基于不同微物理过程的广西沿海南风型暖区暴雨的数值模拟研究
发布时间：2021-08-28 02:11
基于WRFV3.6.1,利用其8个云微物理参数化方案对2010—2016年华南汛期（4—9月）的6个南风型暖区暴雨个例进行数值模拟与多方案集成试验,并采用基于对象的诊断评估方法（MODE）对模拟结果进行评估。结果发现对于大多数个例,WRF模式都能较好地模拟出暖区暴雨的降水带,对暖区降水带模拟最好的参数化方案是WSM6方案,其次是Lin方案;模拟效果较差的参数化方案为CAM5.1与NSSL 2-mon方案。选取模拟结果较好的个例进行诊断分析,发现不同参数化方案得到的动力学特征以及云微物理特征相关变量存在较大差异,导致模拟降水的差异。在单方案模拟的基础上,开展多方案集成试验,发现多方案集成方法能够有效降低模式模拟的不确定性,产生更稳定的模拟结果。
【文章来源】：大气科学学报. 2020,43(05)北大核心CSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
WRF模式嵌套区域设置
图2为6个南风型暖区暴雨个例的实况过程累积降水,降水中心皆位于广西南部的钦州-防城港-东兴一带,降水中心过程累积降水量达到100 mm以上,并且暖区降水起始时间皆位于00—03时(北京时)。在6个个例中,暖区降水带多处于一致的西南风的控制之下(个例1和个例2分别受到南风以及东南风的控制),在华南地区,没有明显的切变线、低涡等天气系统影响,处于一致的南风中,是典型的南风型暖区暴雨的环流形势(陈翔翔等,2012)。可以看出,除了广西南部的降水带之外,在一些个例中,华南地区存在其他的降水带,由于本文只考虑发生在广西南部地区的暖区降水带,因此对于这些降水对象(图2b、e、f等位于华南北部的降水带),本文不做相似度评估。利用MODE方法对6个个例的不同微物理参数化方案的相似度评估结果由表3给出。虽然不同个例的最优参数化方案不同,但是总体而言,模拟平均相似度较高的微物理参数化方案为WSM6方案以及Lin方案,相似度平均值分别为0.803和0.800;平均相似度最低的微物理参数化方案为CAM5.1方案,平均相似度为0.715。对于多数个例,暖区降水对象都能较好地模拟出来,平均相似度超过0.7,表明对于这些个例,不同参数化方案模拟的暖区降水带都能与实况场能较好地匹配。而对于个例3,平均相似度低于0.7,并且所有的参数化方案评估相似度都在0.7以下,表明模拟对象与实况对象不匹配,模式对于暖区降水带模拟不理想。以下选取相似度评分相对较高的个例1(图2a),对不同参数化方案模拟对象的空间诊断量进行讨论,并进一步对降水过程中的热力、动力条件以及云微物理条件进行详细的分析。
图4给出了2010年6月7日00时至08日00时,实况降水与模拟降水在107.5°～108.5°E、21.5°～22.5°N范围内的1 h累积降水最大值。从图4中可以看出,8种参数化方案模拟的降水趋势与实况较为一致,都是在15—16时达到最大,然后迅速减小。其中CAM5.1方案模拟的降水较小,在15时只有10 mm,与CAM5.1方案较低的强度比(0.297)一致。通过以上分析可见,CAM5.1方案对此次暖区暴雨过程模拟效果较差。而Lin方案、WSM6方案与Morrison 2-mon方案模拟效果相对较好。因此,对Lin方案、WSM6方案与Morrison 2-mon方案进行多方案集成,对比WSM6方案、CAM5.1方案、集成方案以及实况资料,分析不同方案的热力、动力条件以及云微物理特征,进一步探讨不同方案对此次过程模拟差异的原因,并对集成结果进行分析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同的边界层参数化方案对江淮一次暴雨过程数值试验研究[J]. 周彦均,高志球,濮梅娟,李煜斌. 大气科学学报. 2019(04)
[2]华南暖区暴雨事件的筛选与分类研究[J]. 刘瑞鑫,孙建华,陈鲍发. 大气科学. 2019(01)
[3]WRF模式不同云参数化方案的暴雨预报能力检验及集成试验[J]. 梅钦,智协飞,王佳. 大气科学学报. 2018(06)
[4]基于时空不确定性的对流尺度集合预报效果评估检验[J]. 马申佳,陈超辉,智协飞,何宏让,吴丹. 气象学报. 2018(04)
[5]Mesoscale Observational Analysis of Lifting Mechanism of a Warm-Sector Convective System Producing the Maximal Daily Precipitation in China Mainland during Pre-Summer Rainy Season of 2015[J]. 吴梦雯,罗亚丽. Journal of Meteorological Research. 2016(05)
[6]不同云微物理方案对“7.21”特大暴雨模拟的对比试验[J]. 徐之骁,徐海明. 气象科学. 2016(01)
[7]基于邻域法的高分辨率模式降水的预报能力分析[J]. 潘留杰,张宏芳,陈小婷,王建鹏,陈法敬. 热带气象学报. 2015(05)
[8]基于对象诊断的空间检验方法（MODE）[J]. 王国荣,陈敏,由凤春,郭锐. 气象科技. 2014(04)
[9]数值天气预报检验方法研究进展[J]. 潘留杰,张宏芳,王建鹏. 地球科学进展. 2014(03)
[10]区域中尺度模式云微物理参数化方案特征及其在中国的适用性[J]. 尹金方,王东海,翟国庆. 地球科学进展. 2014(02)
本文编号：3367571
【文章来源】：大气科学学报. 2020,43(05)北大核心CSCD
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
WRF模式嵌套区域设置
图2为6个南风型暖区暴雨个例的实况过程累积降水,降水中心皆位于广西南部的钦州-防城港-东兴一带,降水中心过程累积降水量达到100 mm以上,并且暖区降水起始时间皆位于00—03时(北京时)。在6个个例中,暖区降水带多处于一致的西南风的控制之下(个例1和个例2分别受到南风以及东南风的控制),在华南地区,没有明显的切变线、低涡等天气系统影响,处于一致的南风中,是典型的南风型暖区暴雨的环流形势(陈翔翔等,2012)。可以看出,除了广西南部的降水带之外,在一些个例中,华南地区存在其他的降水带,由于本文只考虑发生在广西南部地区的暖区降水带,因此对于这些降水对象(图2b、e、f等位于华南北部的降水带),本文不做相似度评估。利用MODE方法对6个个例的不同微物理参数化方案的相似度评估结果由表3给出。虽然不同个例的最优参数化方案不同,但是总体而言,模拟平均相似度较高的微物理参数化方案为WSM6方案以及Lin方案,相似度平均值分别为0.803和0.800;平均相似度最低的微物理参数化方案为CAM5.1方案,平均相似度为0.715。对于多数个例,暖区降水对象都能较好地模拟出来,平均相似度超过0.7,表明对于这些个例,不同参数化方案模拟的暖区降水带都能与实况场能较好地匹配。而对于个例3,平均相似度低于0.7,并且所有的参数化方案评估相似度都在0.7以下,表明模拟对象与实况对象不匹配,模式对于暖区降水带模拟不理想。以下选取相似度评分相对较高的个例1(图2a),对不同参数化方案模拟对象的空间诊断量进行讨论,并进一步对降水过程中的热力、动力条件以及云微物理条件进行详细的分析。
图4给出了2010年6月7日00时至08日00时,实况降水与模拟降水在107.5°～108.5°E、21.5°～22.5°N范围内的1 h累积降水最大值。从图4中可以看出,8种参数化方案模拟的降水趋势与实况较为一致,都是在15—16时达到最大,然后迅速减小。其中CAM5.1方案模拟的降水较小,在15时只有10 mm,与CAM5.1方案较低的强度比(0.297)一致。通过以上分析可见,CAM5.1方案对此次暖区暴雨过程模拟效果较差。而Lin方案、WSM6方案与Morrison 2-mon方案模拟效果相对较好。因此,对Lin方案、WSM6方案与Morrison 2-mon方案进行多方案集成,对比WSM6方案、CAM5.1方案、集成方案以及实况资料,分析不同方案的热力、动力条件以及云微物理特征,进一步探讨不同方案对此次过程模拟差异的原因,并对集成结果进行分析。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同的边界层参数化方案对江淮一次暴雨过程数值试验研究[J]. 周彦均,高志球,濮梅娟,李煜斌. 大气科学学报. 2019(04)
[2]华南暖区暴雨事件的筛选与分类研究[J]. 刘瑞鑫,孙建华,陈鲍发. 大气科学. 2019(01)
[3]WRF模式不同云参数化方案的暴雨预报能力检验及集成试验[J]. 梅钦,智协飞,王佳. 大气科学学报. 2018(06)
[4]基于时空不确定性的对流尺度集合预报效果评估检验[J]. 马申佳,陈超辉,智协飞,何宏让,吴丹. 气象学报. 2018(04)
[5]Mesoscale Observational Analysis of Lifting Mechanism of a Warm-Sector Convective System Producing the Maximal Daily Precipitation in China Mainland during Pre-Summer Rainy Season of 2015[J]. 吴梦雯,罗亚丽. Journal of Meteorological Research. 2016(05)
[6]不同云微物理方案对“7.21”特大暴雨模拟的对比试验[J]. 徐之骁,徐海明. 气象科学. 2016(01)
[7]基于邻域法的高分辨率模式降水的预报能力分析[J]. 潘留杰,张宏芳,陈小婷,王建鹏,陈法敬. 热带气象学报. 2015(05)
[8]基于对象诊断的空间检验方法（MODE）[J]. 王国荣,陈敏,由凤春,郭锐. 气象科技. 2014(04)
[9]数值天气预报检验方法研究进展[J]. 潘留杰,张宏芳,王建鹏. 地球科学进展. 2014(03)
[10]区域中尺度模式云微物理参数化方案特征及其在中国的适用性[J]. 尹金方,王东海,翟国庆. 地球科学进展. 2014(02)
本文编号：3367571
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