中尺度模式中的边界层特征量分析

在中尺度数值天气预报模式MM4中，用level3及E-ε-l两种湍流闭合方法对原总体边界层参数化方案进行改进，使得中尺度模式中可以直接输出有关湍流量，并对地表通量参数化方案进行改进，进而对不同下势需如沙漠，植被上的有关湍流量和边界层特征量进行分析。研究中尺度系统中边界层结构的特征，本文主要从地表通量，湍流交换系数，湍流动能（q^2)，温度脉动方差（θ^2)及风温廓线等几个方面进行研究，结果表明，新方案能更好地反映边界层特征。     

江淮流域极端降水时空变化特征:站点观测和再分析的对比

利用淮河流域1979—2011年260个站点观测、ERA-Interim和NCEP/DOE再分析资料的日降水量数据,选用8个极端降水指数,从空间分布、发展趋势、时间变化等方面对比分析了我国江淮流域极端降水的变化规律,研究了再分析数据的适用性,结果表明:1)持续湿润指数(CWD)、强降水日数(R10mm,R20mm)以及百分位指数(R95p,R99p)具有一致的北少南多的分布特征,而持续干燥指数(CDD)为北多南少,且强度指数(Rx1day,Rx5day)和百分位指数在浙江沿海均有极大值存在。2)大部分地区的强降水日数呈减少趋势,仅在江淮周边地区有弱上升趋势。3)区域平均的降水强度指数具有上升的趋势变化,逐月变化具有先增长后减少的结构特征,5—6月的增长量最大,峰值出现在7月,在夏末、冬季有较明显的随年代增加的趋势,在秋季则随年代减少。4)再分析资料ERA-Interim和NCEP/DOE对不同指数的再现能力有所不同,ERA-Interim对强降水日数(R10mm)、CDD、百分位指数的空间分布以及CDD的变化趋势再现能力较好,与强度指数和百分位指数年际变化的相关性较高,但对CWD变化趋势分布特点的再现能力较弱;NCEP/DOE更善于再现较强降水日数(R20mm)的空间分布以及强度指数和百分位指数的线性变化趋势。5)两种再分析资料能合理地再现强降水日数(R10mm,R20mm)和CDD年际变化特征和强度指数的季节变化特征。     

四维EOF分析检验数值模式模拟气候及其变化能力研究

文章提出了一个四维经验正交函数(4D-EOF)方法,原理是三维经验正交函数(3D-EOF)与扩展经验正交函数(EEOF)简单的组合,此方法不仅提供空间水平分布特征场及其对应的月际变化特征和年际变化特征,而且还提供空间垂直结构特征。利用这个新方法分析东亚季风国际区域模式比较计划(RMIP)MM5V3模拟的1989—1998年10a积分结果———包括中国大部分区域(4941个格点,格距60km)月平均100,500,700,1000hPa4个位势高度场(模拟场)及其距平场;同时分析对应的NCAR/NCEP再分析资料(观测场),进而对比两者检验模式模拟东亚季风气候及其变化能力。对比分析结果表明:对于月平均高度场的第一特征向量场,模式能比较准确地模拟出平均气候场的分布及其垂直相当正压性的结构特征;对于月平均高度距平场第一、二特征向量场,模式对于距平场的模拟也较成功,垂直方向有明显的相当正压性特征;月平均高度场及其距平场相应的月际变化和年际变化特征也在模拟中得到较好的反映。本研究表明:4D-EOF具有综合检验数值模式模拟气候及其变化的能力,而MM5V3模拟20世纪90年代东亚气候及其变化能力是令人满意的。     

分辨率对区域气候极端事件模拟的影响

利用NCAR MM5V3对1999年6月长江流域的极端异常降水事件进行了模拟,主要研究不同水平和垂直分辨率对极端区域气候事件模拟的影响。数值模拟试验表明:模式能够模拟出极端强降水的主要分布特征;水平分辨率的提高降低了模式模拟的强降水偏差,对逐日降水变化的模拟更加合理,而垂直分辨率的提高基本上也都减小了模拟的强降水过程的偏差,改善对强降水的模拟能力;模式水平、垂直分辨率的提高在一定程度上增强了对强降水过程的模拟能力。水平分辨率的提高能够改善模式对海平面气压的模拟,而垂直分辨率的提高可以改善模式模拟的地面气温和低层环流。分辨率对中层大气环流的影响不是很敏感。不同积云对流参数化方案模拟的对流降水比率随水平分辨率的变化是不同的,Grell方案对流降水比例随分辨率的提高而增加,而Kain-Fritsch方案的结果相反。     

海岸地形作用在青岛一次晚秋暴雨过程中的数值模拟分析

利用常规资料和卫星、雷达观测,分析了2004年11月9日至10日山东青岛地区一次暴雨的中尺度结构特征,并在初步分析的基础上进行了数值模拟和地形的敏感性对比试验,结果表明:此次暴雨是冷锋前暖区的浅层对流性强降水;西太平洋的水汽是这次暴雨的主要水汽源;模式对这次强降水具有较强的模拟能力;海岸地形作用所产生的次级环流和中尺度重力波,可能是这次对流性强降水的触发机制,同时对这次降水有很大的增幅作用。     

切变线暴雨过程中湿位涡的中尺度时空特征

利用中尺度数值预报模式MM5V3.6,对2005年9月19—21日发生在山东中南部的区域性切变线暴雨天气过程进行了数值模拟。并用高时空分辨率的模式输出资料,对此次暴雨过程的湿位涡场特征进行了诊断分析。结果表明:θse面陡立易导致湿斜压涡度的发展,形成θse陡峭密集区,密集区内容易发生暴雨。通过湿位涡的分析,揭示了暴雨过程中湿位涡的中尺度演变特征和空间结构,表明切变线暴雨的发生发展与湿位涡的时空演变有很好的联系。暴雨主要出现在850hPa的ζMPV1负值区和ζMPV2正值区等值线密集区附近,降水中心位于ζMPV1负值中心前部对流不稳定区中。     

鲁中山区地形对山东省一次暴雨影响的敏感性数值模拟试验

利用PSU/NCAR MM5V3中尺度数值模式进行了鲁中山区地形对一次台风暴雨的数值模拟敏感性试验,结果分析表明:鲁中山区地形作用对山东省暴雨有重要影响,迎风坡可引起低层气流和水汽的辐合上升运动增强,降水量增加,但偏北气流在迎风坡的水汽辐合不明显,降水量影响不大;山顶引起低层辐合上升运动减弱,辐散下沉运动增强,降水量减小;背风坡引起低层气流和水汽的辐合上升运动增强,降水量增加。     

华东地区月平均气温统计降尺度方法比较

用中国地面气象观测站的逐日气温观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,分别使用基于多元线性回归(MLR)和3种主成分分析(PCA)的统计降尺度方法,对1959-2008年的华东地区的月平均气温分两个时段进行统计降尺度分析并加以检验,比较了不同降尺度方法的结果。结果表明:对于华东地区气温的统计降尺度预报,基于MLR的统计降尺度方法相对于3种PCA方法而言,对单站年际变化模拟方面有一定优势。PCA方法应用于统计降尺度时,预报因子的区域选择是影响统计降尺度结果的重要因素之一。对于温度进行统计降尺度分析时,预报因子中包含温度因子是非常必要的;所试验的4种降尺度方法,对各站点多年平均情况的模拟要好于对区域平均的年际变化的模拟。     

VALIDATION OF NEAR-SURFACE WINDS OBTAINED BY A HYBRID WRF/CALMET MODELING SYSTEM OVER A COASTAL ISLAND WITH COMPLEX TERRAIN

The results from a hybrid approach that combines a mesoscale meteorological model with a diagnostic model to produce high-resolution wind fields in complex coastal topography are evaluated.The diagnostic wind model(California Meteorological Model,CALMET) with 100-m horizontal spacing was driven with outputs from the Weather Research and Forecasting(WRF) model to obtain near-surface winds for the 1-year period from 12 September 2003 to 11 September 2004.Results were compared with wind observations at four sites.Traditional statistical scores,including correlation coefficients,standard deviations(SDs) and mean absolute errors(MAEs),indicate that the wind estimates from the WRF/CALMET modeling system are produced reasonably well.The correlation coefficients are relatively large,ranging from 0.5 to 0.7 for the zonal wind component and from 0.75 to 0.85 for the meridional wind component.MAEs for wind speed range from 1.5 to 2.0 m s-1 at 10 meters above ground level(AGL) and from 2.0 to 2.5 m s-1 at 60 m AGL.MAEs for wind direction range from 30 to 40 degrees at both levels.A spectral decomposition of the time series of wind speed shows positive impacts of CALMET in improving the mesoscale winds.Moreover,combining the CALMET model with WRF significantly improves the spatial variability of the simulated wind fields.It can be concluded that the WRF/CALMET modeling system is capable of providing a detailed near-surface wind field,but the physics in the diagnostic CALMET model needs to be further improved.     

区域风能资源评价分析的动力降尺度研究

不同于以往的统计风能评估方法,本研究将动力降尺度方法应用到江苏省的风能评价分析中。利用NCEP/NCAR再分析资料与江苏省65个地面气象观测站1971～2000年的观测资料,建立了动力降尺度区域气候模式MM5V3的初始场和边界条件,用较高分辨率（水平分辨率为5 km）评估了江苏省60 m高度的风能分布,分析了动力降尺度方法在区域风能资源评估中的有效应用。结果表明,江苏省风能资源由东部沿海向西部内陆递减,以西连岛为代表的东部沿海风能资源最丰富,其次为长江三角洲地区,太湖、洪泽湖及高邮湖地区的风能资源也比较丰富,徐州市与南京市的风能资源最贫乏。分析表明,动力降尺度方法能够用较高分辨率模拟局地环流和地面风的主要分布特征,可以作为区域风能资源评价分析的有效手段。