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《物理过程参数化实施方案对中尺度暴雨数值模 拟影响的研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第61卷第2期气象学报Vol.61,No.22003年4月ACTAMETEOROLOGICASINICAApril2003物理过程参数化方案对中尺度暴雨数值模拟影响的研究陈静(中国气象科学研究院100081;成都高原气象研究所,610071)薛纪善颜宏(中国气象科学研究院,100081)(世界气象组织,日内瓦,瑞士)摘要利用中尺度非静力MM5模式和中国2001年8月的4个暴雨个例,研究了非绝热物理过程对中国暴雨动力和热力场预报的影响,深入分析了对流参数化
2、方案在中尺度暴雨预报中的作用,讨论了利用模式扰动方法开展中国暴雨集合预报的可行性。结果表明,在短期数值预报中,非绝热物理过程对高度场预报影响较小,但边界层方案和对流参数化方案对产生暴雨的3个基本条件即水汽通量散度、垂直速度、不稳定层结的影响很明显。不同对流参数化方案所预报的中尺度热力、动力场离差的结构特征与所预报降水的离差特征相似,且主要是在模式积分初期迅速增加,其后即趋于稳定。对中国热力场较均匀的暴雨过程,可以通过扰动模式的边界层和对流参数化方案,构造集合预报模式。关键词:暴雨,数值预报,物理过程参数化方案,集合预报。中国许多学者已针对中国的
3、情况对积云对流参数化1引言[12~16]方案做了许多研究和改进,并取得了很好的通过中国科学家不懈的努力,在分析预测及基预报效果。同时也注意到,由于对流参数化方案的[1,2]础理论研究实践中取得了重大进展。近年来数差异,不同方案对暴雨发生时间、地点、强度的预报[3,4]值预报已成为暴雨预报的主要工具之一,各种是有差异的,国内外许多学者对这些方案做了对比非绝热物理过程在模式中的广泛应用对提高暴雨数分析,结果显示没有哪种方案具有压倒其他方案的[17~20]值预报水平具有重要作用。积云对流参数化过程是绝对优势。再加上模式初值误差、模式误差模式中
4、最重要的湿物理过程之一,常用积云对流参和其他非绝热物理过程参数化方案的误差,使暴雨数化方案有Betts-Miller,Aneth-Kuo,Arakawa-Schu-发生时间、雨量和落区预报存在不确定性,限制了暴bert,Fritsh-Chappell,Kain-Fritsch,Grell方案雨预报准确率的提高。[5~10]等。这些方案的基本特点是在一定的闭合假近两年来,有人尝试利用集合预报方法解决暴[21]设条件下,通过一组参数定义对流激发函数,当模式雨数值预报中存在的不确定性。Stensrud等用大气满足这一组参数后,激发对流运动。模式通过不
5、同物理过程参数化方案组合的模式扰动法进行强使用各种非绝热湿物理过程,可以更真实地模拟中对流天气集合预报试验,发现对热力场较均匀的暴[11]尺度系统特别是MCS的内部结构和演变特征。雨天气,模式扰动集合预报较有效。但是,与初值扰中国是典型的季风气候区,暴雨发生在积层混动集合预报相比,模式扰动集合预报还缺乏合理的合云中,以上积云对流参数化方案基本上是在研究理论基础。中国暴雨过程的环境热力场较均匀,为中国以外地区的积云对流发生发展基础上发展的。了将模式扰动方法应用到中国暴雨集合预报中,需初稿时间:2002年7月22日;修改稿时间:2002年11月1
6、1日。资助课题:国家自然科学基金(40175028)。204气象学报61卷要首先深入细致地分析非绝热物理过程对中国暴雨采用Cressman香蕉型权重系数逐步订正方法,利用数值预报的影响特征和影响方式。国内对积云对流东亚地区常规地面资料和探空资料,对初估场参数化方案的研究大都侧重于分析对降水预报的影(T106全球格点场)进行再分析,获得模式初值。响,对环境动力场、热力场的影响和作用分析相对较中国国家气象中心数值室自2000年来一直在少。但是,降水是受到动力
7、与热力场控制的,分析模中国自主开发的神威-准业务试运行MM5V3非式非绝热物理过程对环境动力场、热力场的影响和静力模式,模式的非绝热物理过程在仔细对比分析作用,对于理解不同参数化方案对降水预报影响的基础上选取的,因此,本文控制预报模式的物理过程内在原因有重要意义。文中着重分析非绝热物理过与国家气象中心准业务试运行MM5版本中的相程特别是积云对流参数化过程对中国暴雨动力和热同,包括:可分辨尺度降水采用Dudhia简单冰相方[23]力场预报的影响,深入分析了对流参数化方案在中案;积云对流参数化方案在外部区域采用An-[6][9]尺度暴雨预报中的作
8、用,这对探索利用模式扰动开thes-Kuo方案,内部区域采用Grell方案;边界[24]展暴雨集合预报是非常必要的。层采用Hong-Pan高分辨率方案
