中尺度降水集合预报随机参数扰动方法敏感性试验   总被引：6，自引：2，他引：4  

徐致真  陈静  王勇  李红祺  陈法敬  范宇恩 《气象学报》2019,77(5):849-868

中尺度降水模式预报具有很大的不确定性,为更好地描述与模式降水预报密切相关的物理过程关键参数的不确定性,基于中国气象局GRAPES（Global/Regional Assimilation and Prediction System）中尺度区域集合预报模式,从对模式降水预报不确定性有较大影响的积云对流、云微物理、边界层及近地面层等4个参数化方案中选取了18个关键参数,设计了一种随机参数扰动方案（Stochastically Perturbed Parameterization,SPP）,并通过2015年6—7月总计10 d的随机扰动集合预报试验,对比分析了SPP方案对不同物理过程参数扰动敏感性、随机场时、空尺度敏感性、能量变化特征及其集合预报效果。结果显示,对所选择的任一物理过程参数化方案增加SPP扰动后,降水及等压面要素的概率预报技巧优于无SPP扰动的预报,而扰动积云对流和边界层过程中的参数较扰动云微物理过程中的参数影响更显著,且同时扰动积云对流、云微物理、边界层及近地面层参数化方案中的18个参数的集合预报效果优于扰动任何单一物理过程中的部分参数,表明SPP方案能够有效地提高中尺度降水概率预报技巧;从能量变化特征可知,不同物理过程的参数扰动对动能、内能和总能量的影响层次和特征有所不同,但总体而言,扰动前后各项能量基本相同;随机场时、空尺度敏感性试验发现,SPP扰动随机场时间、空间相关尺度对集合预报效果有明显影响,当扰动随机场选用12 h抗相关时间及截断波数20时,集合预报结果最优。上述结果表明,SPP随机参数扰动方案不仅能够有效提高集合概率预报效果,还能够提高集合降水概率预报技巧,具有良好的业务应用与发展前景。   相似文献   

GRAPES全球奇异向量方法改进及试验分析   总被引：4，自引：0，他引：4  

李晓莉  刘永柱 《气象学报》2019,77(3):552-562

基于总能量模的奇异向量扰动常用于构造集合预报的初始条件。以建立GRAPES（Global and Regional Assimilation PrEdiction System）全球集合预报系统为目的,基于前期研发的GRAPES全球模式奇异向量方法,在GRAPES全球切线性模式和伴随模式2.0版的框架下,开展了引入线性化边界层方案来改善奇异向量结构,并提高奇异向量计算效率的研究。通过连续试验,从奇异向量的扰动能量结构、扰动能量谱及扰动空间分布等方面,综合分析改进GRAPES全球奇异向量的结构及演变特征。试验结果表明,改进后的GRAPES奇异向量方法有效抑制了之前扰动能量在近地面层不合理的快速增长,同时,奇异向量最优扰动的结构更客观地体现了中高纬度区域大气初始条件中的斜压不稳定扰动及其演变,如在初始时刻奇异向量扰动能量主要位于对流层中层,并呈现出随高度向西倾斜的大气斜压特征;经过线性化演变,扰动能量向较大水平尺度转移,并在垂直结构上表现出向对流层高层上传及向对流层低层下传的特征等。针对GRAPES奇异向量迭代求解中伴随模式计算耗时为主的情况,改进伴随模式中广义共轭余差方案的调用方式,并采用大内存存储法来提高其计算效率,进而将奇异向量总计算时间缩短了25%。总之,改进后的GRAPES奇异向量方法,可应用于构建面向业务应用的GRAPES全球集合预报系统。   相似文献   

基于WRF模式的风电场短期风速集成预报方法研究     

叶小岭  支兴亮  邓华 《气象》2019,45(1):88-98

风能始源于大气的运动,具有很大的随机性和间歇性。风速预测是风电场风功率预测的基础,其准确性具有重要的意义。对于复杂地形条件下,风速的预报一直是各国研究的难点和重点。为了提高风电场短期风速预报的准确性,本研究采用多种边界层参数化方案来集成预报风速,将各单一边界层参数化方案预报的风速及相应的实测风速数据,应用随机森林算法建立集成预报模型,对风电场的短期风速进行集成预报研究。试验结果表明,采用集成预报风速方法,预报的风速误差相比于单一边界层参数化方案预报的风速误差明显减小,对研究区域的风速、风向等气象要素有着较好的模拟效果,能够有效提高风速预报的准确率。  相似文献   

玉树隆宝2014年冬季冻土积雪对陆气通量关键参数的影响分析     

张海宏  姜海梅  周秉荣  祁栋林 《气象》2019,45(11):1550-1559

利用玉树隆宝湿地的观测资料,分析了未冻结、冻结和冻结有积雪覆盖三种情况下动量通量和感热通量的日变化情况,计算了三种情况下动量总体输送系数、感热总体输送系数、动力学粗糙度和热力学粗糙度,分析了附加阻尼和粗糙度雷诺数的关系,并将三种附加阻尼的参数化方案进行了比较,结果表明:冻结状态下动量通量和感热通量的日变化幅度最大,冻结有积雪覆盖时,动量通量和感热通量的日变化幅度最小。动量总体输送系数C_D和感热总体输送系数C_H的值在冻结时最大,冻结有积雪覆盖时最小,动力学粗糙度和热力学粗糙度在冻结状况下最小,冻结有积雪覆盖时最大。未冻结、冻结和冻结有积雪覆盖状态下,三种附加阻尼kB~(-1)参数化方案中,幂函数型方案较为合适。  相似文献   

基于不同分辨率和参数化方案的新疆区域数值模式性能初步评估     

杜娟  李曼  于晓晶  辛渝 《沙漠与绿洲气象(新疆气象)》2019,(3):57-65

基于中尺度数值模式WRF,选取新疆两次强降水过程,设计3个试验方案,其中试验1为控制试验,试验2提高分辨率,试验3提高分辨率并调整物理参数化方案,初步评估不同分辨率和参数化方案对新疆区域2m温度、10m风速、降水预报的影响。结果表明:(1)提高分辨率对2m温度、10m风速模拟精度均有提高,2m温度预报精度提高约0.5℃,降低了日间温度模拟冷偏差;10m风速预报精度提高约0.5m/s,降低了风速模拟正偏差;但提高分辨率后,模式出现虚假降水预报的情况。(2)提高分辨率并调整物理参数化方案后,2m温度模拟误差略有减小,模拟偏差减小约0.2℃;10m风速模拟误差增大约0.5m/s,模拟偏差增大超过0.5m/s;对降水落区、量级的模拟精度显著提高,减小了降水中心的模拟强度,对虚假降水预报有一定修正。  相似文献   

边界层参数化对海南岛海风环流结构模拟的影响   总被引：2，自引：0，他引：2  

杨秋彦  苗峻峰  王语卉 《热带气象学报》2019,35(2):234-252

利用WRF V3.7详细分析了应用8种边界层参数化方案（YSU、MYNN2.5、MYNN3、ACM2、BouLac、UW、SH、GBM）所模拟的2014年5月25日海南岛海风环流结构的差异,其中YSU、ACM2和SH为非局地闭合方案,MYNN2.5、MYNN3、BouLac、UW和GBM为局地闭合方案。结果表明:对于海风环流水平结构的模拟,15时,YSU、ACM2、BouLac、UW和SH模拟的北部海风较强,SH和GBM的内陆风速偏大。温度与海风发展强度相对应,MYNN2.5与MYNN3模拟的岛屿温度偏低,海陆温差小,海风相对较弱。对于海风环流垂直结构的模拟,09时海风开始,但强度较小,且存在残余陆风,向内陆传播距离较短,YSU、MYNN2.5和SH方案的海风相对较强。12时,海风已呈现出较为清晰的环流结构,YSU和ACM2的海风厚度及向内陆传播距离相对强于其它方案,MYNN3的环流结构则不太明显,且向内陆推进距离短,海风相对较弱。15时,海风发展强盛,MYNN2.5和MYNN3方案模拟的海风垂直强度较小,ACM2方案的海风垂直环流特征最为明显。18时,海风的强度和扰动均有所减弱,ACM2、BouLac和UW的整体海风相对强于其它方案。21时海风已基本转为陆风,BouLac与UW的陆风环流结构最为清晰。位温、水汽及海风垂直环流强度的发展变化与海风的演变过程基本一致。造成ACM2模拟海风偏强的原因是其边界层垂直混合偏强,形成了足够的湍流混合强度所致。对于边界层高度的模拟,ACM2的边界层顶最高,这与此方案所模拟的海风强度偏大相吻合,其它方案的边界层高度与海风强度并不完全一致。   相似文献   

Seasonal evaluation of rainfall estimation by four cumulus parameterization schemes and their sensitivity analysis     

Asnor Muizan Ishak  Michaela Bray  Renji Remesan  Dawei Han 《水文研究》2012,26(7):1062-1078

Sustainable water resources management require scientifically sound information on precipitation, as it plays a key role in hydrological responses in a catchment. In recent years, mesoscale weather models in conjunction with hydrological models have gained great attention as they can provide high‐resolution downscaled weather variables. Many cumulus parameterization schemes (CPSs) have been developed and incorporated into three‐dimensional Pennsylvania State University/National Center for Atmospheric Research (PSU/NCAR) mesoscale model 5 (MM5). This study has performed a comprehensive evaluation of four CPSs (the Anthes–Kuo, Grell, Betts–Miller and Kain–Fritsch93 schemes) to identify how their inclusion influences the mesoscale model's precipitation estimation capabilities. The study has also compared these four CPSs in terms of variability in rainfall estimation at various horizontal and vertical levels. For this purpose, the MM5 was nested down to resolution of 81 km for Domain 1 (domain span 21 × 81 km) and 3 km for Domain 4 (domain span 16 × 3 km), respectively, with vertical resolutions at 23, 40 and 53 vertical levels. The study was carried out at the Brue catchment in Southwest England using both the ERA‐40 reanalysis data and the land‐based observation data. The performances of four CPs were evaluated in terms of their ability to simulate the amount of cumulative rainfall in 4 months in 1995 representing the four seasonal months, namely, January (winter), March (spring), July (summer) and October (autumn). It is observed that the Anthes–Kuo scheme has produced inferior precipitation values during spring and autumn seasons while simulations during winter and summer were consistently good. The Betts–Miller scheme has produced some reasonable results, particularly at the small‐scale domain (3 km grid size) during winter and summer. The KF2 scheme was the best scheme for the larger‐scale (81 km grid size) domain during winter season at both 23 and 53 vertical levels. This scheme tended to underestimate rainfall for other seasons including the small‐scale domain (3 km grid size) in the mesoscale. The Grell scheme was the best scheme in simulating rainfall rates, and was found to be superior to other three schemes with consistently better results in all four seasons and in different domain scales. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

Some remarks on cumulus parameterization     

R. S. Lindzen 《Pure and Applied Geophysics》1988,126(1):123-135

A simple parameterization of cumulonimbus convective heating is presented. The model is primarily based on preserving a moisture budget and on detraining cloud air at levels corresponding to the neutral buoyancy of the air converged at low levels. Results are compared with data from the western Pacific and GATE. Agreement is good. Suggestions are offered for improving the model and extending it to other regions.  相似文献   

云和辐射 （II）:环流模式中的云和云辐射参数化   总被引：1，自引：2，他引：1  

赵高祥  汪宏七 《大气科学》1994,18(Z1):933-958

这一部分论述了在环流模式中应用的各种云参数化和云辐射参数化方案。云参数化分为云的诊断和预报二大类，云辐射参数化则包活云光学性质的参数化和云整体辐射性质（反射率、透过率、吸收率和发射率）的参数化。  相似文献   

拟合法15°波动方程有限差分串联偏移     

陈静  赵振飞  张叔伦 《地球物理学报》1993,36(5):651-656

本文把最佳拟合算法（三点和五点差分格式）及串联偏移方法应用在15°波动方程偏移中。由于拟合法的差分因子随着采样间隔、步长、速度等参数的变化而变化,因此与原有的波动方程差分偏移法相比,串联偏移方法能有效的使大倾角归位,克服频散,速度及步长可以灵活变化,运算效率高等优点。  相似文献