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研究了数值天气预报模式中次阿格湍流垂直扩散过程的参数化问题。以Ｂｏｕｇｅａｕｌｔ和Ｌａｃａｒｒｅｒｅ（１９８９）的参数化方案为基础，改进了处理湍流混合长的方法，使湍流混合长和热力混合长分别依赖于基本气流的静力稳定度和风场切变。新方案的基本思路是把ＶｏｎＫａｒｍａｎ（１９３０）提出的动力（风场切变）湍流扰动假设与ＢＬ－８９方案提出的热力（静力稳定度）湍流扰动假设结合在一起，强调了大气的热力结构、动力结构和湍流动能对湍流混合过程的共同影响。新方案和ＢＬ－８９方案的二维对比数值试验结果表明，在大气处于静力较稳定而风场切变明显条件下的湍流扰动表现能力方面，新方案比原方案有明显的改进。 相似文献
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对流层物质垂直交换模式中的参数化处理 总被引：4，自引：0，他引：4
为了研究对流层(TL)中垂直涡旋扩散系数(K_z)随高度变化的参数化形式对物质垂直交换的贡献,用“高分辨TL物质交换模式”(EM3)对5种不同K_z型进行了数值对比模拟,结果表明:KK_z型较好地描述了行星边界层(PBL)内受下垫面影响的高频湍流和PBL以上TL由各种动力学和热力学过程产生的切变湍流;垂直运动和K_z对PBL下层的物质输送到TL上层和从源高度向下输送到PBL低层两者均有重要作用;垂直运动的作用具有间隙性,而K_z是连续的. 相似文献
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春季青藏高原西北侧一次平流层臭氧向对流层传输的模拟研究 总被引：1，自引：0，他引：1
利用NCEP/NCAR FNL客观分析资料和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的Interim再分析资料以及臭氧监测仪(OMI)的臭氧廓线资料,结合区域大气化学模式WRF-Chem对中国春季一次高空冷槽过境引起的对流层顶折卷过程(2012年3月19—21日)进行了分析,并从平流、湍流混合、对流输送等几个方面诊断分析了平流层臭氧向对流层的传输特征和细节。结果表明,发生于青藏高原西北侧的对流层顶折卷事件,其所在位置处于热带对流层顶向中纬度对流层顶的过渡区,由于陡峭的对流层顶南北梯度,在该区域发生的平流层-对流层物质交换(STE)比对流层顶东西方向折卷引起的物质交换要强烈和持久,跨越等熵面的物质交换和湍流混合对平流层-对流层物质交换有很大的贡献。大地形对平流层-对流层物质交换过程有显著的影响,且具有明显的日变化特征。早晚时段,大地形导致的爬坡上升气流显著,抑制了平流层空气与对流层空气的混合交换。午后,大地形热力作用增强,受背风坡局地环流的影响,靠近山顶处湍流混合作用对上对流层臭氧浓度升高的贡献显著增强,且地形越高,这种效应越显著。地形的湍流混合作用在2.5 km高度以上凸显,此高度之上地形平均高度每升高100 m,湍流混合的贡献增加约1%。 相似文献
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模式低空急流结构与水汽输送精度的数值试验 总被引：1，自引：0，他引：1
本文所使用的中尺度模式ＭＭ４改进了水汽平流的计算精度，引入了Ｐｒａｔｈｅｒ和Ｂｏｔｔ两种高精度正定闰流差分格式。首先探讨了仅考虑模式平流过程的情况下不同平流差分格式的误差特征对模式结果的可能影响。结果显示：ＭＭ４中原有的水汽平流差分格式在水汽梯度较大处产生水汽负值，而引入搞精度格式能正确模拟水汽为分布的特征，对不同精度的水汽平流分格式作了数值试验，不同格式下模式的低突急流结构有较明显差别，水汽输送 相似文献
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精细PBL模式及其诊断应用 总被引：2，自引：0，他引：2
在已建立的一种三维非静力细网格Ｅ－ε湍能闭合的动力学框架基础上,作了一些改进的技术处理和试验,包括：（１）利用ＧＩＳ提供的地形资料,较精确地计算太阳辐射,进而诊断地面温度;（２）引进位势流概念,处理稳定层结条件下初始内插风场的风向变化;（３）引入动力学调整项Ｇ（αｏｂｓ－α）。在此基础上,就地理信息系统（ＧＩＳ）提供的一个 ６０ｋｍ×４８ｋｍ区域作了边界层结构和湍流特征的数值模拟试验,并与实测作了比较,讨论了精细ＰＢＬ模式的模拟效果,结果表明,新建的ＰＢＬ模式能较好地模拟表征出复杂下垫面地域的陡峭地形和不规则海岸线对局地风场和湍流场的动力和热力学作用。 相似文献
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本文采用二阶矩湍流闭合方案，分别就非静力和准静力两种条件建立ＰＢＬ数值模式，并模拟了二维山脊流场的结构，计算了二维山体对气流平均场和湍流场的影响。计算结果表明，无论是平均场还是湍流场，采用准静力假设都会造成模拟结果的较大偏差，且对平均场的影响比对湍流场的影响更为显著。两种模式计算结果的差别还随地形坡度和背景风增大而增大。 相似文献
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Monte—Carlo法模拟复杂地形对扩散的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
不考虑边界层中层结作用，引入Ｋａｏ得到的复杂地形中的平均流场分布和近十年来ＰＢＬ实验和理论研究导出的新的湍流统计量参数化关系，本文用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ模式模拟了复杂地形对扩散的影响，结果表明：地形的影响主要是迎风坡抬升和背风坡下沉；陡峭地形和平缓地形的影响不完全相同；在陡峭地形和大的平缓地形的背风坡能够形成空腔区，空腔区内出现闭合的浓度中心，且地形越陡峭，闭合浓度中心的范围越大；大地形对扩散的 相似文献
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一个含植被影响的湖陆风数值模式 总被引：3，自引：1，他引：3
建立一个包含植被影响参数化的二维湖陆风数值模式。它以改进的Ｎｉｃｋｅｒｓｏｎ（１９７９）二维中－β尺度数值模式为动力学框架，并加入ＭｃＣｕｍｂｅｒ等（１９８１）的土壤模式和Ｄｅａｒｄｏｒｆｆ（１９７８）的植被参数化方案，然后以Ｔｈｅｒｒｙ等（１９８３）的湍流参数化和Ｍａｈｒｅｒ等（１９７７）改进的辐射参数化方法闭合此控制系统。最后，以太湖湖陆风对陆地植被覆盖因子作了敏感性试验，结果表明植被覆盖对湖 相似文献
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细网络非静力二维高阶闭合模式对山体流场特征的模拟分析 总被引：2，自引：1，他引：2
本文采用二阶矩湍流闭合方案，分别就非静力和准静力两种条件建立ＰＢＬ数值模糊，并模拟了二维山脊流场的结构，计算二维山体对气流平均场和湍流场的影响，计算结果表明，无论是平均场还是湍流场，采用准静力假设都会造成模拟结果的较大偏差，且对平均场的影响比对湍流场的影响更为显著，两种模式计算结果的差别还随地形坡度和背景风增大而增大。 相似文献
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Based on the regional acid deposition model(RADM),a high resolution model for species exchange in thetroposphere(EM3)is designed.EM3 differs considerably in the following 5 aspects from RADM.First,the vertical gridlevels in the planetary boundary layer(PBL)are increased.Second,layered vertical eddy diffusivity patterns in thetroposphere(TL)are considered.Third,layered horizontal eddy diffusivity patterns within TL is used.Fourth,new drydeposition velocity pattern including the effect of plant canopy layer(CL)vertical structure is adopted.Fifth,advectivescheme of second-order moment conservation with less numerical diffusion is used.OSCAR 4 case is comparativelysimulated with both EM3 and RADM.The results show that 3-D distribution laws of chemical species in whole TL areforecasted by EM3 better than by RADM.Under the same conditions,all ratios of the central concentrations simulatedwith both models in lower PBL are more than 1.8,the maximum can be more than 3. 相似文献
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在区域酸沉积模式(RADM)基础上,设计了一个高分辨对流层(TL)物质交换模式(EM3)。EM3在以下五个方面明显不同于RADM:第一,增加行星边界层(PBL)的垂直网格层次;第二、TL内考虑分层的垂直涡旋扩散系数型;第三,使用TL内分层的水平涡旋扩散系数型;第四,采用包含有植物冠层垂直结构影响的新干沉积速度型;第五,使用数值扩散小的二阶矩守恒平流格式.用EM3和RADM对OSCAR Ⅳ实例作对比模拟,结果表明EM3能更好地预测出TL内的三维物质分布规律,在同样条件下,两模式预测的PBL低层中心浓度比值均大于1.8,最大值可大于3。 相似文献
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高分辨区域输送模式中不同输送格式的对比试验 总被引：3，自引：0，他引：3
本文对两种输送格式在理论试验的基础上，引入19层高分辨区域输送模式EM3，由中尺度模式（MM4)提供实例输送风场，积分至13、18、30、50、70小时，作分析和对比数值试验。采用的两种格式是:二阶动量矩守恒的Prather格式（以下简称为SOM)及通量订正的Smolar格式。数值试验结果表明，高精度的SOM格式使数值扩散减小一个量级， 使输送物质（SO#-[2])中心浓度比Smolar格式增大3～4倍， 采用SOM格式还明显改进了浓度中心水平平均运动轨迹的模拟精度，选择高精度的平流格式是改进模拟结果的重要途径。 相似文献
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Summary This paper examines a 19-level regional transfer model, EM3. The sensitivity of the results to different transfer schemes and effectiveness of using a high-precision scheme in raising modeling accuracy is examined. The use of a good scheme to improve the ability to simulate horizontal diffusion close to reality is also explored. EM3 was run with different precision schemes, i.e., a high-precision second-order moment conservation prather scheme (SOM for short) and an anti-diffusion Smolarkiewicz scheme (Smolar for short). The model was run 70 hrs. Results indicate that EM3 is much more sensitive to the precision of the schemes. SOM and Smolar, were compared, the former showing very weak numerical diffusion and computational dispersion so that positive solutions were kept. It is shown that i) numerical diffusion in SOM is one order of magnitude less compared to the latter; ii) the central intensity of transferred SO2 increases by 4–5 times and the average motion trajectory of the concentration center is much improved in SOM; iii) SOM allows EM3 to precisely reflect the real horizontal diffusion. Therefore, choice of a high-precision advection scheme for EM3 will contribute greatly to an increase in its simulation accuracy.With 4 Figures 相似文献
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台风数值模拟中边界层方案的敏感性试验I.对台风结构的影响 总被引：9，自引：7，他引：2
通过比较不同边界层方案下中尺度数值模式模拟的台风地表特征量以及形势场和风场, 表明台风边界层通过摩擦混合和辐射等作用与地表产生水汽、热量和动量的交换, 并通过湍流效应和积云的夹卷作用将边界层的影响扩展至整个自由大气.对台风Dan的模拟个例表明, 由于边界层过程的差异导致台风尺度大小不同, 风场、形势场的水平和垂直分布结构都有所差异.不同边界层方案模拟的台风结构的差异必然导致强度的差异, 与此相对应, 在不同边界层方案下, Eta方案模拟的台风强度偏大; 而Burk-Thompson和Blackadar方案略次之,在没有边界层方案的情况下模拟的强度非常弱,体现了边界层过程对台风发生发展的巨大影响. 相似文献
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The dependence of results from coarse-resolution models of the North Atlantic circulation on the numerical advection algorithm is studied. In particular, the sensitivity of parameters relevant for climate simulations as e.g., meridional transport of mass and heat and main thermocline thickness is investigated. Three algorithms were considered: (a) a central difference scheme with constant values for horizontal and vertical diffusion, (b) an upstream scheme with no explicit diffusion, and (c) a flux-corrected transport (FCT) scheme with constant and strictly isopycnal diffusion. The temporal evolution of the three models on time scales of centuries is markedly different, the upstream scheme resulting in much shorter adjustment time whereas the central difference scheme is slower and controlled by vertical diffusion rather than advection. In the steady state, the main thermocline structure is much less diffusive in the FCT calculation which also has much lower heat transport. Both horizontal circulation and overturning in the meridional-vertical plane are strongest in the upstream-model. The results are discussed in terms of the effective vertical (diapycnal) mixing in the different models. A significant increase in vertical resolution would be required to eliminate the high sensitivity due to the numerical algorithms, and allow physically motivated mixing formulations to become effective.This paper was presented at the International Conference on Modelling of Global Climate Change and Variability, held in Hamburg 11–15 September 1989 under the auspices of the Meteorological Institute of the University of Hamburg and the Max Planck Institute for Meteorology. Guest Editor for these papers is Dr. L. Dümenil 相似文献
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高精度迎风偏斜格式的比较与分析 总被引：1，自引：0，他引：1
利用一种具有任意阶精度的一般显式有限差分公式构造出高精度迎风偏斜格式，并利用 Fourier分析法评估了这些迎风偏斜格式的耗散误差与频散误差。结果表明，偶阶精度格式的数值相速度快于实际相速度，而奇阶精度格式的数值相速度慢于实际相速度。并且，偶阶精度格式的耗散误差与频散误差低于相邻的奇阶精度格式。为了检验这些格式的计算性能，在一维问题上进行了应用。首先，考虑恒定风场条件下的一维平流试验。主要选择两种不同的初始条件来评价数值格式的精度，这两种试验问题分别是高斯函数、方波函数。试验结果表明，随着数值格式精度的提高，数值格式的误差逐渐减小。而对于高于六阶精度的格式来说，改进的程度并不是很大。其次，应用各阶格式到具有两种不同初始条件的无粘Burgers方程。数值结果表明，随着数值格式阶数的增加，数值结果也得到了明显改进。而对于高于六阶精度的格式来说，进一步的变化并不明显。总之，在兼顾效率与精度条件下六阶迎风偏斜格式是最好的。 相似文献
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基于K廓线闭合方案,通过考虑不稳定边界层和稳定边界层中热量交换系数在半层上求取及下边界条件的设置,将温湿倾向在整层上直接计算,设计了Charney-Phillips跳点（简称C-P跳点）的边界层方案,使之与GRAPES全球模式的C-P跳点相协调,解决了Lorenz跳点物理过程与C-P跳点动力框架耦合时插值造成的不协调问题,同时避免了耦合时反复插值造成的误差,提高了边界层物理过程参数化方案及其反馈的准确性和合理性。试验表明:C-P跳点边界层方案因为避免了温度和湿度在垂直方向上的插值,消除了温湿变量在垂直方向上的锯齿状抖动,使温湿廓线分布更合理,减小了模式预报误差,形势场的预报效果也得到一定改善。C-P边界层方案的应用提升了GRAPES全球模式的总体预报性能。 相似文献
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Margaret a. Lemone Mingyu Zhou Chin-Hoh Moeng Donald H. Lenschow L. Jay Miller Robert L. Grossman 《Boundary-Layer Meteorology》1999,90(1):47-82
A comprehensive planetary boundary-layer (PBL) and synoptic data set is used to isolate the mechanisms that determine the vertical shear of the horizontal wind in the convective mixed layer. To do this, we compare a fair-weather convective PBL with no vertical shear through the mixed layer (10 March 1992), with a day with substantial vertical shear in the north-south wind component (27 February). The approach involves evaluating the terms of the budget equations for the two components of the vertical shear of the horizontal wind; namely: the time-rate-of-change or time-tendency term, differential advection, the Coriolis terms (a thermal wind term and a shear term), and the second derivative of the vertical transport of horizontal momentum with respect to height (turbulent-transport term). The data, gathered during the 1992 STorm-scale Operational and Research Meteorology (STORM) Fronts Experiments Systems Test (FEST) field experiment, are from gust-probe aircraft horizontal legs and soundings, 915-MHz wind profilers, a 5-cm Doppler radar, radiosondes, and surface Portable Automated Mesonet (PAM) stations in a roughly 50 × 50 km boundary-layer array in north-eastern Kansas, nested in a mesoscale-to-synoptic array of radiosondes and surface data.We present evidence that the shear on 27 February is related to the rapid growth of the convective boundary layer. Computing the shear budget over a fixed depth (the final depth of the mixed layer), we find that the time-tendency term dominates, reflecting entrainment of high-shear air from above the boundary layer. We suggest that shear within the mixed layer occurs when the time-tendency term is sufficiently large that the shear-reduction terms – namely the turbulent-transport term and differential advection terms – cannot compensate. In contrast, the tendency term is small for the slowly-growing PBL of 10 March, resulting in a balance between the Coriolis terms and the turbulent-transport term. Thus, the thermal wind appears to influence mixed-layer shear only indirectly, through its role in determining the entrained shear. 相似文献