云水酸化数值模式计算(Ⅱ)

假定几种痕量气体与云水组成的不同体系在很短时间内达到气—液平衡,进行了云水酸化的数值模式计算。计算结果表明,云水酸化程度与云水体系,空气中酸、碱性痕量气体浓度以及云含水量有关。并用Lowry-Bronsted的现代酸碱理论解释了云水体系P~H值随云含水量变化的现象。     

层状云酸化数值模拟

发展、设计了一个一维时变参数化微物理过程的暖性层状降水云化学模式,研究云雨酸化机制及 SO_2、HNO_3、和 H_2O_2的云内雨洗清除和云下冲刷清除。结果表明,SO_2被 H_2O_2的氧化是SO_2氧化的最主要途径;S(Ⅳ)→S(Ⅵ)转化率及氧化和清除的相对重要性随时间演变不断变化。模式结果在一定程度上与实测资料相符。     

大型数值模式的移植与计算结果

简要介绍了Linux/pgf77 在科学计算中的优点, 并以国家气候中心的现行业务数值模式T63 为例, 说明大型数值模式移植到微机上运行时应注意的事项, 对比数值试验表明在微机上运行大型数值模式是可能的。移植成功的T63 微机版本适合科研工作, 可以减少我国气象科研工作者的重复工作, 对我国的计算机资源不足是一种有效的补偿。     

台风数值模式中计算参数的确定

利用大气环流九层谱模式,即澳大利亚Ｌ９Ｒ１５ＡＧＣＭ,进行了青藏高原雪盖增大对夏季东亚大气环流及其季节变化影响的数值试验。试验结果表明,青藏高原冬季多雪,则导致西太平洋副高减弱东撤,南亚高压减弱南移,东亚季风减弱及季节变化异常。它还使西太平洋副高季节性北移稍提前,减低了北移所达的纬度,以及缩短了东亚夏季流型的持续时间。这些大多与过去的观测事实基本一致。     

广州区域数值预报模式并行化计算

采用消息传递方式 (MPI) 对最近发展的广州区域数值预报模式进行了并行化计算研究。根据模式的结构和计算过程特点, 模式适合采用水平分区方案进行并行计算处理。在曙光3000并行计算机上分别采用一维和二维分区并行方案实现了模式的并行化计算, 并对模式的并行效率、并行加速比和并行通讯时间百分比等做了测试。对测试结果的分析表明:采用8个CPU时, 两种方案都能在1 h内完成72 h的预报, 一维分区方案的并行效率则保持在90 %左右, 可以满足业务运行需要。当模式使用8个以上CPU时, 通讯时间迅速增加并超过了计算时间的50%, 模式并行效率明显下降。CPU相同时, 模式一维分区并行方案比二维分区并行方案并行效率高且实现起来简单。     

区域气候模式中径流计算方案的数值试验

采用由曼宁方程推导而来的动力波方程来改进陆面模式BATS中的径流计算方案，并将改进径流方案后的BA偈模式应用到区域气候模式RegCM2中。利用1998年6—8月T106资料做边界场，对改进后的区域气候模式在中国东部地区进行检验。模拟结果表明，改进后的方案在夏季6—8月内模拟的径流值达到80—500mm左右，较原方案模拟的径流量（30—80mm）更加接近径流实况（50—500mm），体现了径流的大尺度平流效应。取单站（武汉）的模拟结果与原模式进行比较，发现模拟场的平均气温与实况场的误差较原模式减小了0．66℃，几次明显的降水过程也有很好的模拟。文中还分析了气温、降水、土壤含水量、蒸发等量的模拟情况。     

青藏高原云水气候特征分析

利用2001~2016年MODIS月平均液相云水路径（Cloud Liquid Water Path,LWP）、冰相云水路径（Cloud Ice Water Path,IWP）资料和ERA-Interim再分析等资料,分析了青藏高原空中云水的分布特征、变化趋势以及与大气环流变化和水汽输送变化的关系。结果显示,LWP和IWP的年平均分布形态与降水、可降水量对应较好,林芝地区聚集了丰富的LWP、IWP、降水量和可降水量。受印度洋季风影响,LWP和IWP存在明显的季节变化,夏季LWP和IWP最丰富,冬季最少。水汽传输和高原的动力、热力作用是影响夏季LWP和IWP分布的主要因素,夏季高原南部相对湿度大,水汽抬升强烈,促进了LWP和IWP的形成和积累。LWP和IWP随海拔高度的变化特征较为相似,3000~5500 m海拔高度区间内二者的总体变化特征与青藏高原降水的梯度变化特征一致,为随高度先较快升高后保持稳定的分布特征。青藏高原年平均和季节平均LWP和IWP在2001~2016年间均以减少趋势为主,这一变化趋势与云量和降水变化趋势一致,LWP和IWP的减少趋势与水汽输送通量散度的增加密切相关。     

地形坐标系数值模式中气压梯度力的计算

本文详细地讨论了σ坐标模式引入地形时气压梯度力的截断误差。通过理论分析和数值计算看到,对于不同的σ定义和模式变量的垂直分布,Corby格式的精度可以有很大差别。为了减小梯度力的计算误差,对于模式的垂直离散化和梯度力的差分格式提出了一些改进意见。     

气候数值模式在计算网格环境下的应用

气候数值模式研究一直受到大型计算机系统计算性能和计算资源不足的制约。目前越来越多的超级计算领域,正采用网格技术来实现多个计算节点协作的分布式计算环境,以提高计算能力。本研究是气候数值模式在网格环境下的实现方案,依据数值模式数据通讯量的多少,按强关联型和弱关联型两种主要的计算形态对多个气候模式和准数据并行的数值模式在局域网网格和广域网网格环境下实验。实验发现气候数值模式在网格环境下特点:强关联型的数值模式不适合广域网络构成的网格,而弱关联型的数值模式可以在网格计算环境中取得较好的计算效果。另外,合理地组织计算节点的结构,可以有效地提高数值模式的计算效果。这些工作对气候数值模式研究在以网格计算环境为基础的下一代超级计算中的应用有借鉴作用。     

NUMERICAL SIMULATION ON ACIDIFICATION OF CLOUD WATER

The numerical simulation on the acidification of cloud water has been carried out withthe assumption that the cloud droplets forming on the sulfuric acid, sulfate and nitrate nucleidissolve acidic and alkaline gases and achieve a gas-liquid equilibrium in a very short time. The resultshows that the acidification of cloud water is not only related to the initial concentration ofacidic, alkaline gases and aerosol of cloud air, but also to the cloud water content.     

积云酸化和冲刷过程的数值试验研究

用一组化学模式和二维时变积云模式及扩散模式相结合，研究了云和降水发展各阶段污染物浓度对云水和降水的降化影响及SO2冲刷过程的影响（侧重灵敏度试验的讨论）。     

A NUMERICAL MODEL OF MIXED CONVECTIVESTRATIFORM CLOUD

A 2-D slab-symmetric model of mixed convective-stratiform cloud is developed bysuperimposing convective cloud-size field on the convergence field,in order to simulate and studythe mixed clouds consisting of stratiform cloud and convective cloud.A deep convective,anelasticand conservative system of equations with basic variables(V,θ,π')is solved by a new method tocalculate dynamic field.The water substance in the cloud is divided into 6 categories and themicrophysical processes are described in spectrum with two variable parameters and morereasonable particle number/size distributions.To compare with measured radar echo intensity andstructure,the model may calculate echo intensity of the model cloud observed by radar.     

有限区域数值预报模式并行计算试验

该文介绍了在ＳＰ２上实现的一个有限区域数值天气预报模式。模式采用温式时间差分格式，通过标准的区域分割方法实现模式的并行化，并在１６个节点的ＳＰ２上得到了一些初步结果。     

碘化银核化过程的数值模拟研究

根据DeMott等给出的不同成核机制下AgI成核效率的实验结果 ,通过数值模拟的方法 ,研究了AgI粒子在云室、层状云和对流云中的核化过程。通过对云室的模拟 ,发现云滴浓度和云雾持续时间是造成不同云室检测的AgI成核率相差悬殊的主要原因。数值试验结果表明AgI的成核方式在层状云和对流云中有很大不同 :层状云中AgI主要以接触冻结、浸没冻结等慢核化过程为主 ,而对流云中则以凝结冻结过程为主。     

对流云团资料在局地暴雨数值模拟预报中的应用

使用ＰＳＵ／ＮＣＡＲ中尺度数值模式,对两次暴雨实例进行了数值模拟试验。结果表明：相对应用地面及高空常规资料作为初始场的控制试验而言,就用实时卫星对流云团资料增强局部湿度场的敏感性试验,可使暴雨及邻近地区对流层中低层气流辐合上升运动增强,     

三维冰雹云催化数值模式

为了研究冰雹形成机制、催化防雹机制和通过数值试验获得冰雹云优化催化技术,在以前工作的基础上,发展了一个3维弹性冰雹云催化数值模式。模式考虑了冰雹云中详细的微物理过程,各种粒子采用双变参数谱,将云中水物质分成水汽、云水、雨水、冰晶、雪、霰、冻滴和雹8类,可以预报粒子的比浓度和比含量,尤其可以计算以霰或冻滴为胚胎的雹块的数量,非常适合研究冰雹的形成机制。此外,建立了催化剂AgI的守恒方程,考虑了人工冰核的凝华核化及与云、雨滴接触的冻结核化过程,并用地面降雹动能通量检验催化防雹效果,因此,也可以研究催化防雹机制和对雹云的催化技术。     

山地上冰雹云的数值试验研究

建立了一个适用于复杂地形的冰雹云模式。模式是二维、弹性、非静力、采用地形跟随价值、包含双变参数冰相微物理过程参数化。使用实测的初值条件和环境场进行试验。对理论对称型山地的不同初始位温扰动作模拟。结果表明,当初始位温扰动在迎风坡和山顶时冰雹云发展较弱,而当初始位温扰动在背风坡和平原时冰雹云发展较强。当初始位温扰动在背风坡时冰雹云的降雹量约为当初始位温扰动在迎风坡时冰雹云降雹量的６倍。山地上冰雹云的发     

关于雨滴在云下蒸发的数值试验

顾震潮[1]、Mason[2]、Twomey[3]、北京大学云物理教学组[4]、Kuhme[5]等均曾讨论过雨滴的蒸发问题。他们认为雨滴与环境的热交换随时达到平衡,未考虑雨滴蒸发消耗热量与环境向雨滴传导热量的补偿不平衡;以及雨滴在下落中保持高层较低温度的倾向(热滞后),从而造成的滴表面饱和水汽压保持在较低水平,抑制了蒸发的情况。本文通过对云下雨滴下落蒸发过程的数值试验,讨论了:①下落的雨滴由于蒸发消耗热量,温度比周围环境低,并有保持较高层次的较低温度的倾向。②在不饱和大气中的雨滴下落,由于雨滴温度低于环境温度,蒸发过程受到了抑制,甚至可能发生凝结过程。延长了雨滴在云下不饱和大气中下落的距离与存在时间,因而减小了最小可落地雨滴的尺度。     

云微物理过程对暴雨影响的数值试验

本文利用美国科罗拉多州立大学95年完成的RAMS（Regional atmosphere Modeling system)3B版模式，通过冷、暖云两种方案，以常规报文资料为初值对1998年7月20－21日发生在湖北地区的特大暴雨过程进行了模拟分析，初步试验表明模式具有模拟此次强暴雨过程的能力，20日20时至21日20时24小时降水分别为304mm和206mm，最大雨强分别为48mm/hr和31mm/hr，降水中位于鄂东地区，与实况基本吻合。进一步分析表明聚合体粒子在此次降水中占有主要地位，冰相粒子的加入对降水有重要的增幅作用。