,将模拟降水与GPCP降水资料在季、月、日尺度进行对比分析,研究分辨率对夏季降水模拟的影响,得到主要结论:RegCM4模拟结果能较好地反映模拟区域降水由东南向西北递减的分布趋势,模拟降水量随水平、垂直分辨率的增加而减小,当水平分辨率为30 km,垂直分辨率为14层时,全区域模拟降水偏差最小；不同区域、不同月份区域平均降水对分辨率的敏感性存在明显差异；在高海拔区域,分辨率对降水模拟影响显著,随着水平分辨率的提高,模拟降水更接近观测值；模拟口降水强度分布的峰值随着垂直分辨率的提高,向弱降水方向移动显著；分辨率配置主要影响模拟降水偏差的低频分量及24 d周期分量,通过合理调整分辨率配置可以有效减小模拟系统误差.

摘要:

对中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室的全球海-陆-气耦合气候系统模式(GOALS/LASG)的大气分量进行了发展,主要是提高模式的分辨率.水平分辨率由原来的菱形15波截断(R15)提高到菱形42波截断(R42);并用实际的海温、海冰为外强迫积分模式10年,将积分结果与观测资料比较以检验模式的气候模拟性能,重点是检验全球季节变化和年际变化的模拟能力.从检验结果看,分辨率增加后模式能成功地模拟出全球气候的主要特征,多种要素场的季节变化与观测也一致;对El Nino的响应特征也有很好的反映.但与其它气候模式一样,也存在一些误差.对结果的分析表明,云、辐射方案影响模式的能量平衡,进而影响陆面系统的模拟及降水的分布;对流参数化方案对模拟结果也有很大影响.

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利用BOMEX(巴巴多斯海洋与气象学试验)的探空资料和LEM(大涡模式),通过改变LEM水平分辨率的敏感性数值试验,对比分析不同尺度的湍涡对信风积云边界层中混合层和云层的结构、演变以及对流形式和强度的影响.结果表明,水平分辨率较高时模拟的湍涡尺度较小、混合层顶的夹卷作用较强,模拟的混合层较暖、较干,而且模拟的对流泡尺度较小、强度较大,能够模拟出较精细的边界层结构;而水平分辨率较低时则相反.模拟的湍涡尺度对海洋信风区边界层积云中液态水混合比的模拟结果影响较大:LEM模拟的湍涡尺度较小时模拟的信风积云形成的时间较早、云顶高度较高,单个云块的体积较小但数目较多,液态水含量较高;而模拟的湍涡尺度较大时则相反.虽然水平分辨率为50 m和125 m的试验都能模拟出较精细的信风边界层中混合层、云层的结构和演变特征,但是,考虑到提高分辨率在模拟过程中产生的噪音信号对结果的影响以及计算时间等问题,LEM采用125m的水平网格距是对海洋信风边界层积云对流模拟较为理想的选择.

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利用中尺度数值模式 WRF 研究积云对流参数化方案、网格嵌套技术和模式分辨率对陡峭的青藏高原南坡夏季降水模拟的影响。对2006年7月青藏高原南坡地区降水的模拟分析表明：降水对积云对流参数化方案的选择很敏感，不同方案模拟的结果差异显著，采用 Grell-Devenyi 质量通量方案时的模拟效果优于其他方案。在此基础上，通过5种试验方案比较发现，使用积云对流参数化方案、提高模式分辨率和应用网格嵌套技术能改善降水强度和空间分布的模拟，组合使用时模拟的降水与观测资料更接近。它们均能改进风场，使得水汽的输送和辐合过程的模拟更加准确；还能影响大气的垂直加热状态，导致不同的对流发生，使垂直速度的分布趋于合理。未使用积云对流参数化方案时，大气湿度偏小，而模式分辨率和网格嵌套技术对大气湿度的影响不大。

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利用数值模式WRF-Chem对兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL)所在地区2010年4月10～11日的沙尘天气过程进行了水平分辨率分别为10、3和1km的模拟分析.在每个试验中分别采用了YSU和MYJ边界层方案.结果表明,3种分辨率的试验都较好地反映了沙尘天气过程中PM10随时间的变化特征,显示出WRF-Chem对沙尘天气过程具有良好的模拟能力,但是在复杂地形区域,模式分辨率的提高并不能相应提高模拟结果的精度.在该试验中,采用MYJ边界层方案对PM10的模拟效果优于YSU方案,反映出在热通量对整个过程不具有决定性影响的情况下,MYJ方案取得了更加接近实际的结果.

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发生在河南的"75.8"特大暴雨是我国历史上影响最大、受灾程度最严重的一次灾害性天气过程.其造成的人员伤亡与唐山地震相当,造成的经济损失近百亿元,我国气象学家对此展开过大量的研究,其可预报性问题一直都受关注.尝试采用近年来在预报理论与实践中提出的中尺度集合预报技术,以GRAPES中尺度有限区模式作为试验模式工具,针对此次过程展开两组试验.试验1主要着眼于对暴雨有较大影响的积云对流参数化方案,分别从对流激发和大尺度环境场相互作用的角度出发,对其中一些经验性参数在合理取值范围内给予调整,使其在一定程度上表征模式的不确定性,来构建集合成员.试验结果表明:对流参数化方案中不同的参数对降水的影响作用各不相同,空间上对于降水落区的影响不是很大,但是对降水强度的改善却很明显,集合平均对强暴雨中心的体现有积极作用,平均后的暴雨区最大降水量预报为90mm/24h,比"确定性"预报(控制试验)值70mm/24h改善了约30%,最佳的单个成员的暴雨区最大降水量预报值(120mm/24h)比控制试验预报(70mm/24h)提高了70%;时间上看,不同的参数会影响到积云对流的激发,使得降水发生的时间有所不同,进而影响后续降水的发展.试验2利用模式不同分辨率和不同物理参数化方案的组合来构造集合成员,进行中尺度集合预报试验,试验结果表明:简单的集合平均能在一定程度上改善降水强度,与高分辨率模式预报结果比较,暴雨中心降水量约提高了20%～30%.可见:集合预报能在一定程度上减弱模式不确定性的影响;对流参数化方案和经验性参数的差异、模式分辨率的差异确实对模拟结果有一定的影响.

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利用目前国际上最先进的中尺度WRF模式模拟热带气旋生成,网格分辨率从9 km增加到3 km,3 km网格中积云参数化方案不起作用,依靠微物理方案来模拟对流尺度系统特征,模式中热带气旋的生成过程变得迟缓.当低压扰动发展到一定程度后再加入3 km网格,生成过程有加快趋势.本研究针对该现象进行分析.结果 表明:只用微物理方案使低层(950～700 hPa)风速的垂直切变减小,不利于对流发展;切变减小主要是由于动量垂直输送项的差异所致.在加入细网格的6h内,低层对流尺度(减去区域平均)的动量垂直输送量平均增加了一倍,某些时刻达到了5倍以上;动量混合增加是由于微物理方案模拟的垂直速度增加所致.此外,只用微物理方案导致对流有效位能迅速被消耗.低层垂直切变和对流有效位能的减小都不利于对流发展,从而导致热带气旋生成发展过程迟缓.本研究表明,目前WRF中的微物理方案在模拟热带气旋生成过程中的对流发展时仍然存在问题.

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利用最新发布的区域气候模式RegCM4,选取3种水平分辨率,3种垂直分辨率,对2001 -2003年6～8月气候状况进行模拟,将模拟降水与GPCP降水资料在季、月、日尺度进行对比分析,研究分辨率对夏季降水模拟的影响,得到主要结论:RegCM4模拟结果能较好地反映模拟区域降水由东南向西北递减的分布趋势,模拟降水量随水平、垂直分辨率的增加而减小,当水平分辨率为30 km,垂直分辨率为14层时,全区域模拟降水偏差最小；不同区域、不同月份区域平均降水对分辨率的敏感性存在明显差异；在高海拔区域,分辨率对降水模拟影响显著,随着水平分辨率的提高,模拟降水更接近观测值；模拟口降水强度分布的峰值随着垂直分辨率的提高,向弱降水方向移动显著；分辨率配置主要影响模拟降水偏差的低频分量及24 d周期分量,通过合理调整分辨率配置可以有效减小模拟系统误差.