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面向空投的青藏高原风场大涡模拟研究

高原气象 2024年第2期43卷 293-302页

作者：鲍艳松季凌潇李欢陆其峰王富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/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室/大气物理学院江苏南京210044 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所四川绵阳621000 中国气象局地球系统数值预报中心北京210008

青藏高原地形复杂且气候恶劣,对高原空投伞降和航空安全是巨大的挑战;本文基于数值模拟方法,研究一套适用于高原复杂地形的风场精确模拟方法。本研究首先基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式的大涡模拟LES(Large Eddy Simula... 详细信息

青藏高原地形复杂且气候恶劣,对高原空投伞降和航空安全是巨大的挑战;本文基于数值模拟方法,研究一套适用于高原复杂地形的风场精确模拟方法。本研究首先基于WRF(Weather Research and Forecasting)模式的大涡模拟LES(Large Eddy Simulation)方案,研究青藏高原大涡模拟方法,构建一套降尺度至40 m水平分辨率的WRF-LES系统。然后,基于青藏高原大风个例,通过敏感性试验研究,评估LES方案和地形高程数据对风场模拟影响。其外,对LES方案的标准亚格子湍流应力模型中参数进行分析,得到青藏高原风场模拟的最优方案组。最后,进行批量试验,检验该方案对高原风场模拟的适用性。试验结果表明:(1)40 m分辨率的WRF-LES系统可模拟得到更精细和准确的风场信息,模拟风速平均绝对误差MAE(Mean Absolute Error)较ACM2方案减小1.4 m·s^(-1)且均方根误差RMSE(Root Mean Square Error)减小1.81 m·s^(-1);(2)高精度地形资料ASTER的接入可以改善模式对风场模拟的效果,各项误差较模式默认地形模拟结果均存在约0.2 m·s^(-1)的改善;(3)LES方案采用基于1.5阶湍流动能方案且常数项系数为0.1时模拟效果最佳,MAE为1.56 m·s^(-1)且RMSE为2.06 m·s^(-1)。批量试验验证了大涡模拟方案对于青藏高原边界层风场模拟具有较强的适用性,40 m分辨率区域风场模拟效果明显优于中尺度模拟效果,可为高原空投伞降提供准确的风场信息。

关键词：青藏高原大涡模拟空投伞降

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IOD Modoki事件对华南后汛期降水异常的影响及可能机理

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大气科学学报 2024年第3期47卷 425-437页

作者：陈业雁金大超史瀛龙张茜柳春粤港澳大湾区气象监测预警预报中心(深圳气象创新研究院) 广东深圳518100 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044 国防科技大学气象海洋学院湖南长沙410073 无锡学院大气与遥感学院江苏无锡214105 安徽省气象台安徽合肥230031

利用1979—2019年CN05.1中国区域高分辨率降水格点数据、英国Hadley中心观测海温数据、ERA5逐月大气再分析资料及大气环流模式,研究了华南后汛期期间(7—9月)IOD Modoki事件与华南后汛期降水异常的关系及可能机理。观测资料结果表明,华... 详细信息

利用1979—2019年CN05.1中国区域高分辨率降水格点数据、英国Hadley中心观测海温数据、ERA5逐月大气再分析资料及大气环流模式,研究了华南后汛期期间(7—9月)IOD Modoki事件与华南后汛期降水异常的关系及可能机理。观测资料结果表明,华南后汛期降水异常与热带印度洋中部(东和西部)海温异常呈显著正(负)相关关系,表现为印度洋IOD Modoki或印度洋三极子事件的空间分布型。滤除ENSO信号影响后,华南后汛期降水异常仍和IOD Modoki存在较为密切的联系。IOD Modoki正异常对华南后汛期降水异常的影响有以下途径,一方面,异常水汽从热带印度洋东部向西输送至热带中印度洋后,在北半球受科氏力作用向东输送至华南地区,为华南地区提供了充足的水汽条件,并且对华南地区降水正异常的主要水汽辐合贡献为平均水汽的水平扰动散度项和扰动引起的平均水汽垂直平流项。另一方面,热带东南印度洋海温负异常,通过Mastuno-Gill响应引起对流层低层自热带东南印度洋至热带中印度洋有东南风异常,增强了70°E附近的越赤道气流,在北半球向东输送至西北太平洋,这引起了华南地区对流层低层气旋式环流异常。另外,热带东印度洋对流层低(高)层异常辐散(辐合),华南地区低(高)层异常辐合(辐散)增强了东亚地区的局地Hadley环流,有利于华南地区降水的产生。再者,IOD Modoki引起南亚季风区受异常下沉运动控制,并通过季风-荒漠机制引起副热带北大西洋东部、北非荒漠区及地中海西部周围正涡度异常,激发了沿急流向下游传播的准静止Rossby波,增强了日本海高压异常和华南及邻近地区对流层低层气旋式环流异常。上述原因均有利于华南地区降水的产生,反之亦然。上述结果在数值模式中亦得到了验证。

关键词： IOD Modoki 华南后汛期降水异常环流异常

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日本中尺度谱模式介绍

气象科技 1991年第5期19卷 21-27页

作者： Akihide Segami Kazuo Kurihara Hajime Nakamura Mitsuru Ueno Isao Takano Yasuo Tatsumi 苏晓冰日本气象厅数值预报组

日本气象厅(JMA)改进并发展了日本谱模式(JSM),使之成为业务预报模式。这个有限区域谱模式在垂直方向有十九层,水平分辨率为40km。模式的预报对象是中-α尺度的天气现象以及地形扰动的细致结构。该模式能非常好地预报天气尺度背景下的... 详细信息

日本气象厅(JMA)改进并发展了日本谱模式(JSM),使之成为业务预报模式。这个有限区域谱模式在垂直方向有十九层,水平分辨率为40km。模式的预报对象是中-α尺度的天气现象以及地形扰动的细致结构。该模式能非常好地预报天气尺度背景下的中尺度结构以及与极涡有关的中尺度云系的演变。对于梅雨季节的强降水过程,模式也非常有效。降水预报在整个春季,甚至在预报的前几小时都很理想。然而夏季的情况则远不如春季。这可能是由于模式的积云参数化方案所造成。模式系统较慢的“自加速”(spin up)也是夏季预报的一个严重问题。

关键词：谱模式天气尺度降水预报强降水过程参数化方案预报模式日本气象厅云系极涡预报对象

尺度适应重力波拖曳方案在高分辨率数值预报中的应用研究

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大气科学 2024年第2期48卷 789-802页

作者：张涵斌史永强卢冰夏宇吴志鹏北京城市气象研究院北京100089 克拉玛依市气象局新疆克拉玛依934000 重庆市气象台重庆401147

随着数值模式分辨率越来越高,在复杂地形区域仅考虑高层重力波拖曳作用和地形阻塞作用具有局限性,WRFv4.3模式中新型重力波拖曳方案在原有大尺度重力波拖曳和地形阻塞作用基础上新加入了边界层小尺度重力波拖曳作用,且对湍流地形拖曳作... 详细信息

随着数值模式分辨率越来越高,在复杂地形区域仅考虑高层重力波拖曳作用和地形阻塞作用具有局限性,WRFv4.3模式中新型重力波拖曳方案在原有大尺度重力波拖曳和地形阻塞作用基础上新加入了边界层小尺度重力波拖曳作用,且对湍流地形拖曳作用增加了描述,从而可以达到尺度适应。为了验证新的重力波拖曳方案的效果,本文基于华北区域3 km对流可分辨模式开展了2021年冬季重力波拖曳参数化方案应用试验,对比分析了三组试验方案:不开启重力波拖曳、原有的仅考虑大尺度重力波拖曳和阻塞作用的方案以及新型的尺度适应方案的模拟结果。试验结果表明:原有重力波拖曳方案仅考虑重力波拖曳和大尺度地形阻塞,在3 km模式中对复杂地形附近整层风场影响较大,但是正效果有限;新型尺度适应重力波拖曳方案在3 km分辨率模式中大尺度重力波拖曳和阻塞拖曳作用为0,仅由边界层内小尺度重力波拖曳和湍流地形拖曳起作用,能够达到尺度适应效果;由于高层重力波拖曳为0,开启新型重力波拖曳会降低低空尤其是边界层内风场预报正偏差,对高空风场无影响;对模拟区域的统计检验结果表明,新型重力波拖曳方案可以有效减少地形复杂区域近地面风场预报的误差,但对温度等其它要素的改善有限。

关键词：重力波拖曳尺度适应数值天气预报参数化方案强风预报

模拟启动时间和双台风对“21.7”河南极端暴雨事件的影响研究

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南京大学学报（自然科学版） 2024年第2期60卷 194-208页

作者：张心怡张熠刘昊炎王其伟王迪中尺度灾害性天气教育部重点实验室南京大学大气科学学院南京210093 自然资源部海洋灾害预报技术重点实验室河海大学海洋学院南京210098 中国气象局河南省农业气象保障与应用技术重点实验室河南省气象台郑州450003

对发生在2021年7月18日至21日的河南极端暴雨事件(“21.7”河南暴雨)进行集合模拟数值试验,旨在探究模拟启动时间以及台风“烟花”和“查帕卡”对此次暴雨事件的影响.不同模拟启动时间的试验组分析表明,在降水峰值发生前24 h启动的一组... 详细信息

对发生在2021年7月18日至21日的河南极端暴雨事件(“21.7”河南暴雨)进行集合模拟数值试验,旨在探究模拟启动时间以及台风“烟花”和“查帕卡”对此次暴雨事件的影响.不同模拟启动时间的试验组分析表明,在降水峰值发生前24 h启动的一组试验能够最准确地模拟双台风的路径和强度演变特征,其再现了“21.7”河南暴雨中心位置、强度及时间演变特征,这主要是由于该试验很好地再现了低层东南风急流及其动力辐合特征,基于此最优试验移除台风环流后,副热带高压西伸南压且水汽输送路径随之发生调整.通过定量分析降水关键区的整层水汽通量发现,在降水最大峰值出现的时段内,台风“烟花”和“查帕卡”分别削弱了东南风和偏南风的水汽输送,表明台风的存在对降水的影响存在不确定性,某些时段内反而减缓了河南地区的极端降水.

关键词： “21.7”河南暴雨水汽输送台风“烟花”(2021) 模拟启动时间

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高分辨卫片风场在区域预报中的作用

海洋预报 1988年第S1期 108-110页

作者： Isao Takano,Akihide Segami 日本气象厅数值预报科日本气象厅数值预报科

一、引言高分辨数值预报模式的发展,促进了中尺度天气现象模拟的改善。但是,常规网格粗略的空间分辨率仍然不能正确地分辨中尺度天气现象。而高分辨遥感资料可以对中尺度数值模式初值化的改善起到关键作用。气象卫星中心提供的高分辨... 详细信息

一、引言高分辨数值预报模式的发展,促进了中尺度天气现象模拟的改善。但是,常规网格粗略的空间分辨率仍然不能正确地分辨中尺度天气现象。而高分辨遥感资料可以对中尺度数值模式初值化的改善起到关键作用。气象卫星中心提供的高分辨低层卫星风场资料则被用来研究它们在区域预报中的作用。二、卫星风场资料和客观分析图1中的个例分析,使用的卫片风场资料是1985年11月3日00时(世界时)从日本的静止气象卫星可见光和红外自旋扫描辐射仪的可见光图片得到的30分钟平均风矢量。这些资料是由对低空积云的自动跟踪得到的。其空间分辨率为30公里左右。在这些资料中,云顶高度

关键词：风场卫星卫片卫星象片分析实验区域预报对照分析风场资料低层偏西风格距降水预报降水预测气象预报高分辨

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中尺度数值天气预告

海洋预报 1988年第3期 65-71页

作者： K.Ninomiya 黄跃荣日本气象厅数值预报科

一、引言许多作者(例如:Perkey,1976;Miyakoda 和Rosati,1977;Ninomiya和Tatsumi1980;Anthes 等1982;Ross和Orlanski 1982)都先后强调:中尺度扰动的数值预告,对各种过程来说都能够通过增加模式的分辨力和包含适当参量的方案来实现。... 详细信息

一、引言许多作者(例如:Perkey,1976;Miyakoda 和Rosati,1977;Ninomiya和Tatsumi1980;Anthes 等1982;Ross和Orlanski 1982)都先后强调:中尺度扰动的数值预告,对各种过程来说都能够通过增加模式的分辨力和包含适当参量的方案来实现。这种具有水平50—10公里的分辨力的模式,可预报地形和天气所引起的中尺度系统,这种模式被称为中尺度模式(Pielke,1984)。在实验研究的领域内,从理想的原始状态出发,来模拟象海陆风和雷暴这样的局地环流系统上,各种中尺度模式已经取得成功。现在中尺度模式已被许多气象中心所操纵。可是对严重的,局地天气现象的精确预告,现在仍然是在中尺度数值预告方面的问题。本文将讨论中尺度数值预告的现状和问题。

关键词：中尺度日本气象厅环流系统分辨力雷暴日本海预报试验中间尺度数值预报模式朝鲜东海中尺度模式大暴雨天气

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有限域模式中对流参数化方案的比较

海洋预报 1988年第S1期 67-70页

作者： K.栗原 M.上野 N.三浦佟明远日本气象厅数值预报部

一、引言对流是强降水现象的最重要影响因子之一,如雷暴、梅雨季节中的强烈降水等等。对有限域模式而言,如此强烈降水的生成已经是个难题,因此,我们应当清楚,怎样一个对流参数化方案在模式中工作,和使用不同方案时什么差别会出现。 ... 详细信息

一、引言对流是强降水现象的最重要影响因子之一,如雷暴、梅雨季节中的强烈降水等等。对有限域模式而言,如此强烈降水的生成已经是个难题,因此,我们应当清楚,怎样一个对流参数化方案在模式中工作,和使用不同方案时什么差别会出现。我们调查研究,在梅雨季节个例中具有大尺度对流方案的湿调整方案和郭氏方案两者之间的差别。同时,我们也调查研究,当使用湿调整方案时小网格尺度的效果。二、模式和原始数据象参数化方案一样,方案被纳入业务,在日本气象厅被应用到模拟方案。我们使用原始有限域模式,模式有:(a )水平网格尺度63.5公里和55×55网格,(b)水平网格尺度25.4公里和111×111网格,两个模式在铅直方面有13层。原始资料由业务客观分析方案提供(d=254公里)。产品为从初始条件1983年7月22日00世界时的24小时。

关键词：对流参数化方案正涡度气旋性涡度上升气流网格尺度有限域 Galois 域

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日本气象厅业务模式的改进

海洋预报 1988年第S1期 96-97页

作者： T.Kitade K.Yanagino M.Oozeki N.Sato 日本气象厅数值预报部

一、引言 1985年12月16日日本气象厅预报—分析循环过程的业务半球谱模式和全球谱模式已转换为新的版本。在新的版本中作了如下的修改: (1)在p—σ转换中引入了余差方法, (2)引进虚温订正, (3)利用每天分析的海表温度代替气候月平均值, ... 详细信息

一、引言 1985年12月16日日本气象厅预报—分析循环过程的业务半球谱模式和全球谱模式已转换为新的版本。在新的版本中作了如下的修改: (1)在p—σ转换中引入了余差方法, (2)引进虚温订正, (3)利用每天分析的海表温度代替气候月平均值, (4)更换山地资料。这些改进导致了客观预报技巧评分的显著改善。主观的估计也指出了在半球预报中一些系统误差的减少。我们检验了每种修改对半球谱模式的8天预报的效果。检验发现,使用分析的海表温度和新的山脉资料的效果是比较小的。因此,我们注意到余差的p—σ转换和虚温订正的作用。

关键词：虚温虚拟温度比湿余差业务模式