东亚近海热带气旋模拟对模式物理过程参数化的敏感性研究

发布时间：2021-10-14 22:53

　　西北太平洋是热带气旋活动最频繁的区域之一,平均每年约27个热带气旋生成。数值模拟一直是预报热带气旋活动的主要手段,近年来也被广泛应用于热带气旋气候学的研究。然而,数值模式对气候尺度上热带气旋活动的模拟能力仍存在较大的不确定性,模式物理过程参数化对热带气旋活动模拟的影响认识还有待加强。本文较为系统评估了区域气候模式CWRF中不同积云对流、云微物理、边界层等物理过程参数化方案对1986年～2015年东亚近海热带气旋的路径、频数及强度的模拟的可能影响。主要结论如下:1)CWRF模式总体模拟热带气旋的强度偏弱,模拟的强热带气旋个数偏少;模拟的热带气旋生成个数在多数年份较观测偏少,但大致能模拟出热带气旋在不同月份的生成频率分布;多数方案能模拟出菲律宾以北海域的热带气旋活跃区,但对南海海域的热带气旋模拟较少。2)不同积云对流方案模拟的热带气旋强度、频数及空间分布差异明显。KF方案模拟的热带气旋强度偏强、个数偏多、与观测的热带气旋空间分布最接近且TS评分最高。综合来看,KF方案在所有积云对流方案中模拟东亚近海热带气旋的频数、路径及强度与观测最接近。3)热带气旋的强度对云微物理方案表现得不敏感,但热带... 

【文章来源】：南京信息工程大学江苏省

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

研究区域的选择表2.1本研究中CWRF模式参数化方案的组合

南京信息工程大学学位论文16图3.1不同积云对流参数化方案对热带气旋的(a)近中心最大风速频率分布图,(b)ACE指数的年际变化图(单位：104m2s-2),(c)PDI指数的年际变化图(单位：105m3s-2)。图3.2给出的是观测与模拟热带气旋各自的风压关系，观测的中心最小海平面气压与近中心最大风速呈现的是近似直线的关系，而CWRF模式在模拟过程中也较好地再现了这一关系。然而，几乎所有的方案在给定中心最小海平面气压后模拟偏弱的热带气旋时模拟的近中心最大风速都偏大，而随着模拟的热带气旋强度增强，模式模拟的近中心最大风速在给定中心最小海平面气压时逐渐接近观测的数值直至最终小于观测的最大风速值，这也是在近中心最大风速频率分布图(图3.1a)中模式模拟的频率相比观测更集中于近中心最大风速值偏弱或适中区间的原因。从过往研究来看[14,84]，模式水平分辨

南京信息工程大学学位论文18图3.2热带气旋生命史中近中心最大风速与中心最小海平面气压的对应关系,其中(a)ECP,(b)KF,(c)BMJ,(d)Grell,(e)Tiedtke,(f)NSAS,(g)Donner,(h)Emanuel。红色实心点是模式各积云对流方案模拟的风压对应关系，黑色（蓝色）实线是用最小二乘法线性拟合得到的观测（模拟）风压关系曲线。3.2对热带气旋频数模拟的影响图3.3a给出的是观测与模拟的热带气旋生成频数的时间序列，观测的曲线大致呈现出的热带气旋个数先减少后增加的趋势，较为明显的是1988年与1998年两个谷值以及1994年与2004年两个峰值，这在CWRF模式各积云对流方案模拟中也有体现。总的来看，模式各积云对流方案普遍在大多数年份中模拟的热带气旋个数较观测偏少，多数方案模拟的热带气旋个数平均每年约在5~6个，但不同积云对流参数化方案模拟的差异较大。KF方案在大部分年份里均能模拟出超过10个热带气旋，这在数值上与观测最接近，而BMJ方案明显模拟的热带气旋个数偏少，在大部分年份内仅模拟出了4个左右。此外，在个别年份KF方案模拟的热带气旋个数多于观测，这可能与区域的选择有关。由于试验模拟区域的限制，本研究仅考虑了经过东亚近海区域的热带气旋，且根据热带气旋识别的方法选取热带气旋在该区域内的生命史均超过2天以上，因此对经过东亚近海但在该区域内活动时间未超过48小时的热带气旋未进行统计，可能会出现模式模拟的热带气旋个数多于观测的现象。图3.3b给出的是观测与模拟的热带气旋在不同月份的生成频率分布，观测的热带气旋个数从1月至8月呈现增加的趋势，而从9月至12月呈现逐渐减少的趋势。所有的方案基本都能再现与观测相似的频率分布，生成频率分布曲线的峰值出现在8月份，但全部方案都在8月份对热带气旋生成频率有明显的高估，而除KF方案外其


本文编号：3436965