积云对流参数化方案对美国暴雨预报的影响
bin和bulk微物理方案在我国飑线模拟中的敏感性研究
bin和bulk微物理方案在我国飑线模拟中的敏感性研究殷蕾;平凡【摘要】分别利用weather research and forecasting (WRF)中尺度模式中的bulk和bin微物理参数化方案,对2014年7月12日发生在华东地区的一次飑线过程进行了数值模拟.结果表明:bulk方案基本模拟出了飑线初生、发展、成熟和消亡的生命史,但与实况存在1 ～2h的延迟,且强度偏弱;而bin方案模拟的雷达回波结构松散,组织化程度较低,更类似于现状对流.从模拟的地面降水看,bin方案模拟的雨带偏窄,且强降水区偏北;而bulk方案则基本模拟出了强降水区的位置.在此基础上进一步分析了两种方案模拟的各水凝物的垂直分布,结果表明bulk方案在高层产生了大量云冰,而bin方案中雪和霰粒子数量较多.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)016【总页数】8页(P136-142,148)【关键词】飑线;微物理方案;SBM;bulk;敏感性研究【作者】殷蕾;平凡【作者单位】南京信息工程大学地理与遥感学院,南京210044;南京信息工程大学地理与遥感学院,南京210044;中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴重点实验室,北京100029【正文语种】中文【中图分类】P457.9飑线是由许多活跃的雷暴单体排列成线状的中尺度对流系统，其过境处常伴有雷暴、大风、冰雹、龙卷等剧烈天气现象。
目前我国对这类强对流天气的预报能力还十分有限，一个重要原因是数值模式对云微物理过程的描述还有待完善。
目前模式中的云微物理参数化方案大致可分为两类：一类是传统的谱函数(bulk)方法，如Lin方案[1]；另一种是分档法(bin方法)，如Hebrew大学发展的微物理过程分档云模式(SBM Hebrew University cloud model, HUCM)。
简单说来谱函数参数化法是用一个经验函数(如gamma函数)来描述云中水凝物粒子的总体分布特征；而分档法则是根据水成物的相态、粒子大小、形状、密度等微物理特征将其分为几十或几百档，给出各个档粒子的预报方程及它们之间的相互转化关系[2]。
不同对流参数化方案对长江中下游梅雨锋暴雨降水预报的评估
（ ． 州 市气 象 局 ， 州 ３０ ０ ； ． 江 大 学 １杭 杭 １０ ８ ２ 浙 地 球科 学 系 ， 州 ３ ０ ２ ； 杭 １０ ８ ３ 杭 州 奥 利 金 并行 计 算 技 术 有 限公 司 ， 州 ３ ０ ２ ） ． 杭 １０ ４
摘
要 ：选用不同的对流参数化方案对近几年典型的几次长江中下游梅雨锋暴雨过程进行数值模拟 ，
ｓ ｈ ｍｅ ． ｃｅ ｓ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ＭｅＹｕ ｆ ｎ ａ ｎａ ｌ ｕ ｒ ａ ｉ ｌ ｔ ｎ ｐ ｅ ｉｔ ｎ ｕ ｌ ｓ ｐ ｒｍｅｅ ｉａｉ ｎ ｓ ｈ ｍｅ ；ｐ ｃ ｐ ｔｔ ｎ ａ － ｉ ｒ ｔｒ ｉ ｌ ；ｎ ｍｅ ｉ ｌ ｓｍｕ ａ ｏ ｒ ｄ ｃｉ ；ｃ ｍｕ ｕ ａ ａ ｔｒ ｔ ｃ ｅ ｓ ｒ ｉｉ ｉ ｓ ｏ ｆ ｃ ｉ ｏ ｚ ｏ ｅ ａｏ
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Ｖｏ． ３ Ｎｏ４ １Ｔ Ｎ Ｃ ＥＮＣ ＵＬ Ｅ Ｉ ＯＦ Ｓ Ｉ Ｅ ＡＮＤ ＣＨＮＯＬ ＴＥ ＯＧＹ
第 ２ 卷 第 ４期 ３
２０ ０ ７年 ７月
Ｊ ｌ． ２ ０ ｕｙ ０ ７
不 同对流 参数化方案对长江 中下游梅雨锋暴 雨 降水预报的评估
Ａｓ ｅ ｓ ｎ ｆＰ ｅ ｉ ｉ ｔｏ ｅ ｉｔ ｎ ｕ ｉ ｇ Ｄｉｆ ｒ ｎ ｍ ｕ ｕ ｓ ｓ ｍｅ ｔｏ ｒ ｃｐ ｔ ｉ ｎ Ｐｒ ｄ ｃ ｉ ｓｎ ｆｅ ｅ ｔＣｕ ａ ｏ ｌ ｓ Ｐａ ａ ｔ ｒｚ ｔ ｎ Ｓ ｈ ｍｅ ｎ Ｍ ｅＹｕ Ｆｒ ｎ ｉ ｆ ｌ ｒ ｍｅ ｅ ｉａ ｉ ｃ ｅ ｓｉ ｉ ｏ ｔＲａｎ ａ ｌ ｏ
利用量化的降水评估方法检验 Ｍ 模 式中不 同对流参数化方案对梅雨锋暴雨降水预报 的能力 ，一方 Ｍ５ 面作为实际预报 的参考 ， 另一方 面也作 为模式改进的依据 ， 评估结果显示模式预报 的降水往往偏大 ， 对 不同时段和不同量级 的降水 ， 没有普遍适用 的对流参数化方案 ， 可以将经验预报 和数值模拟相结 合。 对
WRF短期气候预测实验介绍
WRF短期气候预测实验介绍2.1 WRF模式简介：WRF模式是以美国国家大气研究中心（NCAR）、美国环境预测中心（NCEP）等美国的科研机构为中心开发的新一代中尺度天气预报模式和同化系统。
WRF 模式系统具有可移植、易维护、可扩充、高效率、方便等诸多特性，各模式下端应用行业可以便捷地将各自的行业业务预测模式耦合链接于该模式。
由于该模式集成了过去几十年所有中尺度模式研究的成果，在数值计算、模式框架、程序优化等方面采用了当前最为成熟和最优的技术，因此世界上大多数国家选用该模式作为中尺度预报模式应用业务和科研[13]。
在软件设计方面，WRF模式应用了继承式软件设计、多级并行分解算法、选择式软件管理工具、中间软件包（连接信息交换、输入/输出以及其他服务程序的外部软件包）结构，并引入了更为先进的数值计算和资料同化技术、多重移动嵌套网格性能以及更为完善的物理过程（尤其是对流和中尺度降水过程）。
因此，WRF模式在天气预报、大气化学、区域气候、数值模拟研究等领域有着广泛的应用。
和其他的中尺度模式比较，该模式具有许多优越性。
2.1.1 主要特点（1）适用于全球各地，灵活的设置选择（2）是一个完全可压的、非静力模式（3）资料输入方便（4）采用了成熟和新的物理参数化方案（5）新的积分方案和网格形式（6）后处理方便（7）可在多操作平台、不同UNIX、Linux环境下运行2.1.2 模式基本方程组及差分方案方程取地形追随静力气压垂直坐标，即垂直质量坐标，形式为：η=（p h-p ht）/μ其中μ=p hs-p ht 。
由于μ(x,y)可看作是区域内（x,y）格点上的单位水平面积上气柱的质量，预报量和守恒通量都可写成近似的通量形式。
水平空间差分格式采用Arakawa C跳点格式，热力学变量和水汽变量定义在整数格点上，而υ、ν、ω交错排列与0.5dx、0.5dy、0.5dz上，这样ω与υ、ν在垂直方向上相差半个格距，使得连续方程求解ω时的计算精度更高，而T 与υ、ν在水平方向上错开半个格距以提高Φ的精度，而减少了由于地形引起的误差。
积云对流参数化方案对大气含水量及降水的影响
积云对流参数化方案对大气含水量及降水的影响第31卷第6期2007年11月大气科学ChineseJournalofAtmosphericSciencesV o1.31No.6NOV.2007积云对流参数化方案对大气含水量及降水的影响刘屹岷刘琨吴国雄1中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室,北京1000292中国科学院研究生院,北京100049摘要中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室所发展的高分辨率全球大气环流谱模式SAMIL,自从发展成R42L26新版本之后,显示出对全球气候基本态的模拟能力,但模式对流层低层以及热带地区整层偏干,且对热带地区的降水模拟存在"双赤道辐合带"这一普遍误差,在赤道地区以及北半球中纬度降水偏少,而在拉丁美洲降水偏多.敏感性试验表明这些误差是相互联系的.通过将700hPa以下的相对湿度趋近于"观测资料"的试验显示模拟的降水误差减小了.据此,对Tiedtke积云对流参数化方案中的浅对流部分进行修改,增加了浅对流的侧向混合的卷入以及卷出率,并减小了对流方案中的云水一雨水的转换率,将其耦合到模式中.积分结果表明,修改后的方案明显改进了湿度和温度场的模拟,对降水的模拟能力有了很大的提高,基本消除了"双赤道辐合带"现象.关键词大气环流模式积云对流参数化方案质量通量方案浅对流文章编号1006—9895(2007)06—1201一l1中图分类号P426文献标识码A TheImpactsoftheCumulusConvectiveParameterizationontheAtmosphericWater-ContentandRainfallSimulationinS枷ILLIUYi-Min,LIUKun一,andWUGuo-Xiong1StateKeyLaboratoryofNumericalModelingforAtmosphericScienceandGeophysicalFl uidDynamics,InstituteofAtmos-phericPhysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing1000292GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,BeQing100049 AbstractThenewversionoftheStateKeyLaboratoryofNumericalModelingforAtmospheri cSciencesandGeo—physicalFluidDynamics/InstituteofAtmosphericPhysics(LA~/IAP)spectralatmospheric modelSAMIL—R42L26hasbeendevelopedandevaluatedsince2005.Themodelshowsitsabilityinrepresen tingtheglobalclimate, butitalsosuffersfromsomeproblemsinsimulatingprecipitationinthetropics,suchasthedou bleITCZinthecen—tral—westernPacific,lessprecipitationintheequatorareaandinthemid-latitudesoftheNorthernH emisphere,andmoreinLatinAmerica.ThesebiasesseemtoresultmainlyfromthetreatmentofSUbgridscale convection.whichiSparameterizedwiththeTiedtke'Smassfluxscheme.AsensitivityexperimentshoWSthatthes esystematicerrorsarelinkedeachother,andowetheirexistencemainlytothedrybiasofthelowertroposphere.Invie woftheseresults,severalmodificatioasaremadetotheTiedtke'SrllassfluxschemeusedinSAMIL.andtheresu ltsshoWapparentim- provementsinsimulatingtheclimatecomparedwiththecontrolexperiment.Inparticular.the"doubleITCZ''ise—liminatedandthemodeledprecipitationinthenortherntropicalareaiSmorerealistic.Themo difiedschemecanalso收稿日期2007—05—30,2007—06—13收修定稿资助项目国家重点基础研究发展规划项目2006CIM03607,中国科学院团队国际合作伙伴计划"气候系统模式研发及应用研究",国家自然科学基金资助项目40475027,40221503,40575028,40523001,40675038作者简介刘屹岷,女,1965年出生,研究员,理学博士,主要从事天气,气候动力学研究.E-mail:*************.ac,cn*通讯作者E-mail:*************.ac,cn大气科学ChineseJournalofAtmosphericSciences31卷V o1.31reducebothcoldanddrybiasesinthemiddletroposphere.Resultsfromthecomparedexperim entshowthattheim—provementsinthemodelperformancemainlyresultfromtheimprovedshallowconvectiond uetotheintroductionofthemodifiedconvectiveparameterization. Keywordsgeneralcirculationmodel,cumulusconvectiveparameterization,massfluxconv ectionscheme,shallowconvection1引言sAMIL—R42L26是全球大气环流谱模式,水平方向为菱形截断42波,分辨率相当于2.8125.(经度)×1.66.(纬度),采用一P混合垂直坐标系,分为26层,模式层顶达到2.1941hPa.模式引入了参考大气,采用半隐式时间积分方案[1].物理过程采用了新的Edwards—Slingo辐射方案[3],Slin—go诊断云方案[4],同时引入了基于统计方法的层积云方案[6],采用非局地的边界层参数化方案[8],还考虑了重力波拖曳[9].其中,水汽方案选择Tiedtke质量通量型积云对流参数化方案,并由宋晓良[1于2005年对其进行了改进,主要包括确定云顶高度,组织化出流的改进等等.改进后的SAMIR42L26模式可以模拟出孟加拉湾,印度半岛以及南海主要的降水中心特征,但是仍旧存在着一些问题.主要系统偏差为中低纬对流层低层偏干,热带地区整层偏干偏冷,且降水出现"双赤道辐合带"(双ITCZ)等.本文首先提供一个简单的敏感性试验,从中发现这些误差是彼此相连的,其中的根本性误差为对流层低层大气偏干.由此推断这些系统误差与模式中浅对流参数化方案设计不当有关.浅对流活动对影响全球能量平衡的湿度场和温度场起重要的作用.位于副热带边界层(PBL)顶以及信风逆温层上的湿度通量是与浅积云对流中的饱和上升气流及其临近区域中自由大气干空气的补偿相联系的[1].浅对流对湿度场和温度场平衡收支的影响也同样反映在其他要素场[1.朝以及模式模拟中[1].这些研究结果表明,浅对流的形成对整个温度场,湿度场所产生的影响会导致热带,副热带区域重要的热力以及动力反馈[1钆... SAMIR42L26所采用的浅对流参数化过程包含在Tiedtke[21_积云对流参数化方案中,该方案是基于质量通量的概念的总体云模型方案.尤其在Nordeng[2]对Tidetke方案引入新的计算对流有效位能的调整型闭合假设方法以后,Tiedtke方案被很多大气环流模式所采用(如ECHAM5.0,BAM3.0,ECWMF等),并且得到较好的模拟结果.该方案不考虑网格内的每一积云单体,而是仅考虑与网格内所有的积云单体上升气流,下沉气流等效的一支总体的上升,下沉气流的作用,即采用总体云模型来表示积云群的总体作用.方案包含贯穿性对流,浅对流以及中间对流三种对流类型,同时考虑了积云对流对水平动量的垂直输送.该方案基于试验的假设和简化,把质量夹卷分为云边界的湍流质量交换夹卷以及组织化的人流或出流这两种形式.Wang等[2.卅]和u等[]的研究表明,模式大气的降水分布对Tidetke积云对流参数化方案非常敏感.本研究即在他们的研究基础上对SAMIL- R42L26的浅对流参数化进行修改,以期改进对模式大气降水的模拟.本文第2节将简单分析SAMIL模式存在的主要误差;第3节主要介绍引入观测资料来对模式湿度场进行修正的敏感性试验SH1及其主要结果;对修改后Tiedtke积云对流参数化方案以及模式运行的结果和反馈分析则在第4节进行介绍和分析, 第5节则给出全文的小结和讨论.2大气环流谱模式SAMIL—R42L26的主要系统误差首先,我们对SAMIL-R42L26模式连续积分14年,然后取其后12年平均进行分析,定义为控制试验的结果.通过与观测资料和ERA一40再分析资料比较,诊断降水场,湿度场和温度场的误差.2.1降水场图1b给出了控制试验中(以下均称TCTL)全球DJF(12月,1月以及2月)的降水分布情况,图中存在两条降水大值区,分别位于海洋性大陆,西太平洋暖池区域附近以及1O.S附近的南太平洋辐合带(SPCZ).这两条降水大值区分别位于赤道南北两侧,而在赤道上降水则相对较少,这就是所谓6期刘屹岷等:积云对流参数化方案对大气含水量及降水的影响No.6LIUYi-Mineta1.TheImpactsoftheCumulusConvectiveParameterizationontheAtm ospheric...0.60.E120.E18O.12O.W60.W0.0.60.E120.E18O.12O.W60.W0.图1Xie-Arkin观测资料(a,c)以及长期积分的控制试验TCTL(b,d)的降水分布图:(a,b)北半球冬季;(c,d)北半球夏季.等值线间隔:4mm/d(10mm/d以下),6mm/d(10mm/d以上);阴影:>6mm/dFig.1TheprecipitationdistributionsderivedfromXie-Arkinobservation(a,c)andthecontro lexperimentTCTLoflong-termintegration(b,d):(a,b)Borealwinter(【)JF);(c,d)borealsummer(JJA).Isolineintervals:4mm/d(below 10mm/d),6mm/d(above10mm/d);shading:>6mm/d的"双赤道辐合带"现象.与作为观测资料的Xie.Arkin数据[2](图la)相比,其北支部分的强度偏强且位置偏北,位于1O.N左右,而在赤道东,西太平洋上降水不到2mm/d.同时,在东亚,南亚,拉丁美洲以及非洲南部地区的降水模拟均偏多.控制试验在北半球夏季JJA(6,7,8月)的全球降水分布(图ld)同样存在"双赤道辐合带"的现象,与观测资料(图lc)相比,整个赤道太平洋上的降水小于2mm/d,同时在印度半岛,孟加拉湾,拉丁美洲则有正的降水偏差.2.2湿度场和温度场北半球冬季(DJF)控制试验与观测资料ERA_4O再分析资料_2.](图2a)的相对湿度场差值的纬向平均分布图在图2b给出.在赤道地区整层均偏干1O以上,尤其在对流层低层850hPa附近存在干偏差中心(达到偏干2O以上);而在南北半球的副热带以及中纬度地区,对流层低层也存在干误差达1O9/6～15左右;但到对流层中层600hPa以上,转为偏湿达1O9/6左右.图2c,d则分别给出北半球夏季再分析资料以及控制试验与再分析资料之差的纬向平均图.与图2b相比,北半球夏季出现的干偏差区域更大,几乎包含整个中低纬地区的对流层低层,干偏差中心区域(偏干2O以上)扩展至整个北半球中低纬度区域;其在赤道上空的高度也从北半球冬季时的850hPa延伸至700hPa层上.在对流层中高层,除O.～1O.N外,普遍存在湿偏差,中心达15.控制试验与ERA-40再分析资料纬向平均的温度场之差在北半球冬季(图2e)以及北半球夏季(图2f)具有相似的特征:对流层低层存在正偏差,而在赤道地区的对流层中高层均存在一4K左右的冷偏差中心.在南北半球的中高纬度地区则存在正偏差,尤其是在北半球夏季其中心值达到了2K.3敏感性试验3.1张驰试验设计通过上述分析可知,在边界层内模式模拟的湿度偏干.为了消除这一误差,设计了试验SH1,把ERA-40再分析资料中的比湿变量作为观测资料,记作q.h,在q的预报方程右端加上一个张驰项[一(1/r)(q—q.b)_J:+','Vq+w33-gzz一一(C--e)一÷(q—qobs),(1)删州删1204大气科学ChineseJournalofAtmosphericSciences31卷V o1.31c巴∈∈c巴∈∈景∈图2ERA-40再分析资料(a,c)以及控制试验与ERA一40再分析资料差值(b,d,e,f)纬向平均场分布图:(a,b)北半球冬季的相对湿度场();(c,d)北半球夏季的相对湿度场();(e)北半球冬季的温度场;(f)北半球夏季的温度场.温度单位:KFig.2DistributionsofthezonalmeanfieldsderivedfromERA-40reanalysisdata(a,c)andthe differencesbetweenthezonalmeanfieldsderivedfromtheTCTLexperimentandERA-40reanalysisdata(b,d,e,f):Relativehumidity( )inDJF(a,b)andJJA(c,d);temper—ature(K)inDJF(e)andJJA(f)其中,q表示比湿,C,e表示凝结,蒸发率,r为张驰系数.考虑到模式中的湿度需要与温度相匹配,所以最终选择相对湿度r这一变量引入模式中,由于q—qr,(2)所以,最终变化而得r:r.bl+(rl一r0bl1等,(3)其中,q代表饱和比湿,表示模式时间步长(1O分钟).经过调试,发现r一15天的时候最佳.也就是说,每隔15天就用对应时间的再分析资料强迫模式的相对湿度场,来减小其误差.观测资料选用ERA-40再分析资料中1O年平均(1990～1999年)每6小时一次的相对湿度场.SH1试验运行了3年,以下结果均是3年平均的结果.uJ)I0}IuJ)I0}IuJ)I0}IuJ)I0}IuJ)I0}16期刘屹岷等:积云对流参数化方案对大气含水量及降水的影响No.6LIUYi—Mineta1.TheImpactsoftheCumulusConvectiveParameterizationontheAtmospheric (12)05图3敏感性试验SH1与ERA-40再分析资料差值的纬向平均场:北半球冬季(a)和夏季(c)相对湿度();北半球冬季(b)和夏季(d)温度(单位;K)Fig,3ThedifferencesbetweenthezonalmeanfieldsderivedfromtheSH1experimentandER A-40reanalysisdata:Relativehumidity()inDJF(a)andJJA(c);temperature(K)inDJF(b)andJJA(d)3.2SHI试验结果图3a给出SH1试验模拟的相对湿度的纬向平均在北半球冬季的分布.其中最明显的表现是在对流层低层偏干范围减少至30.N～30.S之间,比较控制试验中在赤道地区整层均大于10的干偏差,SH1模拟相应大于10的干偏差区域仅存在于赤道地区500hPa以下的对流层中低层.但在南北两半球的中高纬地区的对流层中上层,湿偏差较控制试验稍稍增大,达到10～15左右.在北半球夏季湿度场的改进更加明显(图3c).控制试验中整个中低纬度均存在干偏差,而SH1仅存在于25.S以北的地区,且控制试验中位于对流层低层850hPa附近的干偏差中心(偏干209/5以上)也缩小至仅存在于赤道地区附近.SH1试验模拟的温度场纬向平均在北半球冬季,夏季的分布图分别由图3b,d中给出.相较控制试验,SH1模拟的主要改进之处在于:700hPa以下的温度偏差区域减小,且中心数值在2K以下;在控制试验中赤道地区对流层中层存在的一4K的冷偏差中心在SH1中减小至一2K.但冷偏差区域较控制试验偏大,这一点在北半球夏季中表现得较明显,几乎整个中低纬地区的对流层中层都存在一2K的冷偏差.在南北半球中高纬地区,原控制试验中位于对流层高层的2～4K的暖偏差强度在SH1试验中减小为0～2K.以上结果表明,通过引入观测资料来强迫模式的相对湿度场能改善对流层低层的湿度场,温度场的模拟,进而改善整层的湿度场,温度场的分布状况.同时对降水的模拟也有很大程度的改进,尤其是消除了"双ITCZ"现象(图4).4修改后的Tiedtke积云对流参数化方案对流层低层浅对流的发展可以把边界层的水汽输送到低对流层.本节将通过改进引进的Tiedtke对流参数化方案,对对流层低层的相对湿度(RH)1206大气科学ChineseJournalofAtmosphericSciences31卷V01.3190.N60.N30.NEQ30.S60.S90.S0.60.El20.El80.l20.W60.W0.图4控制试验(a,c)以及SH1试验(b,d)降水分布图(单位:ram/d):(a,b)北半球冬季;(c,d)北半球夏季.等值线间隔:4mm/d(1Omm/d以下),6mm/d(1Omm/d以上);阴影:大于6mm/dFig.4TheprecipitationdistributionsderivedfromtheTCTLexperiment(a,c)andtheSHlexp eriment(b,d)inDJF(a,b)andJJA(c,d).Isolineintervals:4mm/d(below10ram/d),6mm/d(above10mm/d);shading:>6mm/d 图5同图3,但为修改后的Tiedtke积云对流参数化方案与ERA-40再分析资料之差Fig.5SameasFig.3.butforthedifferencesbetweentheSH2experimentandERA-40reanalys isdata喜工II1)III工∈II1)III工∈q∈qII1)I最Ia工∈q6期No.6刘屹岷等:积云对流参数化方案对大气含水量及降水的影响LIUYi-Mineta1.TheImpactsoftheCumulusConvectiveParameterizationontheAtmosphe ric (1207)进行修正,以期提高模式对温度场,湿度场的模拟,从而使得模式模拟的降水场更加真实.4.1试验设计本文在Wang等[卜和Li等[]的工作基础上,主要对Tiedtke积云对流方案做了两点修改:(1)把浅对流中平均的侧向混合的卷入以及卷出率从原来的3×10m增加到2×10m_.,这样更加接近文献E29]中大涡模拟的特征值;(2)把云水到雨水的转换率从6×10S减小到2×10S～,从而增加大气中的含水量,降低降水率.4.2试验结果4.2.1温度场和湿度场的模拟将采用修改后的Tiedtke积云对流参数化方案的SAMIL-R42L26模式运行14年,取后12年平均作为结果输出.以下把此试验称为SH2.与SH1试验的结果相似,SH2试验明显地降低了控制试验湿度场的干偏差.从北半球冬季RH 纬向平均场(图5a)可以看出,在对流层低层的偏干误差范围同样减小至南北纬3O.之间,且偏干1O9/6的区域也降至500hPa以下的对流层中层.北半球夏季的情况(图5c)亦如此,干偏差中心(偏干大于2O的区域)减小至仅存在赤道地区上空对流层低层850hPa附近.同时,北半球冬夏两季中高纬度地区的RH湿偏差范围以及强度稍有增大, 从159/6左右到2O左右.温度场纬向平均分布在北半球冬季(图5b)以及北半球夏季(图5d)的模拟情况与SH1得到的结果类似.北半球冬季控制实验中在赤道地区上空对流层中高层的一4K的冷偏差中心在SH2试验中减小为一2K,但冷偏差所在范围有所扩展.类似的,控制实验中在北半球夏季的冷偏差中心的强度降低了,中高纬地区对流层中高层的2K的暖偏差中心也减弱为O～2K.SH2得到了与SH1类似的模拟结果,表明通过修改Tiedtke积云对流参数化方案,可以达到与SH1引入RH的观测资料来强迫模式模拟的湿度场一样的效果,使得对流层低层的湿度增大,对流层中高层的冷偏差减小.4.2.2大气含水量和降水的模拟SH2试验对Tiedtke积云对流参数化方案主要修改之处:减少了云水向雨水的转换率,增加了平均的侧向卷入以及卷出率.前者对湿度的模拟能力,尤其针对作为主要水汽源的边界层内的湿度模拟能力有了很大的提高,而后者则是影响对流尺度的重要因子.图6分别给出了ERA一40再分析资料,控制试验以及SH2试验在北半球冬季以及夏季的850hPa 相对湿度分布图.在南太平洋辐合带(SPCZ)以及赤道地区北侧,TCTL模拟的RH明显偏干,为5O以下;SH2试验中则提高到6O以上,减少了控制试验的误差.且控制试验中东南太平洋地区的干区过度西伸的现象也得到了抑制.北半球夏季的情况亦如此.850hPaSH2试验模拟的RH整体较控制试验提高了1O左右,且在降水大值区SH2试验模拟的RH均超过6O,与控制试验相比更加接近ERA一40再分析资料.然而,冬,夏两季在700hPa高度上,SH2试验模拟与控制试验中相应地区模拟的RH场的量值是相类似的(图略).换言之,由于在SH2的浅对流中减小了从云水到雨水的转换率,从而使更多的水分保留在对流层低层.因而在2O.N～2O.S之间与控制试验相比,SH2试验中850hPa高度以下较湿润,而700hPa层则与控制试验相似,湿度较小,这样的高低层配置有利于湿对流不稳定的产生.图7给出了控制试验以及SH2试验纬向平均的北半球冬夏两季的云量分布.在控制试验中,热带地区925hPa至400hPa附近区域几乎处于无云的状态,而在SH2试验的模拟结果则有很大的改善,尤其在北半球夏季,在热带地区700hPa以下存在明显的云量分布.低云量会影响其下大气的温度情况,控制试验中边界层的少云状态使得700hPa以下的温度偏高,热带地区850hPa层处于偏干且偏暖的状态,而在对流层中高层则偏干且偏冷;所以即使存在上升运动也仅仅是干对流.但在SH2试验中,在850hPa高度以下则较湿且暖,而在对流层中层则保持偏干且偏冷,这样的高低空配置有利于形成对流性不稳定.增加侧向平均卷入及卷出率即意味着减小对流云体的特征尺度,在环境足够湿润达到饱和的情况下,很容易形成小的对流.图8给出了控制试验,SH2试验以及两者之差的垂直速度纬向平均分布图,阴影为o2<0的区域. SH2试验中由于近赤道夏半年对流不稳定增加,增强了上升运动,从而增强了Hadley环流,即在夏1208大气科学ChineseJournalofAtmosphericSciences31卷V o1.3120.N0.20.S20.N0.20.S20.N0.20.S20.N0.20.S20.N0.20.S20.N0.20.S0.60.E120.El80.120.W60.W0.图6ERA-40再分析资料(a,d),控制试验(b,e)以及SH2试验(c,f)的850hPa层上相对湿度(%)分布图:(a,b,c)北半球冬季;(d,e,f)北半球夏季.等值线间隔:1O%Fig.6The850hParelativehumidity(%)distributionsderivedfromERA-40reanalysisdata(a ,d),theTCTLexperiment(b,e),theSH2experiment(c,f):(a,b,c)DJF;(d,e,f)JJ八Theisolineintervalis10凸_∈日凸_∈吾鼍吾鼍g士图7控制试验(a,c)和SH2试验(b,d)云量()的纬向平均分布图:(a,b)北半球冬季;(c,d)北半球夏季Fig.7ThezonalmeandistributionsofcloudfractionderivedfromtheTCTLexperiment(a,c),theSH2experiment(b,d):(a,b)DJF;(c,d)JJA%%T.∞●■■■■■圈豳豳墨暑最}{6期NO.6刘屹岷等:积云对流参数化方案对大气含水量及降水的影响LIUYi-Mineta1.TheImpactsoftheCumulusConvectiveParameterizationontheAtmosphe ric (1209)一∈一∈g喜士委善工l00l50200日25030040050020.S0.20.Ng.工g.工图8控制试验(a,d)和SH2试验(b,e)的垂直速度以及两者差值(c,f)的纬向平均分布图(单位:hPa/d):(a,b,c)北半球冬季;(d,e,f)北半球夏季.阴影<OFig.8ThezonalmeandistributionsofverticalvelocityderivedfromtheTCTLexperiment(a, d),theSH2e'xperiment(b,e),andtheirdifferences(c,f)(units:hPa/d):(a,b,c)DJF;(d,e,f)JJ八Shading;<O90.N60.N30.NEQ30.S90.N60~N30.NEQ30.S60.S90oS0.60~El20.El80.l20.W60.W0.0.60~El20.El80.l20.W60.W0.图9控制试验(a,c)以及SH2试验(b,d)的降水分布图:(a)北半球冬季;(c,d)北半球夏季.等值线间隔:4mm/d(1Omm/d以下),6mm/d(10mm/d以上);阴影:>6mm/dFig.9TheprecipitationdistributionsderivedfromtheT('TLexperiment(a,c),theSH2experi ment(b,d):(a,b)DJFt(c,d)JJ八I—solineintervals:4mm/d(below10mm/d),6mm/d(above10mm/d);shading:>6mm/d一半球上升运动的范围和强度比控制试验大,同时也相应增强了下沉运动的范围和强度.图9给出了北半球冬,夏两季的控制试验以及SH2试验的降水场的模拟结果.在上述的温湿场以及垂直运动场的配置下,SH2试验的降水模拟基本消除了"双赤道辐合带"的现象,北半球冬季在10.N附近虚假的降水带已经不见,取而代之的是在赤道上以及南太平洋辐合带区域附近的降水大值区;北半球夏季赤道地区的降水从小于2mm/d增至大于8mm/d.另外,在非洲南部,印度半岛,孟暑)lo}{∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞帅砌跚加如∞∞加∞日∈ESo}{大气科学ChineseJournalofAtmosphericSciences3l卷V o1.31加拉湾以及在拉丁美洲地区的降水正偏差有所减小.这些结果更接近观测分布(图1a,c).虽然,SH2试验模拟出的降水场与控制试验相比有较大提高,但是同观测资料相比仍然存在一系列的误差(如图9所示),北半球冬季降水在赤道地区仍然稍偏弱,在北半球夏季在赤道地区中太平洋降水偏强且位置稍偏北,所以,需要进一步完善模式中的积云对流参数化方案以及相应的其他物理过程,以期减小模式降水模拟的误差.5小结和讨论虽然,SAMIL.R42L26模式能够描述气候基本要素场的主要特征,但是仍旧在降水的模拟方面存在一些问题,比如"双赤道辐合带"现象,而且在温度场,湿度场模拟方面,亦存在对流层低层偏干偏暖,而对流层高层偏干偏冷的现象.本研究通过引入观测湿度场进行张驰试验,使控制试验中的系统误差减小,这表明合理模拟对流层的水汽含量是改善模式性能的一个关键.在此基础上,引入了修改的Tiedtke积云对流参数化方案到SAMIL-R42L26模式中:其一是通过减小云水到雨水的转换率来保持大气中应有的湿度,其二是通过增加浅对流侧向平均的卷入以及卷出率去影响对流的活动.结果表明,这一新的方案明显改进了对湿度场的模拟,进而减少了云量和温度场的模拟误差.高低层温湿场配置的改善导致了对对流不稳定及模式垂直速度的模拟的改善.由于它们是影响降水模拟的重要因素,由此通过修改积云对流参数化方案中浅对流的部分,最终使得模式对降水的模拟有了显着的改进:它基本消除了"双赤道辐合带"的现象,使得赤道上的降水增多,同时还减小了印度半岛,孟加拉湾以及非洲南部和拉丁美洲降水模拟的偏差,这为我们改进东亚季风的模拟提供了有效的工具.尽管如此,SH2所模拟的降水场与观测相比仍然存在一系列的系统误差.还必须进一步改善物理过程参数化和模式的动力框架,并进行海气耦合试验,以进一步提高模式的模拟能力.致谢仅以此文献给陶诗言先生90寿辰.非常感谢夏威夷大学的刘平博士以及2EN,清博士提供的Tiedtke参数化方案的源程序以及富有启发性的讨论.同时,本文所用的ERA一40的再分析资料由ECMWF(EuropeanCentreforMedium-RangeWeatherForecasts, http://www.ecmwf.int)所提供,在此一并表示感谢!参考文献(References)[1]BonanGBThelandsurfaceclimatologyoftheNCARland surfacemodelcoupledtotheNCARCommunityClimateMode1.J.Climate,1998,ll:1307~1326[2]王在志,吴国雄,刘平,等.全球海～陆一气耦合模式大气模式分量的发展及其气候模拟性能I:水平分辨率的影响.热带气象,2005,21:225~237WangZZ,WuGX,LiuP,eta1.ThedevelopmentofGOALS/LASGAGCManditsglobalclimatologicalfeatures inclimatesimulation.I:Influenceofhorizontalresolution. JournalofTropicalMeteorology(inChinese),2005,21:225～237[3]EdwardsJM,Slingo八Studieswithaflexiblenewradiationcode.I:Choosingaconfigurationforalarge-scalemode1.Quart.J.Roy.Meteor.Soc.,1996,122:689～719[4]SlingoJ^,LAcloudparameterizationschemederivedfrom GATEdataforusewithanumericalmode1.Quart.J.Roy.Meteor.Soc.,1980,106:747~770[5]SlingoJ^,LThedevelopmentandverificationofacloudpre—dictionschemefortheEC～nvFmode1.Quart.J.Roy.Me—teor.Soc.,1987,113:899~927[6]戴福山.东太平洋低云对海气耦合模式中"双辐合带"的影响——基于LAsGF(M一0的分析研究.中国科学院大气物理研究所博士学位论文,2003.1O2～l18DaiFushan.Impactsoflow-levelcloudovertheeasternPa—cificonthe"DoubleITCZ"inanocean—atmospherecoupledmodel--DiagnosticanalysesbasedonLASGFGCM一0.Phndissertation(inChinese),InstituteofAtmosphericPhysics, ChineseAcademyofSciences,2003.102~118[7]TeixeiraJ,HoganTBoundarylayercloudsinaglobalat—mosphericmodel:Simplecloudcoverparameterizations.J.Climate,2002,15:1261～1276[8]包庆,刘屹岷,周天军,等.LASG/IAP大气环流谱模式对陆面过程的敏感性试验.大气科学,2006,30:1077~1090BaoQing,LiuYimin,ZhouTianjun,eta1.Thesensitivityof thespectralatmosphericgeneralcirculationmodelofLASG/ IAPtothelandprocess.ChineseJournalsofAtmosphe~cSciences(inChinese),2006,30:1077~1090[9]PalmerTN,ShuttsGJ,SwinbankRAlleviationofasys—tematicwesterlybiasingeneralcirculationandnumerical weatherpredictionmodelsthroughanorographicgravity wavedragparameterization.Quart.J.Roy.Meteor.Soc.,1986,l12:1001～1039ElO3宋晓良.两种质量通量型积云参数化方案在气候模拟中的评估分析研究.中国科学院大气物理研究所博士学位论文,2005.】】9～】456期No.6刘屹岷等:积云对流参数化方案对大气含水量及降水的影响LIUYi-Mineta1.TheImpactsoftheCumulusConvectiveParameterizationontheAtmosphe ric (1211)SongXiaoliang.Theevaluationanalysisoftwokindsofmass- fluxcumulusparameterizationsinclimatesimulation.Pl1.D.dissertation(inChinese),InstituteofAtmosphericPhysics,Chine?。
一次特大暴雨的集合预报试验
过 程 进 行 了包 括 积 云 对 流 参 数 化 方 案 、 界 层 参 数 化 方案 、 面 过 程 参 数 化 方 案 的 集 合 预 报 试 验 。 结 果 表 明 ： 拟 边 陆 模 降 水 对 ＷＲ Ｆ模 式不 同 的 物理 过 程 表 现 出 不 同 的 敏 感 性 ， 积 云 对 流 参 数 化 方 案 最 敏 感 ， 水 离 散 度 最 大 ； 陆 面 对 降 对 过 程 参 数 化 方 案 的敏 感 性 最小 ； 界 层 参 数 化 方 案 则 居 中。 预 报 试 验 还 表 明 ， 同 物 理 过 程 参 数 化 方 案 的 集 合 预 边 不 报 是 减 小 模 式物 理 过 程 描 述 不 确 定 性 、 高 暴 雨 可预 报 性 的有 效 方 法 。 提
网格 范 围为 ９ ． ９ ３— １０ ５ Ｅ ７ ５—３ ． 。 中心 ２ ． 。 、ｌ ． ３ ８ Ｎ） 为 （ ５ Ｎ、１ 。 ， 区 域 格 点 数 为 ８ ２ 。 １ ０ Ｅ） 大 ０×８ ， 区域 ０小
格 点 数 为 １４ ×１ ３ 水 平 格 距 分 别 为 ３ ｍ 和 ｌ ８ ６， ０ｋ ０
Ｚ
广西 中南 部 模 拟 出另 外 一 个 虚 假 降 水 中心 。Ｒ ，与 Ｒ 。与实 况较 为接 近 ， 但彼 此之 间也 存 在一定 差 异 。 由此 可见 ， 同成 员 预 报 的 落 区分 布 存 在 明显 不
差异 ， 些 差异 导致 了不 同方 案 对 于 降 水 预报 的不 这
ｋ 垂 直分 辨 率 为 不 等 距 ３ ｍ， １层 ， 层 气 压 ５ Ｐ ， 顶 ０ｈ ａ 时 间步长 分 别为 １０Ｓ和 ６ 。初 始 场 和 时变 边 界 ８ ０Ｓ 条件 使用 Ｎ Ｅ ／ Ｃ Ｒ再 分析 资料 ， Ｃ ＰＮ Ａ 网格 距 为 １０ ， ．。 ６ｈ一次 更 换 侧 边 界 。模 拟 时 间 为 ３ （ ０ ８年 ６ ６ｈ ２
积云对流参数化方案对梅雨锋暴雨过程模拟的影响
第３ ５卷第 ４期
２０ ０ ７年 ８月
气
象
科
技
Ｖｏ ． ５ Ｎｏ ４ １３ ． ．
Ａｕ ．２ ０ ｇ ０７
ＭＥ ＴＥＯＲＯＵ （ ＧＩ 、 ＡＬ ＣＩ ＮＣ ＡＮＤ Ｓ Ｅ Ｅ ＴＥＣ ＨＮＯＬＯＧＹ
积云对流参数化方案对梅雨锋暴雨过程模拟的影响
次梅 雨锋 降水 天气 过 程 进行 数值 试 验 ， 着重 讨 论 同一水 平分辨 率 下不 同参数 化 方 案对 降水特 征 、 中
众 所周 知 ， 中尺度 模 式 中积 云参 数化 的正确 描
述对模 拟结 果至关重 要 ， 目前 ， 中尺度暴 雨预报 方 在 面有 良好前 景 的 ＭＭ５中尺 度模 式 ｌ ， 据 不 同 的 １根 ｊ
指 出中尺度模 式可在 一定程 度上再 现观测 中的一些 中尺度特 征 ， 对流参 数 化 方案 对 网格 格 距 大小 比较 敏感 。上 述工作 说 明 ， 同 的 网格距 所 选 的参 数 化 不 方案不 同 ， 但是对 于 同一 网格距 应 该 选 择什 么 样 的 方案效果 最好 ， 目前 这 方 面 的研 究较 少 ， 因此 ， 必 有 要 分析和 比较 ＭＭ５中各 种 参 数 化方 案 的适 用 性 。
试 验采 用双 向相互作 用 的两 重 （ １Ｄ ） Ｄ 、 ２ 嵌套 网
格 ， 域 中心 在 １ ２Ｅ ３ 。 格 点数 是 ６ ×６ ， ２ Ｄ１ １ 。 ／ １Ｎ， １ １Ｄ 域 中心在 １ ２ Ｅ ３ ．ｏ 格 点 数是 ６ ×７ ， １ ．ｏ ／ １ Ｎ， １ ）垂 直分 辨 率为 ２ ４ｋ ８ｋ 图 ； ４ 层； 模式 顶 为 １０ｈ ａ ０ Ｐ 。初 始 化 的 资料 包 括 ： Ｅ ＮＣ Ｐ
ECMWF模式对南方春雨期降水预报的检验和分析
ECMWF模式对南方春雨期降水预报的检验和分析辛辰;漆梁波【摘要】2016年3月8日起,欧洲中期天气预报中心全球模式(以下简称ECMWF 模式)进行了全面升级.利用常规气象资料和相关ECMWF模式预报资料,对ECMWF模式改进后的春雨期(3—5月)降水预报进行检验和分析,同时总结不同天气背景下,ECMWF模式降水预报的误差分布特征及原因.结果表明:2016年ECMWF模式对流性降水的落区预报偏差成为我国南方春雨期降水落区预报误差的主要来源;当环流背景表现为北方无明显冷空气南下,江南和华南地区受南支槽前西南暖湿气流控制时,模式容易在西南地区预报过多的对流性降水,而其下游地区则存在少报或漏报.【期刊名称】《暴雨灾害》【年(卷),期】2018(037)004【总页数】9页(P383-391)【关键词】ECMWF模式;预报误差;大尺度降水;对流性降水【作者】辛辰;漆梁波【作者单位】上海中心气象台,上海200030;上海中心气象台,上海200030【正文语种】中文【中图分类】P457.6引言最近20年，欧洲中期天气预报中心全球模式(以下简称ECMWF模式)的预报性能一直保持世界领先，其模式产品也是我国业务天气预报中的重要参考依据。
国家气象中心检验了2015年春季ECMWF模式、T639模式和日本数值模式的中期预报性能，结果表明ECMWF模式对亚洲中高纬地区大尺度环流和850 hPa温度的演变、调整均具有较好的预报能力，整体性能优于其他模式[1]。
由于地理位置和气候带的不同，近年来各省市气象台的预报员也做了一些检验对比工作。
张宁娜等[2]，肖红茹等[3]，以及刘静等[4]，分别比较和检验了ECMWF模式和其他业务常用数值模式在本地区的降水预报效果，结果均表明ECMWF预报效果整体上优于其他模式。
陈博宇等[5]对2013年汛期ECMWF集合预报在不同地区强降水过程中的综合表现进行了检验与分析，并根据表现较好的统计量产品的计算原理，尝试设计新方案，为预报员在强降水预报过程中提供新的参考产品。
两种短期降水集合预报方案的对比试验
收稿 日期 ：０ ７ １ — １ ２ ０ — ２ １ ；修 订 日期 ：０ ８ ０ — ４ ２０ —２ １．
２ 物 理参数化 方案扰动
数值 预 报 的误 差 除 了来 源于初 值 的不确 定 性 ，
还来源于数值模式 的不确定性 。 虽然近几十年来数
第一作者简介 ： 宗全（ ９ Ｏ ） 男 ， 胡 １８ 一 ， 硕士研 究生 ， 主要从 事集合预报研 究
维普资讯
２ ４
气 象 与 减 灾 研 究
３ 卷 １
未加扰动的原始初始场
扰 动 场 时 间 预报
２ １０ １１１
摘
要 ： Ｍ ５ ３ 为试 验模式 ， 将 Ｍ 作 Ｖ 利用初值扰 动和物理参数化 方案 ， 对东南沿海地 区 ２０ 年 ７ 月 的短 分别 ０４ —９
期 降水进行 了模拟 ， 并运用 均方根误差法对模 拟试验效 果进行了评估检验 ， 以比较 两种方案 的集合预报效 果。结 果表明 ， 对于汛期短期 降水 预报而言 ， 两种 方案 的预 报效 果都 有一定 的改进 。相对 于初值误 差而言 ， 积云对 流过 程 在汛期 降水过程 中起 着更 为重要 的作用 ， 因而物理 参数化 方案扰 动 的集 合预报 效果 ， 总体 优于基 于初值扰 动 的集 合预报效果 。研究还 发现 ， 式物理参数化 方案扰动 的集 合预报效果 在 ９月出现 了明显 的下滑 ， 主要 由于 模 这
自２ 世纪 ７ 年代起 ， ０ ０ 集合预报作 为提供概率 预报的有效方法 ， 在实际气象业务 中被越来越多地
采用 ［引 集合生成方式 ， 】。 由最初 的随机扰动法—— Ｍｏｔ Ｃ ｒ 扰 动 法 ［－］ 展 到 １８ ｎｅ ａｌ ｏ １１， ３５ 发 ９ ３年 由 Ｈ ｆ ａ ｏｍ ｎ ｆ
WRF模式不同云微物理参数化方案及水平分辨率对降水预报效果的影响
（ １民航 新 疆 空 中交 通 管 理 局 气 象 中心 ， 鲁 木 齐 ８ ０ １ ； 乌 ３ ０ ６ ２新 疆 气 象 台 ， 鲁 木 齐 ８ ００ ） 乌 ３ ０ ２
摘 要 利 用 Ｗ Ｒ Ｆ模 式 和 ＧＦ Ｓ资料 对 一 次 大 尺 度 天 气 系统 作 用 下 的暴 雨 过 程 进 行 了 回 报 ， 析 了 Ｗ Ｒ 分 Ｆ模 式 不 同 降 水 方 案 和 ３ 不 同 的水 平 分 辨 率 （ ５ｋ １ ｍ 和 ５ｋ ） 降 水 预 报 效 果 的影 响 。结 果 表 明 ： 对 于 大 尺 度 强 种 ４ ｍ，５ｋ ｉ 对 ｎ ① 迫 作 用 较 强 的暴 雨 ， 其 是 层 状 云 降水 为 主 的 暴 雨 ， 微 物 理 过 程 方 案 对 降 水 的 影 响 远 大 于 积 云 参 数 化 方 案 对 降 尤 云 水 的 影 响 。② Ｗ Ｒ Ｆ模 式 不 同 的微 物 理 过 程 方 案 对 各 等 级 降 水 量 的预 报 效 果 差 别 较 大 。其 中 Ｋ ｓｌ 方 案 的 ＴＳ评 ｅｓｅ ｒ 分 明 显 随 降 水 量 级 的增 加 而 减 小 ， 他 ６个 方 案 的 ＴＳ评 分 都 呈 现 “ 头 大 ， 其 两 中间 小 ” 特 点 ， 的 即小 雨 和暴 雨 的 ＴＳ评 分较高 ， 中雨和大雨的 Ｔ 而 Ｓ评 分 较 低 。③ 对 于 小 雨 量 级 的 降 水 ， ｉ 案 的 预 报 效 果 最 好 ； 于 中雨 和 大 雨 量 级 Ｌｎ方 对 的 降 水 ， Ｓ ３ 案 的 预 报 效 果 最 好 ； 于 暴 雨 量 级 的降 水 ， Ｓ ５ 案 的 预 报 效 果 最 好 ； 体 预报 效 果 最好 的 是 Ｗ Ｍ 方 对 Ｗ Ｍ 方 整 ＷＳ ３方 案 ， 次 是 ＷＳ ５方 案 ， ｓｌｒ 案 最 差 。 ④ Ｗ Ｒ Ｍ 其 Ｍ Ｋｅｓｅ 方 Ｆ模 式 的 降 水 预 报 效 果 并 不 总 是 随 水 平 分 辨 率 的 提 高 而 提 高 。模 式 水 平 分 辨 率 的 提 高 存 在 明 显 的 阈 值 （ ５ｋ 左 右 ） 当 模 式 的水 平 分 辨 率 提 高 到 超 过 这 一 阈 值 以 １ ｍ ，
不同物理过程参数化方案对梅雨锋暴雨的敏感性试验
ｅ 和 Ｎ Ｆ方 案 及 Ｆ ｒ ｅ 和 Ｂ ｔ — ｉ ｅ— ｎｉ 案 模 拟 的 降水 强度 和 分 布 与 实 况 最 接 近 ； 模 拟 降 水 量 时 采 用 微 物 ｒ Ｋ ｅｒ ｒ ｉ ｅ ｓＭ ｌ ｒ ａ ｊ ｔ ｌ Ｊ ｃ方 在
理 方案 Ｆｒ ｅ 初 始 阶 段效 果 好 ， 用 微 物 理 方 案 Ｌｎ在 后 期 效 果 好 ； ｅｒ ｒ ｉ 采 ｉ 当微 物 理 方 案 相 同 时 ， 云 对 流 参 数 化 方 案 的 积
中高 纬度 地 区 ， 加尔湖 西部 有一 个 阻塞高 压 ， 国 贝 我
东北部 有 一个低 压 ， 东北 的低 槽尾 部伸 到江 淮地 区 。
冷 空气 主要 从 贝加 尔 湖 以东 沿 东北 低 压 后 部 南 下 ，
与长 江 中下游盛 行 的西 南 暖 湿气 流 交 汇 ， 利 于 在 有 江淮 流域 发生 降水 。５ Ｐ ８ ０ｈ ａ上 ， 一西 南低 涡存 在 ， 有 在 低 涡 的东 部有 一 切 变 线影 响江 淮 流 域 。 述 环 流 上
梅雨 锋暴 雨 的不 同 物理 方 案 进 行 敏 感 性 试 验 ， 明 证 了积 云参 数 化 和微 物 理 方 案 在 暴 雨 模 拟 中 的 重 要 性 。侯瑞 钦 等 选用 ４种 积 云参 数 化 方 案 对 梅 雨
《动力气象学简史》
动力气象学简史人类生活在地球大气层的底层，人类社会的所有活动无不受其影响。
气象科学（简称气象学）的英文单词meteorology源于希腊文meteoros和logos，意为“上空的”和“推理”。
因此，传统意义上气象学主要是研究大气中各种天气现象发生、发展规律的科学。
气象学经历了一个漫长的发展历史。
从古代的神话迷信到千百年来的感性知识，直到1851年英国格莱舍首先用电报传送的气象观测资料绘制出第一张地面天气图，气象学才开始了近代科学探索的历史。
在18、19世纪，气象学附属于地理学，是作为其一个分支而存在的。
到20世纪初，气象学从地理学分出，逐渐发展成为地球科学中的一个大分支。
20世纪20年代，地面气象观测网的建立，以及30～40年代高空气象观测网的发展，增进了人类对大气的认识，加速了气象科学的发展。
60年代以来，电子计算机、卫星、雷达等的应用，使气象科学呈蓬勃发展之势，研究内涵日渐丰富，外延也不断拓展。
20世纪90年代以后，随着现代科学知识和高新技术在气象学中的大量应用，“气象学”或“气象科学”的概念已逐渐被“大气科学”的概念所取代，其研究内容也大大超出了传统气象学的范畴。
纵观大气科学的发展历史，大体上可划分为四个发展时期：（1）气象经验、知识的积累时期(自人类文明开始至16世纪)：这五、六千年为古代气象知识的积累时期。
其源流主要有两个：一个在亚洲，以中国和印度为主；另一个在地中海东部，即欧亚非三大洲的交汇地带，这里是埃及文化、巴比伦文化和希腊文化的发祥地。
（2）大气科学开始建立的时期 (17世纪～19世纪初)：17～18世纪是科学革命的时代。
随着14～16世纪文艺复兴、资本主义生产方式的出现，以及航海业的兴起，天文学和物理学出现了重大突破。
测量仪器的陆续发明，观测和实验的大量开展，以及在观测和实验基础上进行的理论研究，是大气科学这一时期发展的重要标志。
（3）大气科学主要分支学科的形成时期(19世纪初～20世纪40年代)：在气象仪器发明、观测网建立以及流体动力学理论发展的基础上，大气科学的主要分支学科相继形成，例如天气学、动力气象学和大气物理学等。
不同云微物理参数化方案对舟曲“8.8”暴雨过程模拟的影响
李 安泰 等 ： 不同云微物理参数化方 案对 舟曲“． 暴雨过程模拟 的影 响 ８” ８
ｌ ｌ
图 １ ２ １ 年 ８ ７日 ２ 时一 ８日０ 时实况和采用不 同云微 物理参数化方案模拟 的累积降水量（ ００ 月 ０ ５ 单位 ：ｍ） ｍ
（． ａ 实况 ；． ｅｓ ｒ ｂ Ｋ ｓ ｅ 方案 Ｉ． ｉ ｌ ｃ Ｌｎ方案 ；． ｏｒ ｏ ｄ Ｍ ｒ ｓｎ方案） ｉ
中图分类号 ：Ｐ ５ ． ４６ ７ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ７ ９ ３ （０ １ ０ — ０ ９ ０ １０ — ０ ３ ２ １ ）３ ０ ０ — ８
微物理过程 、 逆温区和地面温度 等环境条件进行 了
０ 引 言
中尺度模式 中云微物理过程的正确描述对模 拟结果起着至关重要的作用。 采用常规的观测手段
发生在华北地 区的一次暴 雪天气 ，结果表 明采用 Ｇｄａ ｏ ｄｒ ｄ方案和 Ｒ ｉ ｅ 方 案均 可 以较好 地模 拟 ｅ ｎｒ ｓ ２ 暴雪过程 中的环流形势演变 、降雪分布和强度等 。 罗海波等［利用 ＷＲ ５ ３ Ｆ模式对 ２ ０ 年 中国南方一 ０８
雨的数值预报 ， 前人所做 的研究并不多 ， 有待 于做
难 以了解 中小 尺度 天 气 系统 的结 构 和演 变 ， 内的 云
分析 。 王鹏云等［ ］ 研究也指出了冰相云微物理过程 的重要性 。 ｕ ［ Ｘ 等７ ＿ 通过对 ｌ 个可分辨云模式的模 １
拟结果进行 比较后 ， 也指出各个模式的主要 差别在 于云微物理过程 的参数化。 针对我国西北地区的强
案 ＿考虑 了云水 、 ｌ ７ 雨水 、 冰晶 、 雪花和霰 ５ 种水 相
物质 ， 同时考 虑 了 １ 个 微物 理 预报 量 ， １ 即各水 成 物 比含 水量 和 数浓 度 。
WRF中尺度天气预报模式简介
WRF中尺度天气预报模式简介ARW模式系统简介一.概述1997年美国国家大气研究中心(NCAR)中小尺度气象处(MMM)、国家环境预报中心(NCEP)的环境模拟中心(EMC)、预报系统试验室的预报研究处(FRD)和俄克拉荷马大学的风暴分析预报中心(CAPS)四部门联合发起新一代高分辨率中尺度天气研究预报模式WRF(WeatherReearchForecat)开发计划,拟重点解决分辨率为1〜10Km、时效为60h以内的有限区域天气预报和模拟问题。
该计划由美国国家自然科学基金会(NSF)和美国国家海洋和大气管理局(NOAA)共同支持,1998年已形成共同开发的标准,2000年2 月被确定为实现美国天气研究计划(USWRP)主要目标而制定的研究实施计划之一。
现在,这项计划吸引了许多其它研究部门及大学的科学家共同参与。
WRF在发展过程中由于科研与业务的不同需求，形成了两个不同的版本,一个是在NCAR的MM5模式基础上发展的ARW(AdvancedReearchWRF),另一个是在NCEP的Eta模式上发展而来的NMM(NonhydrotaticMeocaleModel)[1、2]。
ARW 作为一个公共模式，由NCAR 负责维护和技术支持,免费对外发布。
第一版发布于2000年11月30 日，随后在2001年5月8日发布了 1.1版。
2001年11月6日，很快进行了模式的第三次发布,只是改了两个错误,没有很大的改动,因此版本号定为1.1.1。
直到2002年4月24日，才正式第四次发布,版本号为1.2。
同样,在稍微修改一些错误后,2002年5月22日第五次发布模式系统,版本号为1.2.1。
原定于2002年10月前后的第六次发布,直到2003年3月20才推出，版本号为1.3。
2003年11月21日进行了更新。
2004年5月21日推出了嵌套版本V2.0。
2004年6月3日进行了更新，至2006年1月30日为止最新版本为2.1.2［3］。
积云对流参数化方案
积云对流参数化方案积云对流参数化方案积云对流是天气系统中的一个重要组成部分，对于气象工作者而言，准确预测积云对流的发展趋势是至关重要的。
为了提高对于积云对流的预报准确度，气象科学家们研发出了积云对流参数化方案，该方案可以将数值模拟中的积云对流进行精细化描述，从而提高模拟的准确度。
积云对流参数化方案的主要特点包括以下四个方面：一、模拟空间的建模在建模时，积云对流参数化方案会采用格点模式，对模拟空间进行离散，利用三维网格状结构描述气象场的参数状态。
其中空气质量、水汽含量等参数都将被考虑在内，通过对大气动力学的运算，建立与方程统计。
在建模时，还需要注意考虑到地形高度及海拔等因素的影响。
二、积云的形态与作用机制积云对流参数化方案通过对积云形态及其在大气中的相互作用机制进行深入研究，从而描述积云的演化规律，精确定义积云内部物质的传输过程。
这使得气象预报从原先需要一次性综合分析整个气象系统，转变为了更精细、更分布式的分析。
同时，参数化方案还需要对积云的热力学、动力学、水力学和微物理等过程进行考虑，以提高模拟的准确度。
三、参数的选择与求解在积云对流参数化方案中，参数的选择是非常重要的，因为参数与模型的准确度是密切关联的。
需要根据模型所涉及的物理过程和模拟效果进行选择，同时需要对模型进行不断的校验和调整。
在求解参数值时，可以采用贝叶斯推理方法，通过不断迭代来逐渐逼近最优解。
四、模型结果的验证和优化在积云对流参数化方案中，模型结果的验证和优化是非常重要的环节。
为了保证模拟结果的准确性，需对模型运行结果进行不断的误差分析和优化。
同时还需要进行对比试验，用实际气象观测数据来验证模拟结果，以进一步提高模拟的准确度和可信度。
总结积云对流参数化方案的提出，在气象预报方面起到了非常重要的作用。
它不仅可以提高预报的准确率，还可以更好的描述大气运动过程，从而为气象科学的发展提供了有力的支持。
随着科技的不断发展，积云对流参数化方案将会逐渐趋向于自动化和数字化，为气象科学的研究和气象预报的发展，创造更加广阔的前景。
大气数值模式积云对流参数化方案应用
04
CATALOGUE
大气数值模式积云对流参数化 方案优化建议
提高参数化方案的准确性和稳定性
改进物理过程参数化
积云对流参数化方案需要更好地描述大气中的物理过程， 包括辐射传输、湿物理过程、云微物理过程等，从而提高 预测的准确性和稳定性。
考虑不同尺度的大气过程
积云对流参数化方案需要考虑不同尺度的大气过程，包括 边界层、对流层和平流层等，以便更准确地模拟和预测天 气和气候变化。
研究目标与内容
本研究旨在开发一种新的积云对流参 数化方案，以提高大气数值模式的模 拟精度。
VS
研究内容包括分析积云对流的物理过 程，建立参数化模型，并进行数值试 验和对比分析。
02
CATALOGUE
大气数值模式积云对流参数化 方案
积云对流参数化基本概念
积云对流
01
在大气中，水汽凝结形成的云团向上发展形成积云，积云不断
复杂性
各种参数化方案的复杂程度不同，有的需要 较复杂的计算和数据输入，有的则相对简单 。
03
CATALOGUE
大气数值模式积云对流参数化 方案应用
积云对流参数化方案在大气环流模式中的应用
总结词
积云对流参数化方案在大气环流模式中应用广泛，有助于提高模式的精度和稳定性。
详细描述
积云对流参数化方案在大气环流模式中应用时，通常包括云物理过程参数化、微物理过程参数化和边 界层参数化等方面。这些参数化方案能够有效地描述和模拟积云对流现象，从而提高了模式的精度和 稳定性。
积云对流参数化方案需要考虑气候变化的影响，包括温室气体排放、自然因素等，以便更准确地模拟和预测未来的天 气和气候变化。
加强与其他模式的比较和验证
积云对流参数化方案需要与其他大气数值模式进行比较和验证，以便更好地评估其准确性和可靠性。
研究揭示大气河流风暴的复合风险
ENN精粹ENN TERSENESS研究揭示大气河流风暴的复合风险ENN环境新闻精粹 2024年1月30日随着无情的风暴在美国加利福尼亚州造成大面积洪涝，一份由斯坦福大学研究人员领导、佛罗里达大学地理学家凯蒂·塞拉芬合著的研究报告揭示了暴雨背后的驱动力：大气河流。
该小组分析了加利福尼亚州30年的天气和经济损失数据，发现当连续出现大气河流事件时，与独立事件相比，其经济损失是预期损失的三倍多。
这些研究结果超出了最初的预期，显示了连续大气河流事件的负面影响。
这些通常被称为“天空中的河流”的狭长区域，将大部分水蒸气输送到热带以外的地区，其强度各不相同，平均携带的水蒸气量大致相当于密西西比河口的流量。
在极端情况下，这些河流携带的水汽量可达到这一数量的15倍。
在抵达地面时，它们会以雨雪形式释放水分。
虽然大气河流贡献了加利福尼亚州大约一半的年降水量，并补充了加利福尼亚州的积雪，但其也可能与导致灾难性破坏的极端天气有关。
太阳能设施恢复的栖息地昆虫数量激增ENN环境新闻精粹 2024年1月17日在美国明尼苏达州湛蓝的天空下，大黄蜂在花丛中时而飞舞，时而休憩，鸟儿在鸣叫，微风吹拂着高高的草。
这可不是原始自然保护区或国家公园里的景象，而是在修复后的农田间太阳能光伏电池阵列中的情形。
美国能源部阿贡国家实验室和国家可再生能源实验室的研究人员希望了解长满本地草种和野花的光伏太阳能站点的生态价值。
他们研究了植被生长以及昆虫群落对新栖息地的反应。
这项为期五年的野外项目对埃尼（Enel）绿色能源公司北美公司运营的明尼苏达州南部两个太阳能发电场进行了研究。
这两个地点都建在退耕农业用地之上。
研究发现，在太阳能光伏园区种植本土植物可以为濒危昆虫提供急需的保护。
在研究过程中，昆虫的总数增加了3倍，而本地蜜蜂的数量则增加了20倍。
研究认为，正确的土地利用方法可带来多重益处。
由于栖息地丧失、杀虫剂的滥用和气候变化，全球昆虫的生物多样性一直在减少。
用WRF模式中不同云微物理参数化方案对华南一次暴雨过程的数值模拟和性能分析
用WRF模式中不同云微物理参数化方案对华南一次暴雨过程的数值模拟和性能分析朱格利;林万涛;曹艳华【摘要】本文使用中尺度数值模式WRFV3.4中的8种不同云微物理过程参数化方案,模拟2010年5月6～7日华南一次暴雨事件,探讨不同云微物理方案对华南暴雨模拟的影响.结果表明:不同云微物理方案对不同量级降水模拟效果总体较好.WSM3方案对小到大雨和大暴雨的模拟效果最好,对暴雨的模拟最差;WDM5方案对暴雨模拟效果最好.结合TS评分和误差分析结果,整体效果最好的是WSM5方案,最差的是Lin方案.对于同一云微物理参数化方案,不同分辨率的降水模拟结果差异不大,但同一分辨率的不同云微物理参数化方案的降水结果差异较大,这说明云微物理过程比模式分辨率对暴雨模拟的影响更大.【期刊名称】《大气科学》【年(卷),期】2014(038)003【总页数】11页(P513-523)【关键词】WRF模式;云微物理参数化方案;华南;暴雨;TS评分【作者】朱格利;林万涛;曹艳华【作者单位】中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室,北京100029;华北电力大学数理系,北京102206;中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室,北京100029;华北电力大学数理系,北京102206【正文语种】中文【中图分类】P456.7近年来，大气探测技术的飞速发展和计算机技术的突飞猛进，不仅为中尺度模式提供了更多的可用资料：多普勒雷达资料、卫星遥感资料、全球定位系统气象（GPS/MET）探空资料以及高分辨的地面观测网资料，也为运用和处理这些资料以及发展完善更复杂的中尺度模式物理过程参数化方案提供了依据（程麟生，1999）。
在此基础上，中尺度数值预报模式及其模拟研究已经取得了很大的进展（Ninomiya，1986；Pielke，2002）。
WRF（Weather Research and Forecasting）模式（Skamarock et al., 2008）是美国环境预测中心（National Centers for Environmental Prediction，NCEP）和美国国家大气研究中心（National Center for Atmospheric Research，NCAR）等联合研发的业务与研究共用的新一代高分辨率、完全可压非静力中尺度数值天气预报模式。
基于增长模繁殖法的暴雨集合预报
基于增长模繁殖法的暴雨集合预报闵锦忠;房丽娟【摘要】采用WRF模式对2010年9月发生在河南省附近的一次暴雨过程进行了集合预报试验.用增长模繁殖方法(BGM)制作了集合预报方案1;为了充分利用背景场信息,结合时间滞后法,制定了集合预报方案2:滚动繁殖法;考虑到暴雨过程中天气形势的特殊性,结合区域空间特征,制定了集合预报方案3:区域繁殖法.这3组试验均对变量U、V、T、Q进行了初值扰动,加上控制预报,均产生了9个集合成员.试验结果表明:几种集合预报方法在预报效果上相较于控制预报都具有明显的改善,滚动繁殖法及区域繁殖法对增长模繁殖法都具有一定的改进作用,其中区域繁殖法的预报效果更优,与实况更为接近.【期刊名称】《大气科学学报》【年(卷),期】2017(040)001【总页数】12页(P1-12)【关键词】集合预报;暴雨;增长模繁殖法【作者】闵锦忠;房丽娟【作者单位】南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室,江苏南京210044;南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室,江苏南京210044【正文语种】中文2014-04-04收稿，2014-05-20接受国家自然科学基金重点资助项目(41430427);南京信息工程大学人才启动经费项目(2014g109)暴雨增长模繁殖法我国是世界上暴雨频发的国家之一,且降水强度较大、雨量集中。
一次强降水过程可能会造成地势低洼地区的农业、水利、交通和电讯的严重损害,甚至可能会引起洪水暴发、江河泛滥、堤坝决口等灾害,给当地人民的生命财产安全及国家经济造成重大损失。
在山区暴雨还常常会引发山洪、泥石流等严重的自然灾害,且我国暴雨存在着突发性强,时空分布不均等特征,因此面对短期强对流天气带来的巨大灾难和损失,如何准确预报一直是气象工作者长期探索的难题。
对于此,国内外气象工作者都做了不少研究,其中包括针对各种中尺度天气系统的发生发展机理、数值模拟、预报方法等方面研究探索。
随着对暴雨生成机理及数值模式的深入研究,数值预报方法正逐渐成为不可替代的暴雨预报手段。
不同初始场资料对台风“桑美”数值模拟的影响
不同初始场资料对台风“桑美”数值模拟的影响李秋阳;沈菲菲;许冬梅;楚志刚;王易【摘要】以2006年超强台风“桑美”为个例,分别以GFS(全球预报系统)再分析资料和JMA(日本气象厅)区域客观再分析资料为初始场,利用中尺度模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)对台风“桑美”进行高分辨率数值模拟,分析不同初始场资料对台风内部结构和移动路径的影响.结果表明:对于500 hPa高度场和850 hPa水汽、风场等预报,GFS再分析资料和JMA区域客观再分析资料均能较好地把握台风整体的流场形势.从700hPa风场、近地面风速、降水、雷达反射率、最小海平面气压和最大风速等模拟效果来看,JMA区域客观再分析资料均优于GFS再分析资料.对于台风路径的预报,前15h内JMA区域客观再分析资料较GFS再分析资料要好,而15h之后,以这两种资料作为初始场的台风预报路径与实况均有较大偏差.【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2019(047)003【总页数】9页(P460-468)【关键词】初始场;WRFV3.9.1模式;数值模拟;台风内部结构;移动路径【作者】李秋阳;沈菲菲;许冬梅;楚志刚;王易【作者单位】南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室、气象灾害预报预警与评估协同创新中心,南京210044;南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室、气象灾害预报预警与评估协同创新中心,南京210044;南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室、气象灾害预报预警与评估协同创新中心,南京210044;南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室、气象灾害预报预警与评估协同创新中心,南京210044;江苏省气象局,南京210008【正文语种】中文【中图分类】P456.7引言台风是热带洋面上生成并剧烈发展的强涡旋系统，虽然有时能起到消除干旱的有益作用，但其带来的危害也不容小觑。
纵观近几十年来，台风所引发的自然灾害数不胜数，有伴随台风常出现的大风、暴雨、风暴潮，台风过境时引起的巨浪以及登陆后带来的农作物、各种建筑设施的受损等，这些均对人民生命财产安全构成不同程度的影响。
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Conclusion
For U.S. Midwest summer precipitation, moisture convergence closure performs best over the land, while cloud work function tendency closure is superior over the ocean. CWRF with ECP cumulus scheme performs well in predicting precipitation frequency and intensity, especially for the extreme events. U.S. Midwest summer rainfall diurnal cycle is sensitive to cumulus parameterizations. Grell scheme most realistically reproduces the nocturnal precipitation peaks and their associated eastward propagation of convective systems from east of Rockies. Trigger function determines when convection occurs. Further study will be focused on investigating the critical trigger function(s) that enable the Grell scheme to capture the observed diurnal feature.
Precipitation Frequency and Intensity ― 2008 MJJ
a) Number of rainy days b) Rainfall intensity (mm/day) c) Daily rainfall 95th percentile
OBS
R2
ECP
Observed (OBS), NCEP reanalysis (R2) and CWRF with the ECP cumulus scheme simulated: a) number of rainy days, b) rainfall intensity(mm/day) , and c) daily rainfall 95th percentile (mm/day)
ECP has the highest correlation 0.63
2008 May‐July Mean Precipitation
OBS ECP G3 GR NKF
BMJ
ZML
MIT
CSU
TDK
GFDL
SAS
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
NSAS
2008 MJJ U.S. Midwest Mean Precipitation (mm/day)
Effects of Cumulus Parameterization on U.S. Midwest Summer Precipitation Prediction by
Fengxue Qiao1 and Xin-Zhong Liang2,3
1Department 2Earth 3Department
ZML (Zhang-McFarlane parameterization modified by Liang)
quasi-equilibrium assumption free tropospheric large-scale forcing.
G3 (Grell and Dvénéyi 2002)
Summer Regional Mean
Taylor Diagram for Daily Precipitation
ECP ZML
ECP & G3 has the highest correlation 0.60
Precipitation Frequency and Intensity ― 1993 JJA
Problem I: Most models tend to produce too frequent light rain, and underestimate the frequency and intensity of heavy rain.
Dai 2006, J. Climate
(a) Percentage contribution to annual total precipitation (b) Annual precipitation frequency
U.S. Midwest Precipitation Diurnal Cycle
1993 JJA
Normalized Rainfall
2008 MJJ
Grell
ECP
LST (hour)
LST (hour)
Grell scheme well captures the observed diurnal variation, but slightly underestimates the nighttime rainfall peak value
Drizzling problem Rainfall peaks too early in daytime
Deficiency in representing subgrid scale convection through cumulus parameterization, and its interaction with other physical processes
Eastward Propagating Diurnal Signals
(a) NARR (b) CWRF/ECP (c) CWRF/GR
1993 JJA mean precipitation (mm/day) and 850-mb wind diurnal departure from the daily mean (m/s) in 3-h interval from the NARR (a), CWRF with the ECP (b) and Grell (c) schemes.
of Atmospheric Sciences, University of Illinois at Urbana-Champaign System Science Interdisciplinary Center, University of Maryland
of Atmospheric & Oceanic Science, University of Maryland at College Park Email: qiao2@
Lee et al. 2007, J. Hydrometeorol.
The local solar timing of the maximum of the diurnal cycle of precipitation Trenberth et al. 2003, Bull. Amer. Meteor. Soc.
Ensemble cumulus closures
MIT (Emanuel 1991)
quasi-equilibrium assumption CSU (Pan and Randall 1998)
quasi-equilibrium assumption Prognostic cumulus kinetic energy
Grant: NOAA Education Partnership Program (EPP) COM Howard 631017
Motivation
It is a long-standing problem for current weather and climate models to accurately predict precipitation key features, especially the frequency and intensity of precipitation, and regional variations of diurnal cycle.
Cumulus Parameterization Schemes in the CWRF
ECP (Ensemble Cumulus Parameterization, modified from G3)
multiple cumulus closures and variants that can be selectively used with different weight
BMJ (Bett-Miller-Janjic)
Convective adjustment scheme
NSAS (New Simplified Arakawa-Schubert) quasi-equilibrium assumption
GFDL (Donner 1993, Donner et al. 2001)
To better quantify the existing models errors, CWRF will be applied to predict the 1993 and 2008 summer floods over U.S. Midwest and examine their sensitivities to the cumulus parameterizations
1993 JJA U.S. Midwest Mean Precipitation (mm/day)
Summer Regional Mean Taylor Diagram for Daily Precipitation