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1.
本文针对中国暴雨发生发展天气特征,改进和发展了一种适合于描述东亚暴雨的中尺度积云参数化方案.首先基于近年来(1990—2010)江淮流域汛期降水合成分析的基础上,诊断出组织化对流降水环境的动力参数;其次利用该动力参数作为动力控制条件,改进了Kain-Fritsch Eta中尺度积云对流参数化方案;最后利用改进的中尺度积云参数化方案对梅雨期暴雨、华南前汛期暴雨过程进行了数值模拟,结果表明:改进后的中尺度积云参数化方案对上述两次暴雨过程的落区及强度的模拟,均有明显改进. 相似文献
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本文采用OLR和风场等NCEP再分析资料、日本APHRO_MA_V1003R1降水资料和CPC提供的MJO指数,分析了1979～2008年南海夏季风的季节内振荡特征和年际差异、对应的低频环流和对流场及降水分布、夏季风ISO的传播路径以及热带印度洋MJO对南海夏季风ISO的影响,发现：（1）气候均态下的南海夏季风在夏季（5～8月）共有3次ISO波动.每一次完整波动中经历发展-最强-减弱-抑制-最弱-恢复的6个位相（弱位相除外）.由于热带低频对流的东传和北传,在阿拉伯海-西太平洋纬带上,1～3位相和4～6位相的低频对流场和环流场呈反位相特征.对应雨带分布在1～3位相和4～6位相也大致呈反位相特征,20°N以南的热带地区主要是雨带随着低频对流的东移而东移,而20°N以北的东亚副热带地区则主要是雨带随着南海低频对流的北移而北移.（2）南海夏季风ISO强度具有显著年际变化特征.在南海夏季风ISO强年,夏季共有3次较强的ISO波动,前两次均来自于热带印度洋ISO先北传到孟加拉湾、再沿10°～20°N纬带东传到南海、在南海加强并激发ISO的北传,构成热带印度洋ISO向我国华南的经纬向接力传播;而在南海夏季风ISO弱年,其振荡强度大为减小且很不规律,ISO的经纬向传播也较弱;在平均状况下,热带印度洋ISO向南海的传播需要约20d左右（1/2个ISO周期）的时间.（3）MJO1（CPC提供的MJO指数第一模态）在4月第1～2候的平均值与南海夏季风ISO强度呈显著负相关,当热带印度洋MJO在4月第1～2候较活跃时,在随后5～8月中也大致偏强,ISO向南海地区的传播也较强,使得南海夏季风ISO加强;反之,则南海夏季风ISO将减弱.MJO在4月第1～2候的异常状况可以为我们预测随后的南海夏季风ISO强度以及分析相关地区的降水异常提供一定的理论依据. 相似文献
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21世纪开始,随着天气气候模式和超算机计算能力的发展,加之气象精细化预报服务需求日益增长,气象数值模拟迈入“百米级”发展阶段.本文系统回顾并归纳了近20年来百米级气象数值模式研发和模拟应用两方面的研究进展.重点关注百米级大气模式资料同化和浅积云对流、云微物理、边界层和城市陆面等物理参数化方案的研发进展,以及模式对天气系统、边界层特征、降水、雾和城市化效应的模拟研究.基于百米级模式的研发和应用现状,指出该研究领域的五个重点发展方向,包括有限域高分辨率资料同化方法、云和边界层作用反馈、百米级城市陆面模式、人工智能方法对参数化方案的改进、模式分辨率与计算资源的平衡配置,以期为系统开展百米级气象数值模拟研究与应用提供参考. 相似文献
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物理过程参数化方案的不确定性是目前气候系统模式不确定性的重要来源之一.随着模式内在复杂度攀升,模拟场景多样化,参数化方案中基于先验的和人工的物理参数选取方法已经逐步成为限制模式模拟能力的瓶颈之一.为此,本文设计并提出了初选与寻优相结合的两步法参数优化方案.初选阶段用全因子采样方法对不确定参数空间进行初始敏感性分析,估计最优解所在区域;寻优步采用单纯型下山法,基于初选阶段确定的参数组合快速寻优.将两步法应用于中国科学院大气物理研究所(英文缩写:IAP)大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(英文缩写:LASG)格点大气模式第2版:GAMIL2,选取其深对流方案和云量方案中的3个重要参数开展寻优,优化以综合减小模式降水、风场、温度、湿度、位势高度以及辐射通量的误差为目标.这些变量用GAMIL2标准版本标准化后形成单一的目标.结果显示,优化后的目标函数值比GAMIL2标准版本改进了7.5%.机理分析表明,调优后的参数优化了大气中的水汽凝结作用,进而减少模式的湿度偏差,改进云量的模拟效果;同时水汽凝结作用的变化通过大气内部动力和热力相互作用及响应影响温度、位势高度和风场的模拟. 相似文献
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东亚热带与副热带季风区对流降水和层云降水季节变化特征对比分析研究 总被引：2，自引：0，他引：2
利用10年TRMM卫星2A25资料,对东亚热带和副热带季风区对流降水和层云降水的季节变化特征进行了对比分析,研究了热带和副热带季风区降水性质的差异,并结合IPCC第4次报告中24个模式的20c3m模拟资料,对现有模式在东亚热带和副热带季风区关于对流降水及层云降水的模拟能力做了一个简单的评估,分析了模式中可能存在的问题.结果表明：夏季风爆发后,东亚热带与副热带季风区对流降水和层云降水都明显增加,但热带季风区对流降水所占比重明显减少,而副热带季风区对流降水所占比重明显增加,热带和副热带季风区存在明显不同;现有模式对东亚季风区对流降水百分比的模拟普遍偏高,而对层云降水的模拟偏少,这在热带季风区尤其明显;模式较好地模拟出了副热带季风区中对流降水百分比的季节变化特征,而对热带季风区对流降水百分比的季节变化没有正确描述;研究结果表明对流降水和层云降水在时间和空间上经常同时出现,具有很强的伴随性,而模式没有正确描述这种相关性,这可能是模式对层云降水百分比模拟不好的一个重要原因. 相似文献
6.
本文利用高分辨率中尺度WRF模式,通过改变边界层参数化方案进行多组试验,评估该模式对美国北部森林地区边界层结构的模拟能力,同时比较了五种不同边界层参数化方案模拟得出的边界层热力和动力结构.结果表明：除个别方案外,配合不同边界层方案的WRF模式都能成功模拟出白天对流边界层强湍流混合特征和夜间稳定边界层内强逆温、逆湿和低空急流等热力和动力结构.非局地YSU、ACM2方案在白天表现出强的湍流混合和卷夹,相比于局地MYJ、UW方案,模拟的对流边界层温度更高、湿度更低、混合层高度更高、感热通量更大,更接近实际观测,这表明在不稳定层结下考虑非局地大涡输送更为合理,但局地方案在风速和风向的预报上存在一定优势.TEMF方案得到的白天局地湍流混合强度为所有方案中最弱,混合层难以发展,无法体现对流边界层内气象要素垂直分布均匀的特点.对于夜间稳定边界层的模拟,不同参数化方案之间的差异较小,但是YSU方案在一定程度上高估了机械湍流,导致局地湍流混合偏强,从而影响了其对稳定边界层的模拟能力. 相似文献
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本文利用中尺度数值模式WRF,分别采用YSU和MYJ两种边界层参数化方案对2010年超强台风Megi的移动路径进行了模拟,研究了热带气旋(TC)路径模拟对边界层方案的敏感性,并从模拟TC尺度差异所造成的影响角度揭示了模式边界层方案影响TC路径的机理.结果表明:由于两种方案对边界层垂直混合作用过程的描述不同,两个试验模拟的低层水汽垂直输送存在差异.相对于能很好模拟出Megi路径的MYJ方案,YSU方案模拟的TC外围螺旋雨带更活跃,造成TC尺度增大,引起TC中心北侧外围气压梯度和径向风速增加,使得由副高向TC中心输送更多的质量,造成副高异常减弱,从而导致由副高主导的引导气流发生改变,最终使得采用YSU方案模拟的Megi路径出现提前转向. 相似文献
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边界层参数化方案及海气耦合对WRF模拟东亚夏季风的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
区域气候模式的边界层参数化方案很大程度上影响着陆地-海洋-大气间水汽、动量及热量的交换,该方案的不确定性会给模式结果带来明显误差.本文基于WRF区域气候模式中四种常用的边界层参数化方案(YSU,ACM2,BouLac和MYJ)分别对东亚夏季风进行模拟研究,分析了不同的边界层方案对东亚夏季风环流及降水模拟的影响.结果表明,局地湍流动能方案BouLac和MYJ对东亚夏季风的模拟结果相对于非局地闭合方案YSU和ACM2更接近于观测,前者能更好的模拟出中国东部中低空西南风气流和西太平洋副热带高压.对于东亚夏季风降水,无论是空间分布还是季节内演变,BouLac和MYJ方案都要明显优于YSU和ACM2.此外,通过对比YSU和BouLac两种方案的模拟结果,发现边界层方案对东亚夏季风的模拟在海洋区域的影响更为显著.造成不同方案模拟差异的主要原因是非局地方案YSU和ACM2的边界层垂直混合偏强,使得海表向上输送的潜热通量明显偏强,对流更活跃,导致降水偏多以及相应季风环流的异常偏差.进一步研究指出缺少海气反馈过程使得WRF模式由边界层方案引起的模拟误差在海洋区域更为突出,引入海气耦合可以减小海表热通量误差并明显改善东亚夏季风的模拟结果. 相似文献
9.
本文描述了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)最新发展的一个耦合气候系统模式的基本性能. 该模式是在LASG灵活的全球耦合气候系统模式（英文缩写为FGCM）的初始版本FGCM-0的基础上发展而来的,是该系列耦合模式的第二个版本,即FGCM-1.0. FGCM-1.0通过一个通量耦合器将大气、海洋和海冰三个分量模式耦合在一起,其中海洋分量模式是LASG发展的一个涡相容分辨率（eddy-permitting）全球海洋环流模式,大气和海冰分量模式则为美国国家大气研究中心（NCAR）的大气环流模式CAM2和海冰模式CSIM4. 耦合模式完整地考虑了海气界面上的动量、热量和淡水通量交换,尽管在模式中没有使用任何形式的人为的通量调整或者通量距平方案,模式还是比较合理地模拟出基本的气候形态. 通过对该耦合模式长期积分结果的进一步分析发现,模式能够比较好地模拟出厄尔尼诺－南方涛动（ENSO）以及印度洋偶极子事件的基本特征;与FGCM系列耦合模式的最初版本FGCM-0相比,FGCM-1.0模拟的北赤道逆流（NECC）和ENSO循环更加真实. 相似文献
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本文利用高分辨率WRF模式探讨了两组短波、长波辐射参数化方案(Dudhia+RRTM、RRTMG+RRTMG)对海南岛一次海风雷暴模拟的影响及其可能的物理机制.结果表明,辐射参数化能影响大气的加热程度和近地面能量,决定海陆温差和气压差,改变海南岛的海风特征,最终影响海风雷暴的发生发展.Dudhia+RRTM方案模拟的短波、长波综合加热率、感热通量以及潜热通量都大于RRTMG+RRTMG方案,造成了前者模拟的近地面能量偏高,大气层结也表现得更加不稳定,进而使得该方案下的海陆温差和气压差相对较大,Dudhia+RRTM方案模拟的海风明显强于RRTMG+RRTMG方案,能提供更好的水汽输送和抬升条件,有利于海风雷暴的发生发展,因此其模拟的雷暴活动范围和对流中心强度都要大于RRTMG+RRTMG方案. 相似文献
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本文分析了由中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG/IAP）最新发展的FGOALS－g快速耦合模式300 a积分模拟结果,通过与多种观测资料的对比分析,讨论了北太平洋年代际变率的时空结构、主要年代际模态的演变特征以及与ENSO的联系等研究内容. 结果表明：该模式能成功模拟出北太平洋年代际变率的主要空间分布特征;模拟的年代际模态具有多时间尺度性,其中最显著的是周期约为10～20 a左右的准20年振荡模态,该模态上层海洋热容量异常的演变过程主要表现为大致沿副热带海洋涡旋做海盆尺度顺时针旋转的特征,相应的大气异常不仅与阿留申低压的变异有关,而且与太平洋-北美PNA）遥相关型以及上游的欧亚大气环流异常有密切关系;模拟的北太平洋年代际变率对年际ENSO循环的发生频率和强度有明显的调制作用. 但模拟的KOE区和阿拉斯加湾SST异常振幅比观测偏强,这与模式海冰偏多、高纬度SST偏冷的误差有关. 相似文献
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本文分析了由中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG/IAP）最新发展的FGOALS－g快速耦合模式300 a积分模拟结果,通过与多种观测资料的对比分析,讨论了北太平洋年代际变率的时空结构、主要年代际模态的演变特征以及与ENSO的联系等研究内容. 结果表明：该模式能成功模拟出北太平洋年代际变率的主要空间分布特征;模拟的年代际模态具有多时间尺度性,其中最显著的是周期约为10～20 a左右的准20年振荡模态,该模态上层海洋热容量异常的演变过程主要表现为大致沿副热带海洋涡旋做海盆尺度顺时针旋转的特征,相应的大气异常不仅与阿留申低压的变异有关,而且与太平洋-北美PNA）遥相关型以及上游的欧亚大气环流异常有密切关系;模拟的北太平洋年代际变率对年际ENSO循环的发生频率和强度有明显的调制作用. 但模拟的KOE区和阿拉斯加湾SST异常振幅比观测偏强,这与模式海冰偏多、高纬度SST偏冷的误差有关. 相似文献
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亚洲-太平洋涛动是北半球夏季亚洲大陆和北太平洋副热带地区对流层中高层扰动温度场上大尺度的东西反相的遥相关现象,其异常变化与亚洲-太平洋地区夏季风气候有着密切的联系.基于欧洲中心的ERA-40再分析资料和国家气候中心BCC_CSM1.1（m）气候系统模式多年的数值模拟结果,本文主要评估了BCC_CSM1.1（m）模式对于夏季亚洲-太平洋涛动的空间分布、指数的时间演变及与其变化所对应的亚洲地区夏季环流异常等方面的模拟能力,结果表明：BCC_CSM1.1（m）模式能够较好地模拟出北半球夏季对流层中高层扰动温度在亚-太地区中纬度存在的西高东低"跷跷板"现象;模式能够模拟出夏季亚洲-太平洋涛动指数的年际变率,但是不能模拟出该指数在20世纪60-70年代明显下降的年代际趋势;模式还能较好地模拟出亚洲-太平洋涛动高低指数年亚洲-太平洋地区夏季环流的异常：指数偏高年份,南亚高压增强,高空西风急流带和热带东风急流均加强,索马里越赤道气流增强,南亚热带季风和东亚副热带季风均增强,东亚季风低压槽加强,西北太平洋副热带高压增强,南亚和东亚北部降水增加,菲律宾地区、中国长江流域-朝鲜半岛-日本一带地区降水减少,反之亦然. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2015,(12)
基于数据同化优化陆面过程模式参数,从物理机制上改进和完善陆面过程模式参数化方案,提高模式的区域适应性和模拟能力,对改善大气环流模式(GCM,General Circulation Model)和区域气候模式(RCM,Regional Climate Model)模拟和气候预测能力具有重要的现实意义.本文发展了一种基于数据同化优化陆面过程模式参数化方案的方法,并以优化非饱和土壤水模型为例,发展基于非饱和土壤水模型和扩展Kalman滤波(EKF,Extended Kalman Filter)算法并结合可变下渗能力模型(VIC,Variable Infiltration Capacity Model)的土壤湿度同化方案,以月为同化窗,利用复合形混合演化算法(SCE-UA,Shuffled Complex Evolution-University of Arizona)极小化目标函数,使模拟与同化的土壤湿度按给定的目标函数度量方式达到最佳拟合,优化非饱和土壤水模型参数:饱和水力传导率、饱和土壤湿度、饱和土壤水势、Clapp和Hornberger常数,得到同化时段1986年模型参数的最优值序列,然后用其改进非饱和土壤水模型,最后利用改进后模型进行1986~1993年的数值模拟试验,评估改进后模型的模拟能力,探讨基于数据同化优化陆面过程模式土壤水参数化方案的方法与实现途径.试验结果表明:基于数据同化优化模型参数,从物理机制上改进和完善模型,提高了模型的模拟能力;优化的模型参数在时间上具有较好的移植性,适应性更强,达到了改进模型的目的,因此,本方法是合理、可行的.本文为基于数据同化优化陆面过程模式参数化方案研究提供了范例,具有较好的借鉴作用. 相似文献
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利用Hadley中心的月平均海温资料、NCEP/NCAR和ERA-Interim逐日再分析大气环流数据等,详细对比了赤道大气季节内振荡(MJO)活动在东部型El Ni?o与中部型El Ni?o发展期间的异同点.结果表明,与传统的东部型El Ni?o发展前MJO明显偏强的特征相似,在中部型El Ni?o迅速发展前的春夏季,MJO动能亦较强且持续东传特征显著.这说明无论是东部型El Ni?o还是中部型El Ni?o,与MJO能量的突然增长相联系的低频纬向西风和低频对流活动的增强及其持续东传是激发El Ni?o的重要因素.但是,在中部型El Ni?o发展成熟的冬季至次年春季,热带中西太平洋MJO动能的强度突然再次增强,所占大气总扰动动能的比重也再次增大,热带MJO动能的逐日演变达到第二次峰值,且较第一次峰值更强;MJO从热带印度洋向赤道中东太平洋持续东传的特征也更为显著.这与在传统东部型El Ni?o盛期MJO能量和东传都明显减弱的特征表现出显著的差异.进一步分析指出,中部型El Ni?o成熟期海温正距平中心位置的西移以及由中部型El Ni?o激发的范围偏小、位置偏西的菲律宾附近异常反气旋环流可能是导致中部型El Ni?o盛期MJO活动显著增强的主要原因. 相似文献
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本文使用高分辨率WRFV3.4.1模式对TWP-ICE试验期间的一次热带深对流过程进行了数值模拟,利用第四重嵌套每五分钟输出一次的模拟资料对对流系统的上升气流质量通量廓线特征进行了分析,并结合FLEXPART拉格朗日粒子扩散模式对热带深对流系统进行拉格朗日轨迹分析.质量通量廓线特征及拉格朗日轨迹的分析结果表明,在条件不稳定层顶附近便有部分水凝物被输送出深对流系统.深对流系统中的水凝物主要沿环境引导气流向深对流下游方向输送.由于受低层风场扰动的影响,少量的水凝物被输送到深对流系统的上游.深对流系统中的水凝物向其下游方向输送的最远距离为200~300 km,并约有10%~20%的水凝物对对流系统下游50~150 km附近卷云砧的形成产生影响,其影响的时间尺度约为4~6 h. 相似文献
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本文系统分析了参与IPCC AR4 “20世纪气候模拟"（20C3M）的23个气候系统模式模拟的1950～1999年冬季（JFM）北极涛动（AO）.结果表明,在22个模式中,AO模态都表现为北半球中高纬大气年际变率的第一模态.不过,18个模式模拟的AO模态在北太平洋地区表现偏强,有两组模式结果均表明,提高模式的水平分辨率能够克服此偏差.所有模式模拟的AO指数均未出现与观测相当的增强趋势,只有两个模式（ECHO-G和UKMO-HadGEM1）模拟的AO指数与观测存在显著正相关.多数模式能够模拟出纬向风伴随AO位相变化在中高纬出现的偶极子异常特征,部分模式对平流层AO特征的模拟能力仍需要提高.对AO垂直结构模拟较好的模式,例如CCSM3、MRI CGCM2-32和UKMO-HadGEM1,能够较为合理地再现伴随AO指数增强出现的极区平流层变冷和中纬度对流层增暖现象.AO与欧亚大陆地表气温和降水的相关分布,在多数模式中有较好的体现,个别模式还对AO与东亚气候的相关关系具有一定的模拟能力.对AO各指标均有较好模拟能力的模式是UKMO-HadGEM1.本文结果为改进气候系统模式对北极涛动的模拟能力提供了依据,亦为学术界利用IPCC AR4的耦合模式数据、开展与AO相关的气候变率研究提供了基础参考. 相似文献
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本文针对模式发展的需要, 在Farouki土壤热传导率参数化方案的基础上, 综合Johansen和Côté的参数化方案, 发展了一个用于青藏高原中部的土壤热传导率参数化方案, 用“全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验计划(CAMP/Tibet)”中那曲布交(BJ)站实际资料对该方案进行了检验, 并将它用于公共陆面模式(CoLM)中, 对青藏高原那曲地区进行了单点数值模拟试验. 结果表明: 在未冻结及冻结土壤中, 新方案比Farouki方案计算的土壤热传导率小, 更接近实测值. 加入新方案的CoLM模式对土壤温度模拟的准确性比原模式有一定的提高. 相似文献