检索结果-南通市图书馆

作者：程佳佳中国气象科学研究院

学位级别：硕士

暴雨引发的洪水、山体滑坡、泥石流等灾害时常给国民经济以及人民的生命财产安全带来严重损害。而暴雨具有空间尺度小、突发性强、生命期短等特点,,因此对其落区、时间及强度的预报难度较大。CMA-MESO(GRAPES-MESO)模式在暴雨预报与研... 详细信息

暴雨引发的洪水、山体滑坡、泥石流等灾害时常给国民经济以及人民的生命财产安全带来严重损害。而暴雨具有空间尺度小、突发性强、生命期短等特点,,因此对其落区、时间及强度的预报难度较大。CMA-MESO(GRAPES-MESO)模式在暴雨预报与研究中有广泛应用,目前业务上使用单参云微物理方案。随着数值预报模式分辨率与算力的逐步提高,物理过程需要向更精细化的方向发展,模式需要逐步转向双参方案,并且对其进行完善与改进。本文利用CMA-MESO 5.1模式,使用区域自动观测站、FY卫星、中国气象局三维雷达拼图产品(简称mosaic雷达产品)与ERA5再分析资料等多源数据,研究云微物理方案模拟降水、总云量、亮温、雷达反射率及水凝物水平与垂直分布的模拟情况,评估方案对降水、云宏微观特征的模拟性能,诊断云微物理方案的优势与不足,并以此为依据对国内外数值模式中广泛应用的thompson云微物理方案中的参数化方法与经验参数进行修改以提高方案对降水与冰相粒子分配的模拟性能。深入分析方案的优化改进对模拟水凝物影响的微物理作用机制,并使用降水评估指标诊断改进方案模拟降水效果。本文主要结论如下:在台风个例的数值模拟试验中,CMA-MESO模式中的WSM6、Liu-Ma与thompson方案均能较好地模拟24 h累积降水落区、中心位置与强度及逐小时降水变化趋势,但模拟降水更加分散。模式模拟云区位置、亮温分布与卫星探测基本一致,但存在云区模拟范围偏大、总云量偏高的不足。模拟雷达强回波区中心强度偏低,位置偏北,回波系统移动滞后。模拟水凝物范围与强度偏大,除云水外,其它水凝物中心位置偏南。Liu-Ma方案对24 h累积降水、总云量及亮温的模拟结果与观测数据吻合较好,但在逐小时降水量时间演变与水凝物分配方面不及WSM6方案。thompson方案模拟总云量最多,亮温低值区范围分布过大且量值更低,预报回波强度大于WSM6方案。与观测数据相比,thompson方案对各项云特征与降水的模拟效果均不及其它两个方案。针对thompson方案表现出的典型特征与不足,本文对方案进行以下几个方面的修改:优化雪粒子淞附增长公式,改善雪到霰的转换过程;优化雨、云冰、霰三种降水粒子末速度参数;优化雪、霰质量-直径分布关系中的参数;将雪对云冰的捕获效率设为温度的函数;将霰粒子分布还原为广义伽马分布。通过敏感性试验发现使用修改后的雪粒子的参数化方法能够显著减少模拟高空雪含量,增加霰含量,但广西省东部的强霰粒子中心的强度有所下降。同时修改云冰、雨、霰与雪粒子末速度参数后模拟效果并不是最优,将云冰、雨滴与霰的粒子谱均还原为广义伽马分布也不能进一步有效改善台风个例的降水模拟效果,而单独还原霰粒径分布能够在保证计算效率的同时提高大雨及以下等级降水的TS评分。优化雪与霰的质量-直径关系中的参数能够一定程度上优化冰相粒子分布的模拟效果。通过对比分析使用上述修改的方案与原thompson方案对台风个例的降水及雷达反射率的模拟结果,发现改进方案模拟降水增多,能够更好地模拟出安徽北部、广西东部地区降水中心,但仍旧未能模拟出湖南省北部降水中心。修改后的方案模拟回波更强,减少了原方案回波系统移动滞后与东西发展不足的误差,且能够更好地模拟广东省中部与广西省东部的回波中心。方案修改后,雪、霰粒子的融化速率的增加使降水中心内的雨水含量增加,淞附过程增大显著减少了高空雪含量,并使雨区内霰含量增大。强对流个例的批量试验证明改进后的方案模拟TS评分整体高于原方案,小雨、中雨、大暴雨及以上等级降水预报效果均有显著提升,模拟各等级降水BS评分大于原方案,能够一定程度弥补原方案漏报率偏高的不足,但对于空报格点则会增加误差。综合分析,本文优化改进后thompson云微物理方案对降水模拟预报效果明显优于原方案。本文的研究成果可以为进一步改进CMA-MESO模式的双参云微物理方案提供一定的依据和参考。

关键词：数值天气预报 CMA-MESO模式云微物理方案优化 thompson方案暴雨

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两种双参数微物理方案暖云粒子谱及雨滴源汇模拟对比研究（英文）

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Atmospheric and Oceanic Science Letters 2019年第6期12卷 424-433页

作者： LEI Hengchi GUO Jiaxu CHEN Di YANG Jiefan Key Laboratory of Cloud-Precipitation Physics and Severe Storms Institute of Atmospheric PhysicsChinese Academy of SciencesBeijingChina College of Earth and Planetary Sciences University of Chinese Academy of SciencesBeijingChina Collaborative Innovation Center on the Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters Nanjing University of Information Science and TechnologyNanjingChina Aviation Meteorological Center Air Traffic Management BureauCivil Aviation Administration of China(CAAC)BeijingChina

本文对WRF模式中两种常用的雨滴双参数微物理方案,即thompson方案和WDM6方案在华北地区‘7.20’暴雨中暖云粒子谱和雨滴源汇项的模拟差异,以及上述差异如何影响降水模拟进行了详细的分析。结果表明:WDM6方案模拟的云滴数浓度比thompson... 详细信息

本文对WRF模式中两种常用的雨滴双参数微物理方案,即thompson方案和WDM6方案在华北地区‘7.20’暴雨中暖云粒子谱和雨滴源汇项的模拟差异,以及上述差异如何影响降水模拟进行了详细的分析。结果表明:WDM6方案模拟的云滴数浓度比thompson方案中给定的云滴数浓度概量小1-3个量级,云滴谱较宽。云雨自动转换过程和雪、霰融化过程的共同导致WDM6方案雨滴粒子数浓度较大,平均尺度较小。本文着眼于微物理方案间的暖云粒子谱模拟差异,是以往研究关注较少的领域,有助于更好地理解微物理方案的模拟特征。

关键词： WDM6方案 thompson方案粒子数浓度粒子谱分布雨滴源汇项分析

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一种飞机增雨原理试验的数值模拟方法初探

一种飞机增雨原理试验的数值模拟方法初探

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第35届中国气象学会年会

作者：李德俊谢勇彭亮江西省人工影响天气领导小组办公室

本文用WRF中尺度数值模式,通过原理试验方法对飞机增雨作业过程进行研究,初步确定飞机增雨作业的最佳催化部位和催化时间,大致估算飞机增雨作业的增雨量,为作业前飞行计划设计提供参考。本文首先统计了2008年～2014年江西省南昌和赣州9... 详细信息

本文用WRF中尺度数值模式,通过原理试验方法对飞机增雨作业过程进行研究,初步确定飞机增雨作业的最佳催化部位和催化时间,大致估算飞机增雨作业的增雨量,为作业前飞行计划设计提供参考。本文首先统计了2008年～2014年江西省南昌和赣州98次飞机增雨作业的天气系统背景,得到有利于开展飞机作业的天气系统依次是高空低槽、中低层切变线、冷空气、西南气流、高压底部或后部、低压系统。用WRF数值模式对中低层切变线天气系统下2015年9月6日的一次天气过程进行了数值模拟,分别选取WSM5方案、Lin方案、Kessler方案、thompson方案4种微物理过程加入WRF数值模式中,模拟的2015年9月6日08～20时12小时雨量和地面常规站的雨量对比显示,WSM5方案和thompson方案对这次降水过程的模拟效果较好,但thompson方案更接近实况,因此本文选取thompson方案对飞机作业过程进行模拟。为分析飞机作业对模拟结果的影响,课题进行飞机增雨催化原理试验,选用在模式选定的时空范围直接把过冷水转化为冰晶的方法进行催化模拟试验,同时考虑冰核核化过程对水汽的消耗,考虑将选定的时空范围内的云水和10%的水汽转化为冰晶,分析催化时机、催化部位等对催化效果的影响。选取的2013年11月11日、2014年11月7日2次飞机增雨作业过程,用WRF中尺度数值模式加thompson方案进行模拟分析,定义催化区域为包括飞机开展作业轨迹的矩形区域,并在垂直方向有一定高度;催化时间定义为催化时间段的整点时刻,利用WRF数值模式的断点重新启动功能加入催化区域。本文分别设定催化区域分别在不同高度、不同时间加入的实验方案,其中控制实验方案是不加入催化区域的方案,不同高度实验方案分别是位于642～573h Pa（ETA层11-13层）、573～505h Pa（ETA层13-15层）的方案;不同时间实验方案是催化时刻前2小时和后2小时,且催化高度层位于642～573h P的方案。模拟结果对比发现:（1）4种催化方案都改变了累积降水量,产生了和控制实验方案不同的结果,（2）不同高度催化实验显示,如果催化区域有云水存在,结果使强降水的面积增大,但同时会使催化区域内或附近的弱降水稍微减少,云水越丰富,强降水的面积增大更明显,（3）催化区域的加入时间不同,如在大的天气系统内部,模拟结果是强降水产生了增强,弱降水略有减弱;如在天气系统的前部,引起弱降水量级和范围的增加;如在降水云系成熟阶段,即使催化区域有丰富的云水,降水面积和强度变化不大,（4）催化区域如果和天气系统是分开的,则模拟产生的雨量和控制实验方案近似相同,（5）催化区域位于天气系统的北侧,催化后雨量大值区域面积减少,但弱降水略微增加。文章在应用过程中,对2015年10月31日和2015年11月8日两次飞机增雨作业的雨量进行了估算,分别大致增加雨量1900万吨和5500万吨。

关键词： WRF数值模式 thompson方案催化原理试验催化部位增加降水量

来源： cnki会议评论

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