基于WRF模式的低空风场及风切变数值模拟

发布时间：2017-09-05 03:38

  本文关键词：基于WRF模式的低空风场及风切变数值模拟

  更多相关文章： 风场 风切变 数值模式 小尺度 行星边界层参数化方案

【摘要】：风切变是民航飞行器在降落和起飞时面临的主要潜在危险因素,严重威胁着民航运输的安全,某种程度上制约着民航事业的发展。民航和气象业界一直对风切变高度重视,力求探索出有效识别、预报和预警风切变的方法,以避免风切变对民航生产造成的损失,保障民航运输安全。目前研究风切变的主要手段有:测风激光雷达,风切变预警系统,航空数值天气预报模式等。虽然航空数值天气预报模式目前没有前两者运用得广泛和成熟,但是数值模式本身的优点已经得到不少业内人士的青睐,随着数值模式的版本不断更新升级和内置参数设置简化完备,特别是在中小尺度精细化模拟领域独一无二的优势,将在未来研究风场和风切变有着更广阔的前景。本论文基于航空数值天气预报模式的一种数值模式——WRF,针对某区域内某时段一次强对流天气系统进行中、小尺度下立体地风场数值模拟,并尝试从该模拟的风场中提取出风切变。在进行风场数值模拟之前,进行了初始数据的质量控制,敏感性参数之行星边界层参数化方案的对比分析,并与实测数据进行拟合分析,在后续的风场模拟中利用最优的参数化方案。以此来保证风场模拟的精准程度,避免不必要的误差。针对最后提取的风场风向风速值再次进行了质量控制,提高计算结果的精度。数值模式在中小尺度模拟有着其独特优势,能够模拟精细化的风场。同时证明,使用数值模式对风场和风切变的精细化模拟有可行性,为进一步模拟分析提供依据和参考。
【关键词】：风场 风切变 数值模式 小尺度 行星边界层参数化方案
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V321.225
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 风切变简介10-12
• 1.1.1 风切变的定义10
• 1.1.2 风切变的强弱标准10-11
• 1.1.3 风切变的成因11-12
• 1.2 风切变的研究现状12-14
• 1.2.1 国际组织对风切变的研究12-13
• 1.2.2 各国对风切变的研究13-14
• 本章小结14-15
• 第二章 航空数值天气预报模式15-25
• 2.1 尺度标准15-16
• 2.1.1 分类原理简介15
• 2.1.2 Orlanski标准15-16
• 2.1.3 欧美和日本标准16
• 2.2 航空数值天气预报16-17
• 2.2.1 航空数值天气预报模式系统16-17
• 2.2.2 数值天气预报模式产品在航空中的释用17
• 2.3 WRF模式简介17-20
• 2.3.1 WRF模式17-18
• 2.3.2 WRF模式的版本18
• 2.3.3 WRF的安装环境18-19
• 2.3.4 WRF模式运行流程19-20
• 2.4 WRF模式中的边界层参数化方案20-24
• 2.4.1 边界层的定义20
• 2.4.2 边界层的划分20-21
• 2.4.3 边界层过程的处理方法21-22
• 2.4.4 边界层参数化方案简介22-23
• 2.4.5 四种边界层参数化方案23-24
• 本章小结24-25
• 第三章 四种边界层参数化方案的对比25-46
• 3.1 实验设计及初始环境模拟25-29
• 3.1.1 实验基本设计25-26
• 3.1.2 质量控制和资料同化26-27
• 3.1.3 下垫面资料更新及精细化27
• 3.1.4 初始环境模拟27-29
• 3.2 地表相关要素的模拟对比29-34
• 3.2.1 地表温度的模拟对比29-32
• 3.2.2 地表露点温度的模拟对比32-34
• 3.3 相对湿度相关要素的模拟对比34-39
• 3.3.1 位于 2km处相对湿度、气温和气压的模拟对比34-36
• 3.3.2 位于 850h Pa处相对湿度、气温和气压高度的模拟对比36-39
• 3.4 水汽相关要素的混合比39-43
• 3.4.1 水汽混合比的模拟对比40-41
• 3.4.2 云水混合比的模拟对比41-42
• 3.4.3 雨水混合比的模拟对比42-43
• 3.5 与实测数据的对比43-45
• 3.5.1 与实测数据的对比方案设计43-44
• 3.5.2 各方案与实测数据的拟合程度44-45
• 本章小结45-46
• 第四章 风场及风切变的数值模拟46-62
• 4.1 风场模拟实验设计46-47
• 4.1.1 实验方案设计46-47
• 4.1.2 实验方案参数配置47
• 4.2 中尺度风场及风切变的模拟47-54
• 4.2.1 中尺度绝对涡度模拟47-49
• 4.2.2 中尺度水平风场模拟49-52
• 4.2.3 中尺度垂直风场模拟52-54
• 4.3 小尺度风场及风切变模拟54-58
• 4.3.1 小尺度绝对涡度模拟54-55
• 4.3.2 小尺度水平风场模拟55-57
• 4.3.3 小尺度垂直风场模拟57-58
• 4.4 小尺度风切变诊断58-61
• 4.4.1 诊断方法58
• 4.4.2 风向风速值统计与数据修正58-59
• 4.4.3 风向风速变化率59-61
• 本章小结61-62
• 第五章 数值模式模拟的总结与展望62-66
• 5.1 基于WRF数值模式的小尺度模拟优劣62-63
• 5.1.1 小尺度数值模拟的优势62
• 5.1.2 小尺度数值模拟的不足62-63
• 5.2 实验设计评价63-65
• 5.2.1 实验设计的严谨性和创新性63-64
• 5.2.2 实验设计的不足与漏洞64-65
• 本章小结65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 作者简介70

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本文编号：795600