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不同云微物理方案对台风“安比”降雨模拟的影响

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海洋科学进展 2023年第1期41卷 64-75页

作者：庞杨朱锐刘浩王淑云沧州市气象局河北沧州061000 河北省气象服务中心河北石家庄050021

利用WRF3.9.1模式对台风“安比”于2018年7月23日至24日北上至37°N以北造成的河北东北部、天津等地的大暴雨过程进行模拟,并对比了不同云微物理方案模拟的台风路径、结构、降雨分布,分析了云内水成物混合比差异与垂直运动的关系。结果... 详细信息

利用WRF3.9.1模式对台风“安比”于2018年7月23日至24日北上至37°N以北造成的河北东北部、天津等地的大暴雨过程进行模拟,并对比了不同云微物理方案模拟的台风路径、结构、降雨分布,分析了云内水成物混合比差异与垂直运动的关系。结果表明:①各方案均能较好模拟出台风北上时的结构和强度,其中Morrsion 2-moment方案对强降雨的时段、区域、中心雨量把握最准确。②台风主雨区云体内的云水粒子分布于0~8 km,0℃高度在4~5 km,说明云体内存在大量过冷水。③强降雨时段,各方案模拟的垂直上升速度与小时雨强有较好的对应关系。同时雨区云顶高达10~15 km,配合云团内的强上升运动,云中出现大量过冷水及固态水成物。④Thompson方案与Morrsion 2-moment方案的云霰混合比明显大于其他方案,并且云霰粒子、云水粒子在0℃以上有大量重合,二者是云中贝吉龙过程的关键因素,对降雨量有着直接影响。⑤各微物理方案模拟的云体内部垂直上升运动区强弱与小时雨强大小相关性较好。本研究可以为改进适用于台风的云微物理方案提供方向,还加深了云微物理过程对台风降雨的认识。

关键词：台风“安比” 云微物理方案 WRF3.9.1 云中水成物

云微物理方案对一次高原切变线暴雨过程数值模拟的影响

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云南大学学报（自然科学版） 2019年第3期41卷 526-536页

作者：顾小祥李国平成都信息工程大学大气科学学院四川成都610225 气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044

利用中尺度数值模式WRF v3.8.1中的16种云微物理参数化方案,对2014年8月26—27日川渝地区的1次高原切变线主导下的暴雨过程进行了数值模拟对比实验.结果表明:WRF模式能够较好地模拟本次切变线强降水过程,总体来说NSSL2-moment方案的模... 详细信息

利用中尺度数值模式WRF v3.8.1中的16种云微物理参数化方案,对2014年8月26—27日川渝地区的1次高原切变线主导下的暴雨过程进行了数值模拟对比实验.结果表明:WRF模式能够较好地模拟本次切变线强降水过程,总体来说NSSL2-moment方案的模拟效果最好.但不同云微物理方案对于不同量级降水的模拟各有优势,NSSL 2-moment方案对大雨及暴雨的模拟效果最好.在主要降水区,各方案模拟的逐小时降水量的峰值均滞后于实况并且突发性更强,NSSL2-moment+CCN方案在此区域模拟的累积降水量与实况最为接近.云中水成物含量的模拟结果显示,模拟降水较多的方案中其雪粒子含量也较多,而雪粒子不仅在其凝结过程中的潜热释放有利于对流活动发展,并且亦可以通过融化过程促进降水.而对于暖云降水部分,能够到达地面的雨水粒子含量的模拟在各方案中并无显著差异.

关键词： WRF模式高原切变线云微物理方案暴雨模拟

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不同云微物理方案对一次飑线过程模拟的影响

气象科学 2017年第2期37卷 173-183页

作者：黄丹莲高士博闵锦忠南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心/气象灾害教育部重点实验室南京210044

本文利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式的不同云微物理方案对2009年6月14日发生在华东地区的一次飑线过程进行1 km的高分辨率模拟,探讨不同云微物理方案对飑线模拟的影响。结果表明:双参数方案的模拟效果总体上优于单参数... 详细信息

本文利用WRF(Weather Research and Forecasting)模式的不同云微物理方案对2009年6月14日发生在华东地区的一次飑线过程进行1 km的高分辨率模拟,探讨不同云微物理方案对飑线模拟的影响。结果表明:双参数方案的模拟效果总体上优于单参数方案,其中WDM6方案模拟效果最佳,能够较好的模拟出强对流回波区、层云区的主要特征。在单参数方案中以WSM6方案最优。Kessler和LIN方案模拟飑线的回波范围偏小,强度偏弱。进一步对比热力和动力场发现,WDM6方案模拟的冷池的面积最大,强度最强,气压最高,飑线前部的入流处风速最大。不同云微物理方案对微物理场的影响较明显,相比单参数方案,双参数方案模拟的水凝物混合比更高,且能够模拟粒子数浓度,更准确地描述了云中的各类粒子特征。

关键词：云微物理方案单参数方案双参数方案

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飑线模拟对云微物理方案的敏感性研究

飑线模拟对云微物理方案的敏感性研究

作者：钱奇峰清华大学

学位级别：硕士

本文主要利用WRF模式中多种云微物理方案对2014年5月22日发生在中国华南地区的一次飑线过程进行了数值模拟研究。尽管大部分云微物理方案能够模拟出本次飑线过程的形态、移动、发生发展以及消亡的基本特征,但不同云微物理方案模拟的飑... 详细信息

本文主要利用WRF模式中多种云微物理方案对2014年5月22日发生在中国华南地区的一次飑线过程进行了数值模拟研究。尽管大部分云微物理方案能够模拟出本次飑线过程的形态、移动、发生发展以及消亡的基本特征,但不同云微物理方案模拟的飑线系统差别依然很明显,特别是模拟的飑线长度。Morrsion方案模拟的飑线移动速度比WSM6方案和WDM6方案较慢,但模拟的冷池强度和飑线后部层云与层云降水优于WSM6方案和WDM6方案。对于本次过程,同一方案的单参数版和双参数版对飑线系统中的冰相水成物的模拟影响不明显,但使用霰粒子假设与使用雹粒子假设对模拟可以产生较为明显的影响。WDM6雹方案中雹粒子由于下落速度较大,能够下落至在融化层以下从而对大气低层冷池的形成产生影响,而本文中使用的所有方案中的霰粒子主要在融化层以上融化。尽管冰相水成物的模拟差别非常明显,更进一步的分析表明,雨蒸发过程才是冷池形成与维持的主要因素。而雨蒸发率的计算又主要受到模拟的雨滴谱的影响。雨蒸发越强,形成的冷池强度也越强,从而使得飑线的移动速度越快,长度也越长。SBU-YLIN方案对于本次过程模拟较差主要是由于环境相对湿度达到90%时,雨停止蒸发造成的。通过对雨蒸发公式和饱和调整方案的一些改进,SBU-YLIN方案能够较好地模拟出本次飑线过程。本研究的结果表明,雨蒸发是飑线长度模拟的关键因素,雨蒸发越强,飑线的长度也越长。提升模式对飑线长度模拟和层云区模拟的效果不仅仅需要更加真实可靠的冰相水成物参数化方案,也需要更加合理的雨蒸发参数化方案。

关键词：飑线长度云微物理方案雨蒸发过程 SBU-YLIN方案 WRF

单双参云微物理方案对强降水过程中云宏微观特征模拟的对比分析

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单双参云微物理方案对强降水过程中云宏微观特征模拟的对比分析

作者：钱悦南京信息工程大学

学位级别：硕士

本文将WRFV3.9版本中的16种云微物理参数化方案分为单参和双参两组,分别对2016年6月30日-7月4日江淮流域一次强降水过程进行了敏感性试验,比较不同的单双参云微物理方案对此次强降水过程中降水和云的模拟效果,先利用中国自动站与CMORPH... 详细信息

本文将WRFV3.9版本中的16种云微物理参数化方案分为单参和双参两组,分别对2016年6月30日-7月4日江淮流域一次强降水过程进行了敏感性试验,比较不同的单双参云微物理方案对此次强降水过程中降水和云的模拟效果,先利用中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐小时降水数据对各组模拟降水进行评估,在此基础上利用FY-2G和CALIPSIO云产品数据分别评估了不同单双参方案对降水过程中总云量、云垂直结构云水含量等宏微观特征的模拟性能,其主要结论如下:(1)利用WSM3方案对此次强降水过程模拟分析得出水汽主要来源于孟加拉湾,高层的副热带高空急流和低层的西南风急流相耦合,形成上干下湿的环流形势。降水过程中对流有效势能有积聚和释放的过程。强降水过程有强烈的垂直上升运动,并有相对应的辐合辐散机制。强的垂直上升运动对应强的视热源和强的视水汽汇,同时也伴随着强降水的发生。(2)选用不同的云微物理参数化方案均能较好地模拟出该次过程的雨带位置和中心降水强度,但SBU-YLIN方案和CAM 5.1方案模拟的强降水中心偏西,降水强度也偏弱,Kessler方案模拟的强降水中心偏北,降水强度偏弱。通过计算5天逐小时观测累积降水量与模拟累积降水量的时间相关系数可以得出单参方案中Goddard方案和WSM5方案模拟与实况对比效果最好。双参方案中WDM5方案和WDM6方案的模拟与实况对比较为一致。(3)分析两组试验对总云量的模拟结果发现,单参方案组除Kessler暖云方案由于对冰云过程描述不足导致模拟的总云量显著偏高外,其他单参方案和所有双参方案均能模拟出强降水过程中总云量的时空演变特征。从云覆盖率和云水含量的垂直分布特征来看,单参方案组对600hPa以下中低层暖云的模拟稳定性整体略优于双参方案组;而对200～500hPa之间的冰相云模拟结果则相反,双参方案组比单参试验组模拟的固水含量更加集中。对于低层暖云降水过程,选择如WSM5单参方案比双参方案得到的模拟云量更加接近实况,而对于以深对流为主要运动特征的冷云降水过程,选择如WDM5或WDM6这样双参方案模拟得出的高云量值更加稳定,误差也更小。

关键词：单双参数云微物理方案强降水云量宏微观特征

一个单冰云微物理方案和统计云宏物理方案的性能研究

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一个单冰云微物理方案和统计云宏物理方案的性能研究

作者：李佳播中国气象科学研究院

学位级别：硕士

全球和区域综合预报系统GRIST模式是建立在球面正二十面体泰森多边形网格上的全球非静力/静力多尺度模式,实现在球面准均匀和变分辨率网格间灵活选择。耦合具有尺度自适应能力的次网格物理参数化方案对满足GRIST模式变分辨率模拟和多尺... 详细信息

全球和区域综合预报系统GRIST模式是建立在球面正二十面体泰森多边形网格上的全球非静力/静力多尺度模式,实现在球面准均匀和变分辨率网格间灵活选择。耦合具有尺度自适应能力的次网格物理参数化方案对满足GRIST模式变分辨率模拟和多尺度应用需求至关重要,其中云微物理和宏物理过程是模式网格降水和云诊断的关键过程。本研究通过在GRIST模式中引入一个单冰（SI）云微物理方案和一个高斯概率密度函数分布（Gauss-PDF）的统计云方案来改善模式的云微物理和宏物理表达,用SGRSIT单柱模式对热带暖池区域国际云试验（TWP-ICE）和1997年北美南方大平原大气辐射测量试验（ARM97）期间的两个典型个例进行了单柱模拟,结果与CAM5模式的Morrison–Gettelman（MG08）云微物理方案和Park-Bretherton-Rasch（PBR14）云宏物理方案模拟以及观测资料进行了对比分析。SI云微物理和Gauss-PDF云宏物理方案总体改善了降水、凝结和云分布的模拟,在TWP-ICE试验中成功地再现了1月25日到30日对流活跃期的高层云量,降水时间演变合理,具有适当的波动和峰值,相对于MG08和PBG14方案,融化层以下的冰水含量和液态水含量模拟结果分别减少和增加,与观测结果更好地吻合,但在对流活跃期模拟的400h Pa以上高层云量偏大。在ARM97试验中使用Gauss-PDF方案可以有效改善低云云量的模拟和极端降水。进一步改进冰层云诊断方法得到新Gauss-PDF云方案,在TWP-ICE和ARM97两个试验中高层云量明显减少,模拟效果进一步改善,同时保持了原Gauss-PDF方案对于其它物理量的改善效果。本研究进一步进行了SI方案在三维GRIST模式的三维模拟试验。结果显示,SI方案中印度洋北部,南亚地区以及高纬度开阔海域的年平均总降水模拟与观测结果更好吻合,在赤道非洲沙漠地区和极区的年平均大气层顶云辐射影响的长波和短波辐射通量也因为高云云量和低云云量的增加更接近观测结果。

关键词： GRIST模式云微物理方案云宏物理方案单柱模式

WRF模式中不同边界层及云微物理方案对两次黄海海雾个例数值模拟的影响

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气象科技进展 2019年第6期9卷 12-19页

作者：饶莉娟高山红张恺青岛市黄岛区气象局青岛266400 中国海洋大学青岛266100

利用WRF模式及其循环三维变分同化系统,以发生在2006年3月6-8日和2012年3月27-28日的两次大范围黄海海雾事件为研究对象,针对不同的边界层方案和云微物理方案,设计了4组海雾数值模拟对比试验。模拟结果显示:对于2006年较为浓厚的海雾个... 详细信息

利用WRF模式及其循环三维变分同化系统,以发生在2006年3月6-8日和2012年3月27-28日的两次大范围黄海海雾事件为研究对象,针对不同的边界层方案和云微物理方案,设计了4组海雾数值模拟对比试验。模拟结果显示:对于2006年较为浓厚的海雾个例,边界层方案采用YSU、云微物理方案采用Lin得到的模拟雾区与观测事实最为相符;YSU和Thompson方案、MYNN和Lin方案的组合模拟结果次之。边界层方案采用MYJ时,无论采用何种云微物理方案,模拟结果均较差。而对于2012年较为淡薄的海雾个例,采用不同云微物理方案之间的差异较小,采用不同的边界层方案得到的模拟雾区差异显著。采用MYNN边界层方案得到的模拟雾区与观测事实最为相符,而YUS和MYJ方案均不能很好地模拟出此次海雾过程。

关键词：黄海海雾 WRF模式数值模拟边界层方案云微物理方案

WRF模式不同云微物理方案对华西秋雨模拟影响

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气象与环境学报 2016年第2期32卷 1-10页

作者：艾凯郑益群曾新民陈浩伟解放军理工大学气象海洋学院江苏南京211101 江苏省气候变化协同中心江苏南京210093

利用WRF模式的5种云微物理方案对华西地区一次秋雨过程(2011年9月13—20日)进行了模拟,分析不同云微物理方案对华西秋雨的模拟能力,并对降水模拟差异的可能原因进行分析。结果表明:WRF模式的5种云微物理方案对华西秋雨均具有一定的模拟... 详细信息

利用WRF模式的5种云微物理方案对华西地区一次秋雨过程(2011年9月13—20日)进行了模拟,分析不同云微物理方案对华西秋雨的模拟能力,并对降水模拟差异的可能原因进行分析。结果表明:WRF模式的5种云微物理方案对华西秋雨均具有一定的模拟能力,可模拟出华西秋雨的夜雨特征,但Kessler方案模拟的降水落区偏小且降水强度偏弱,而Lin方案模拟的降水强度则偏强;相对来说,Ferrier和WSM3方案对华西秋雨主要降水过程的模拟效果较好。对比WRF模式5种不同云微物理方案对华西秋雨过程的模拟可知,各方案模拟的区域降水强度与WRF模式模拟的上升运动的强弱存在较好的一致性。

关键词：华西秋雨数值模拟云微物理方案

一次江淮暴雨高分辨率数值预报中云微物理方案敏感性分析

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大气科学学报 2023年第5期46卷 765-775页

作者：孟泽华高彦青马旭林周勃旸南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室江苏南京210044 上海市生态气象与卫星遥感中心上海200030 中国民用航空青岛空中交通管理站山东青岛266108

基于全可压非静力中尺度预报模式WRF,选取Lin、WSM3、WSM5、WSM6、Goddard五种云微物理方案和Kain-Fritsch积云对流参数化方案,对2017年6月10日的江淮暴雨过程开展高分辨率数值预报试验,重点研究了云微物理方案对强降水预报的敏感性。... 详细信息

基于全可压非静力中尺度预报模式WRF,选取Lin、WSM3、WSM5、WSM6、Goddard五种云微物理方案和Kain-Fritsch积云对流参数化方案,对2017年6月10日的江淮暴雨过程开展高分辨率数值预报试验,重点研究了云微物理方案对强降水预报的敏感性。结果表明:Lin方案模拟的局地暴雨区降水量随时间的演变与实况较为吻合,但降雨量偏小,WSM5、WSM6和Goddard方案模拟的降水量级与实况更为吻合;不同云微物理方案对此次江淮暴雨的预报能力具有明显差异,小雨量区域的模拟效果基本一致,暴雨和大暴雨对云微物理方案更加敏感;云中水成物的三维结构特征差异明显,其水成物含量也显著不同。WSM5方案模拟的雨水和云水含量较高,其降水量和落区质量较好;不同微物理方案产生差异明显的垂直速度,导致云量、云高有所差异,进而影响降水预报的性能,说明选用更为敏感的云微物理方案对降水预报质量的改善具有重要作用。

关键词：数值预报江淮暴雨云微物理方案敏感性分析

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