古尔班通古特沙漠大气边界层参数化方案的模拟评估
发布时间：2021-08-06 02:50
为准确描述我国最大的固定/半固定沙漠—古尔班通古特沙漠区域的大气边界层结构,利用该沙漠腹地2017年的梯度铁塔和通量观测数据,基于中尺度气象模式WRF（Weather Research and Forecast v3.7.1）,分析了5种边界层参数化方案在古尔班通古特沙漠的适用性。结果表明:（1）采用WRF模拟沙漠腹地近地层内的边界层特征时,2 m气温的模拟存在冷偏差,5种边界层参数化方案均能较好地模拟出4个季节2 m气温的日变化特征,其中非局地方案ACM2（Asymmetric Convective Model version 2）对2 m气温效果最好,局地方案BL方案的模拟偏差最大。（2）5种边界层参数化方案均能够模拟出10 m风速的日变化特征,其中局地方案BL（Bougeault-Lacarrere）对10 m风速效果最佳。（3）采用WRF模拟沙漠近地层内的地表通量特征时,感热通量存在高估现象,潜热通量存在低估现象,5种边界层参数化方案均能较好地模拟出四个季节模拟时间段内地表净辐射通量的日变化特征,其中局地方案MYJ（Mellor-Yamada-Janjie）的模拟精度最高。
【文章来源】：沙漠与绿洲气象. 2020,14(04)
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
WRF模拟的三重嵌套和d03区域下垫面的土地利用类型
春夏两季（图2b,2c）模拟值与观测值日变化趋势的吻合度都较高。与冬季类似，春夏两季，非局地方案YSU及局地非局地方案ACM2的模拟值均很接近观测值，其中ACM2方案在两个季节模拟效果均最好，春季，r可达0.96、RMSD为1.0℃；MB为-0.9℃，SSE为3.3℃；夏季r可达0.98、RMSD为1.0℃、MB为0.5℃、SSE为6.0℃。MYJ方案与实测值的偏差最大，春季r为0.90,RMSD为2.2℃，SSE为20.6℃，夏季r为0.91,RMSD为1.5℃，MB为-1.4℃，SSE为7.3℃。另外，4个季节模式对日间温度峰值均存在低估现象，白天的冷偏差是由于模式对地面附近的超绝热层深度低估造成的[29]，另外，模式中采用的Noah陆面过程低估了降水，造成模拟积雪量低于实际积雪量，造成了模拟的温度低于实测。秋季（图2d）模拟值与观测值的日变化趋势也相一致，5种方案在夜间模拟误差较小，非局地方案YSU、ACM2的模拟值很接近观测值，其中ACM2方案模拟效果最好，r可达0.94,RMSD为1.7℃，MB为-0.8℃，SSE为3.5℃；而局地方案MYJ、BL和MYNN2.5的模拟值与实测值的偏差较大，其中BL方案的模拟偏差最大，r为0.85,RMSD为1.9℃，MB为-1.2℃，SSE为16.5℃。
春季（图3b）模拟值与观测值的日变化趋势较一致，除了BL在16—18时模拟有低估，其他时间5种方案的模拟值均偏大。局地方案BL和MYNN2.5的模拟值均很接近观测值，其中BL方案模拟效果最好，r可达0.82,RMSD为0.2 m·s-1；而局地非局地方案ACM2与实测值的偏差最大，其r为0.67,RMSD为0.2 m·s-1。夏季，5种方案夜间的模拟效果均优于白天，局地方案BL模拟出的10 m风速与实测值基本一致，r可达0.85,RMSD为0.23 m·s-1。春夏季，10 m风速均出现高估现象，可能是由于模式中未考虑实际下垫面的低矮植被和灌木丛，导致模式的湍流混合作用高于实际，所以造成风速高估。图4 不同方案对模拟时间段内平均10 m风速模拟值与观测值的泰勒统计扇形图
【参考文献】：
期刊论文
[1]关于中国西北干旱区陆—气相互作用及其对气候影响研究的最近进展[J]. 黄荣辉,周德刚,陈文,周连童,韦志刚,张强,高晓清,卫国安,候旭宏. 大气科学. 2013(02)
[2]复杂地形地区WRF模式四种边界层参数化方案的评估[J]. 张小培,银燕. 大气科学学报. 2013(01)
[3]中国西北干旱区戈壁下垫面夏季的热力输送[J]. 周德刚,黄刚,马耀明. 大气科学学报. 2012(05)
[4]模拟降水对古尔班通古特沙漠生物结皮表观土壤碳通量的影响[J]. 吴林,苏延桂,张元明. 生态学报. 2012(13)
[5]基于WRF不同边界层方案的黄土高原丘陵冬季地面气象要素日变化模拟分析[J]. 张龙,张镭,王颖,曹贤洁. 干旱气象. 2012(02)
[6]古尔班通古特沙漠植被与环境的关系[J]. 钱亦兵,吴兆宁,张立运,赵锐锋,王小燕,李有民. 生态学报. 2007(07)
[7]论古尔班通古特沙漠植物多样性的一般特点[J]. 张立运,陈昌笃. 生态学报. 2002(11)
本文编号：3324925
【文章来源】：沙漠与绿洲气象. 2020,14(04)
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
WRF模拟的三重嵌套和d03区域下垫面的土地利用类型
春夏两季（图2b,2c）模拟值与观测值日变化趋势的吻合度都较高。与冬季类似，春夏两季，非局地方案YSU及局地非局地方案ACM2的模拟值均很接近观测值，其中ACM2方案在两个季节模拟效果均最好，春季，r可达0.96、RMSD为1.0℃；MB为-0.9℃，SSE为3.3℃；夏季r可达0.98、RMSD为1.0℃、MB为0.5℃、SSE为6.0℃。MYJ方案与实测值的偏差最大，春季r为0.90,RMSD为2.2℃，SSE为20.6℃，夏季r为0.91,RMSD为1.5℃，MB为-1.4℃，SSE为7.3℃。另外，4个季节模式对日间温度峰值均存在低估现象，白天的冷偏差是由于模式对地面附近的超绝热层深度低估造成的[29]，另外，模式中采用的Noah陆面过程低估了降水，造成模拟积雪量低于实际积雪量，造成了模拟的温度低于实测。秋季（图2d）模拟值与观测值的日变化趋势也相一致，5种方案在夜间模拟误差较小，非局地方案YSU、ACM2的模拟值很接近观测值，其中ACM2方案模拟效果最好，r可达0.94,RMSD为1.7℃，MB为-0.8℃，SSE为3.5℃；而局地方案MYJ、BL和MYNN2.5的模拟值与实测值的偏差较大，其中BL方案的模拟偏差最大，r为0.85,RMSD为1.9℃，MB为-1.2℃，SSE为16.5℃。
春季（图3b）模拟值与观测值的日变化趋势较一致，除了BL在16—18时模拟有低估，其他时间5种方案的模拟值均偏大。局地方案BL和MYNN2.5的模拟值均很接近观测值，其中BL方案模拟效果最好，r可达0.82,RMSD为0.2 m·s-1；而局地非局地方案ACM2与实测值的偏差最大，其r为0.67,RMSD为0.2 m·s-1。夏季，5种方案夜间的模拟效果均优于白天，局地方案BL模拟出的10 m风速与实测值基本一致，r可达0.85,RMSD为0.23 m·s-1。春夏季，10 m风速均出现高估现象，可能是由于模式中未考虑实际下垫面的低矮植被和灌木丛，导致模式的湍流混合作用高于实际，所以造成风速高估。图4 不同方案对模拟时间段内平均10 m风速模拟值与观测值的泰勒统计扇形图
【参考文献】：
期刊论文
[1]关于中国西北干旱区陆—气相互作用及其对气候影响研究的最近进展[J]. 黄荣辉,周德刚,陈文,周连童,韦志刚,张强,高晓清,卫国安,候旭宏. 大气科学. 2013(02)
[2]复杂地形地区WRF模式四种边界层参数化方案的评估[J]. 张小培,银燕. 大气科学学报. 2013(01)
[3]中国西北干旱区戈壁下垫面夏季的热力输送[J]. 周德刚,黄刚,马耀明. 大气科学学报. 2012(05)
[4]模拟降水对古尔班通古特沙漠生物结皮表观土壤碳通量的影响[J]. 吴林,苏延桂,张元明. 生态学报. 2012(13)
[5]基于WRF不同边界层方案的黄土高原丘陵冬季地面气象要素日变化模拟分析[J]. 张龙,张镭,王颖,曹贤洁. 干旱气象. 2012(02)
[6]古尔班通古特沙漠植被与环境的关系[J]. 钱亦兵,吴兆宁,张立运,赵锐锋,王小燕,李有民. 生态学报. 2007(07)
[7]论古尔班通古特沙漠植物多样性的一般特点[J]. 张立运,陈昌笃. 生态学报. 2002(11)
本文编号：3324925
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