一个双波地形重力波拖曳参数化方案
固体地球物理学
利用 ２０－２０ ００ ０ ６年 三 峡 工 程 诱 发地 震监 测系 统数 字 遥 测地 震 台 网监 测 数 据 ，对 其 水 库 重 点 监 视 区 内震 源 机 制 进 行 了 解 析 ． 结 果 表 明 ， 水前 震 源 机 制 为走 滑 一 断 性 质 ， 蓄 逆 水平 最 大 主压 应 力 方 向 近 东 西 向 ，Ｐ轴 仰 角 较 小 ， 近 水 平 ， 与 区域 主压 应 力 一 致 ；蓄水 后 震 源 机 制 为 走 滑 一 断 性 质 ，水平 最 大主 压 应 力方 向 正 各 异 ，Ｐ轴 仰 角 较 大 ，明 显 不 受 区域 应 力 场控 制 ， 这种 现 象 可 能 与 水 库诱 发 地 震成 因机 制 的复 杂 性 有 关 ． 图 ４表 ４参 １ ４ 关键 词 ：三 峡 水 库 重 点 监 视 区 ；蓄 水 ；震 源 机 制 解 ；水 平 最 大 主 压应 力 ；孔 隙压
０ ３０ ８０ ７８１ １ ７０ ・２０
三轴刚性地球体 的自由 Ｅ ｌ 运动 ＝Ｆｅ ｕｅ ｔ ｎｏ ｉ ． ｕｅ ｒ ｒｅＥ ｌｒ ｉ ｆｒ ｘ ｍｏ ｏ ｔａ ｉ ｒ ｉ ｒ 刊 ，中］ 申文斌（ ａｉ ｄ ａｔ ｌ ｇ ｅ ｈ［ ／ 武汉大学测绘学院地球物理 系， 武汉 ４ ０ ７ ） ３ ０ ９，陈巍 ，章迪 ，王文均 ，梁毅强 ∥大地测量与地 球 动 力 学 ． ２ ０ ， ２ （） １ ～ １ ，２ 一 ０ ７ ７５、 ３ ７ ５ 一 在 Ｅ ｃ ｄ空 间 中 ， 定 地球 是一 个 作 自由旋 转 的 ３个 主 惯 性 矩 ｕｌ ｉ 假 互不相等的刚体 ，给 出了 Ｅ ｌ 动力 学方程 的椭圆积分解，并 ｕｅ ｒ 实现 了 Ｅ ｌ ｕｅ ｒ动力学方程和运动学方程 的数值解．计算结果表 明 ： 了周 期 约 ２ 除 ４小 时 的 自转 及 周 期 为 ３ ５天 的 Ｅ ｌ ０ ｕｅ 由进 ｒ自 动 之 外 ，还 存 在 周 期 约 ３ ５天 的 自由章 动 ；３个 Ｅ ｌｒ ０ ｕｅ 角速 率 在一半周期 内增大，在另一半周期 内减小，但保持总角速 率不 变 ，即转动能守恒 ．相应地 ，日长在一半周期内增长 ，在另一 半 周 期 内缩 短 ． 图 ４表 ４参 １ ４ 关 键 词 ： 三 轴 地 球 ； 自 由 Ｅ ｌｒ 动 ；椭 圆积 分 解 ； 角速 率 ； ｕｅ 运
一次大暴雨过程中地形重力波拖曳作用的研究
气 过 程 进 行 模 拟 。进 行 了 地 形 重 力 波 拖 曳 作 用 的 控 制 试 验 和 不 考 虑 地 形 重 力 波 拖 曳 作 用 的 敏 感 性 试 验 。结 果 表 明 ，控
制 试 验 能 较 好 地 再 现 江 淮 气 旋 及 其 产 生 的 强 降 水 ；模 式 引 人 地 形 重 力 波 拖 曳 后 能 够 更 好 地 模 拟 出 地 形 附 近 雨 带 的 中
100°E~125°E ,20°N~40°N。母 网 格 网 格 距 为 12kmx 况 有 较 高 的 相 似 性 。
12km，子 网 格 的 网 格 距 为 4 kmx4 km。母 网 格 的 积 分
低 空 急 流 为 本 次 大 暴 雨 提 供 水 汽 和 动 量 。在 10
步 长 是 90°,子 网 格 积 分 步 长 为 30'。母网格数据输
辨 率 为 l °x l °,时 间 间 隔 为 6h),起 报 时 间 从 2 0 1 1 年 验 对 于 气 旋 的 移 动 路 径 模 拟 较 好 （图 2a )。但是对比
6 月 9 日 0 0 时 （世 界 时 ）开 始 ，终 止 时 间 到 2 0 1 3 年 6 气 旋 中 心 各 个 时 刻 的 位 置 和 实 况 还 是 有 些 许 差 异 ，
心 位 置 和 强 度 ；地 形 重 力 波 拖 曳 在 本 次 大 暴 雨 过 程 中 能 够 减 弱 地 形 附 近 的 经 向 风 速 . 增 强 低 层 气 流 辐 合 ，促 进 ® 直上
升 运 动 ，从 而 有 利 于 对 流 的 触 发 和 维 持 „
关 键 词 ：大 暴 雨 ；WKK;地 形 重 力 波 拖 曳 ；地形作用
(1)
利 用 国 家 气 象 自 动 站 与 CMORPH[l7條 水 产理 过 程 均 一 样 。
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?。
拖曳式多参数剖面测量系统波浪式运动的控制
定以下参数：
— l088 —
官
晟等： 拖曳式多参数剖面测量系统波浪式运动的控制
转轴离前缘 l / 4 弦长处 t 机翼在不同 攻 角 下， 的升力、 阻力、 力矩系数和水动力 （压力） 中心位置； 机 o 考 虑 拖 体 主 体 对 机 翼 和 调 整 片 的 影 响 时， 翼和调整片在 不 同 攻 角 下， 转轴离前缘 l / 4 弦长处 的升力、 阻力、 力矩系数和水动力 （压力） 中心位置； （含机 翼、 尾 翼 及 调 整 片） 在不同攻角下 ＠ 拖体 的纵 向 （ X 向） 升 力、 阻 力、 力矩系数和垂直向 （Z 向） 升力、 阻力、 力矩系数； ＠ 拖体纯升沉时的水动力系数； ＠ 纯俯仰时的水动力系数； ＠ 横向运动时的横摇系数； （压 力） 中心位 ＠ 拖体在 不 同 攻 角 时 的 水 动 力 置。 ! "# 拖曳系统运动数学模型耦合边界条件 为了对水下拖曳系统的水动力性能有一个正确 的描述， 必须将拖 缆 运 动 模 型 和 拖 体 运 动 模 型 耦 合 在一起。其中关键问题是要在它们的连接点上建立 正确的耦合关系或这两组方程的耦合边界条件。对 于其运动方程都建立在固定于本身的局部坐标系的 拖曳缆绳与拖曳 体 来 说， 这种耦合边界条件可以表
（3）
以上方程中 m 为 拖曳体 质量， I xx ， I yy 和 I zz 为拖曳 体 质量 惯 性 矩， （ u， I xy ， I yz 和 I xz 为 拖 曳 体 交 叉 惯 性 矩， 和 （ p， 为定义 在拖曳 体 固 定 坐 标 系 上 的 U ，w ） g， T） 拖曳体线速度和 角 速 度， x8 ， y8 和 z8 为 定 义 在 拖 曳 体固定 坐 标 系 上 的 拖 曳 体 重 心 坐 标， 方程右边项 （ X ext ， 为作用于拖曳体 F= Y ext ， Z ext ， K ext ， M ext ， N ext ） 的外力和外力矩， 这些外力包括回复力 （浮力与重力 的合力） F S 、 水 动 力 F LD （主 体 和 各 控 制 翼 片 所 受 的流体惯性力与 粘 性 力） 以 及 外 部 控 制 力 FC （如 拖 曳缆绳的牵引力 F T 、 尾部螺旋桨推动力 F P 等） 。 拖曳体的水动力特性一般由表征拖曳体姿态与 运动状态函数的系 数 （或 称 水 动 力 导 数） 给 出， 运用 上述方程的关键就是看能否准确地确定这些水动力 导数。目前确定拖曳体运动方程中水动力导数的手 段分为实验方法和估算方法两大类。我们在拖体数 学模型建立后， 按拖体内拖曳式多参数剖面测量系统是解决大范围
风能资源数值模拟系统WEST在新疆地区的应用
２００７年２月ＤｅｓｅｒｔａｎｄＯａｓｉｓＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ２００６年４月，中国工程院启动了“中国可再生能源发展战略研究”咨询项目，旨在通过研究进一步摸清我国可在生能源的资源和可利用的潜力，对可再生能源产业和技术的现状进行分析评估，提出制约我国可再生能源发展的关键问题和解决途径，为国家可再生能源事业的发展做出贡献。
风力发电是目前技术最为成熟、最具有大规模开发和商业化发展前景的利用方式，在有些国家已经成为比较重要的能源供给。
而发展风力发电的必要条件之一是选择风资源最优的场址，场址选择的关键是真正了解风能资源的状况、分布和变化，分析与寻找合适的潜在风电场场址。
因此，客观、准确的风能资源评估是促进风能规模化发展、大型风电场建设的重要保障。
工程院“中国可再生能源发展战略研究”咨询项目风能组的研究专题之一就是风能资源评估研究。
为了解决风能资源评估观测资料在空间分布密度和观测时间长度方面的限制，中、小尺度数值模式在风能资源评估中的应用技术得到快速发展。
虽然数值模拟并不能代替现场观测，但利用数值模式能风能资源数值模拟系统ＷＥＳＴ在新疆地区的应用张德１，２，刘秋锋１，朱蓉１，罗勇１，李泽椿３（１．国家气候中心，北京１０００８１；２．兰州大学大气科学学院，甘肃兰州７３００００；３．国家气象中心，北京１０００８１）摘要：利用加拿大风能资源数值模拟系统ＷＥＳＴ进行新疆风能资源的模拟，得到了水平分辨率５ｋｍ、低空垂直分辨率１０ｍ的新疆风能分布图谱，并将模拟结果与气象台站观测资料进行了对比分析，说明了ＷＥＳＴ对于新疆大部分地区的模拟能力较好，但对新疆南部盆地高原边缘地区的模拟能力还需提高。
应从其大尺度气候背景场分类和中尺度模型大气边界层物理过程参数化方面进行本地化改进，使之能更好的应用于中国风能资源评估工作。
关键词：风能资源；数值模拟；ＷＥＳＴ中图分类号：Ｐ４２５．６３文献标识码：Ｂ文章编号：１００２－０７９９（２００７）０１－００１６－０４收稿日期：２００７－０１－０４作者简介：张德（１９８２－），男，博士研究生，主要从事风能资源评估及数值模拟的研究。
拖曳系数参数化方案对工程台风模拟风场的影响研究
热 带 气 象 学 报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＲＯＰＩＣＡＬ Ｍ ＥＴＥｏＲＯＬ０ＧＹ
Ｖｏ１．３４．Ｎｏ．２ Ａｐｒ．，２０ １ ８
叶庚姣 ，余 晖，方平治 ，等．拖曳系数参数化方案对工程台风模 拟风场 的影 响研究 ［Ｊ］ｌ热带气象学报 ，２０１８，３４（２）：１８８．１９７ 文 章 编 号 ：１００４—４９６５（２０１８）０２—０１８８—１０
关 键 词 ：天气学 ；台风风场 ；工程 台风风场模型 ；拖曳 系数 ；风灾评估 中 图 分 类 号 ：Ｐ４５６．７ 文 献标 识 码 ：Ａ Ｄ０ｉ： １０．１６０３２￣．ｉｓｓｎ．１００４．４９６５．２０１８．０２．００５
１ 引 言
我 国受 台风影 响严 重 ，台风 引发 的风 灾 具 有 影 响 范 围大 、破坏 性 强 的特 点 ，袭击 沿 海 的 台风 风 速 可 达 ４０￣６０ ｍ／ｓ或 以上 。 台风 风灾 是 造 成 房屋 倒塌 、船 只翻沉 、桥梁和输 电线塔等建筑设施毁坏 的重要 因子 ，因此 风 工程 领 域对 台风 风灾 研 究 十 分 重视 。但 是 ，观 测 资料 稀少 且 时空 分 辨率 不 足 、 观测 仪 器 易被 大风 毁 坏等 原 因使 得 台风 风 灾研 究 极其 困难 。简化 的 台风风 场模 型可 反 映 台风 的结 构特 征及 风 场 分布 ，且 能快 速 精 确地 估 算 出台风 的最 大风 速 ，为 建筑 、桥 梁 等结 构 设施 的抗 风设 计 提供 参考 依 据 ，从 而 降低成 本 ，提 高 经济 效 益 。 因 此 ，基 于简 化 的 台风风 场模 型进 行 台风 风 灾评 估
拖曳 系数参数化 方案对 工程 台风模拟风场 的影 响研究
WRF中地形重力波参数化方案在一次华南暖区暴雨形成机制分析中的应用
WRF中地形重力波参数化方案在一次华南暖区暴雨形成机制分析中的应用刘蕾;丁治英;常越;陈茂钦【摘要】The contribution of sophisticated terrain is a key factor of the generation of strong convective weather, which is hard to forecast. In order to improve the model simulation of rainfall In South China, the impact of terrain must be taken into account/ A rainstorm occurred in the warm section in the southeast of Yunwushan is used as an example to investigate the simulation capability of Gravity Wave Drag by Orography (GWDO) parameterization, which is newly added into' WRFV3. 1, and its mechanisms. The simulation is conducted for 36 hours using the reanalysis data of NCEP (1°×X1°) from 5 to 6 June 2008, Through the analysis and comparison of two experiments, it is concluded: (1) The sensitivity experiment achieved a success in the simulation of the center and strength of the rainstorm, and it revealed the large-and meso-scale circulation pattern and evolution of the heavy rain event and successfully duplicated the mesoscale low-vortex, whose temporal evolution characteristics were in accord with the movement of the precipitation center, while the control experiment without. using the parameterization scheme failed. (2) The using of GWDO parameterization effectively reduced the zonal wind deviation in the middle troposphere, and the impact of terrain on the dynamic uplift of airflow was simulated reasonably. (3) According to experiments, the energy divergence in the middle caused by theorography-induced gravity wave was the main cause of the rainstorm, which enhanced the vertical movement and made the precipitation strengthened and relatively concentrated.%华南地形复杂多变,局地强对流天气频繁发生又难于预报.要准确模拟华南地区的降水情况必须考虑地形的影响.以发生在云雾山东南侧一次暖区暴雨过程为例,探讨中尺度WRFV3.1版本中新增加的地形重力波拖曳(GWDO)参数化方案对山区暴雨的模拟能力,以及本次暴雨的形成机制.数值试验利用2008年6月5日00:00至2008年6月6日12:00的每6 h 一次的NCEP分析资料(水平分辨率为1°×1°)积分36 h对发生在云雾山东南侧暴雨过程进行模拟,通过与实况对比分析后得出:①模式中考虑了GWDO参数化方案的敏感性试验较好地模拟了广东阳江地区强降水的中心和强度,再现了暴雨过程中大尺度环流形势及其演变状况,成功地复制了中尺度低涡的位置及移向,而未考虑此方案的控制试验没能模拟出此次暴雨,其在中心位置和降水强度方面都与实况差别较大.②GWDO参数化方案的引入有效地减少由地形引起的对流层中层纬向风的偏差,比较合理地模拟出了地形对气流的影响,从而使山区暴雨的模拟效果更接近于实况.③由试验得出,地形重力波拖曳可以使能量在中层辐散,导致垂直上升运动加强并使降水加强和降水的范围相对集中,是本次特大暴雨产生的主要原因.【期刊名称】《气象科技》【年(卷),期】2012(040)002【总页数】9页(P232-240)【关键词】华南;暴雨;GWDO参数化方案;数值模拟;地形【作者】刘蕾;丁治英;常越;陈茂钦【作者单位】南京信息工程大学/气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京210044;南京信息工程大学大气科学学院,南京210044;南京信息工程大学/气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京210044;南京信息工程大学大气科学学院,南京210044;广州市气象局,广州510080;南京信息工程大学/气象灾害省部共建教育部重点实验室,南京210044;南京信息工程大学大气科学学院,南京210044【正文语种】中文华南地处低纬度，北以南岭山脉和武夷山脉为界，西接云贵高原，境内山地和丘陵约占到83.1%，地形复杂多变［1］。
拖曳式多参数剖面测量系统通讯与控制部分设计
官晟等：拖曳式多参数剖面测量系统通讯与控制部分设计拖曳式多参数剖面测量系统通讯与控制部分设计①官晟②王岩峰易杏甫“黄卫民‘张杰＋丁永耀。
（中国科学院海洋研究所青岛２６６０７１）（。
国家海洋局第一海洋研究所青岛２６６０６１）（“中船重工集团７１５研究所杭州３１１４００）摘要介绍了船载拖曳式多参数剖面测量系统的一般构成，特别是对通讯单元结构、控制单元的软硬件设计进行了详细说明。
结合该系统的工作方式和工作环境，提出了轨迹控制的自适应控制算法，以改善工作轨迹的稳定性。
关键词拖曳体，系统控制，自适应控制０引言船载拖曳式多参数剖面测量系统是解决大范围海域环境生态监测问题的一种卓有成效的方法，也是定点测量的有益补充…１。
它能够实时快速地提供某个海区的环境参数（温度、盐度、浊度等）以及主要生态参数（叶绿素、溶解氧、ｐＨ、营养盐等）的剖面资料【２Ｊ，具有时空分辨率高、大面积准同步、多要素综合测量的特点。
该系统可实现多任务、全方位的业务化现场观测，为多信息源数据的获取和同化提供了有利条件。
控制与通讯部分是船载拖曳式多参数剖面测量系统正常工作的关键。
１船载拖曳式多参数剖面测量系统简介船载拖曳式多参数剖面测量系统由以下部分组成：一是水下拖曳部分，包括壳体、升降伺服控制装置、各类传感器等；二是甲板控制部分，包括拖曳体总控单元和供电单元；三是绞车和电缆系统，包括绞车，电缆和张力连接器。
拖曳体内置数字化伺服系统，根据拖曳体所携带的压力传感器所观测到的压力以及预置工作轨迹对应深度压力之间的差异，产生电流信号通过曲柄机构驱动机翼旋转相应的角度，从而使拖曳体在水中上升或下降，在设定的深度范围内作波浪式运动。
拖①８６３计划（２００１ＡＡ６３２０∞）资助项目。
②男，１９７２年生，博士生。
研究方向：海洋物理应用技术；联系人。
（收稿日期：２００３－０３．１１）曳体内部和外侧搭载模块化传感器，传感器跟随拖曳体运动完成参数测量。
根据调查观测目标的要求，设计传感器控制采集程序和拖曳体运动剖面控制系统，以保证实时准确得到采样数据和拖曳体实际运动轨迹与预定轨迹一致是该系统的关键设计技术。
地形重力波拖曳参数化方案在一次陕西极端性暴雨天气过程中的应用
雨， 大Байду номын сангаас水
关南
、至
，
武功单站24小时降水量达到123.9 mm。西安、 周至、眉县、镇安等14站均突破1961年以来5月 日降水量极值。本文以此次极端暴雨过程为例，
利用中尺度WRF模式进行敏感性试验，来验证 力 波拖 参 方 对陕西 水过程的 模
参考文献：
［1］ 刘勇，王楠，刘黎平•陕西二次阵风锋的多普勒雷 达和自动气象站资料分析［J］.高原气象，2007,26 (2)：380-387.
［2］ 张健宏.一次阵风锋的观测实例和分析［J］.陕西 气象,2009(2)：4-8.
［3］ 毕旭，刘慧敏，赵榆飞•陕北系列阵风锋天气过程 分析［J］.陕西气象,2008(2):23-26.
摘要：利用中尺度WRF模式进行敏感性试验，分析探讨加入地形重力波拖曳参数化方案(GW-
DO)后对2013年陕西入夏以来最强的一次暴雨过程的模拟能力和地形影响下强降水的形成机
制。本次过程是在高空槽和低涡配合的有利形势下形成的，秦巴山区的地形作用对本次暴雨过程
有着重要影响。在引入地形重力波参数化方案后，模式对关中大暴雨中心的模拟能力有所提高，
目前，数值模式已成为大气科学研究和天气 预报中极其重要的工具之一。在模式中，对地形 描述的准确与否直接决定对降水的模拟和预报准 确率,模式中地形重力波拖曳参数化方案就是地 形对大气环流影响中的一种，也是最重要的边界 层参数化方案之一。重力波在条件不稳定大气中 是暴雨的触发机制之一引进次网格地形重力 波拖曳参数化方案后，在大地形存在的区域，风场 会发生变化，大气流场的分布改变，使预报的流场 更接近于大气真实状态，从而提高了降水预报的 准确率$0%。钟水新等$口在GRAPES_TMM模 式中引入 KA95(Kim and Arakawa, 1995)地形重 力波拖曳参数化方案$2%(GWDO)后发现,模式对 台风登陆时路径和强度的预报能力均有提高，台 风预报时长越长，GWDO的影响也更为显著，其 结果可为业务预报提供指导意义。刘雷等在 WRF模式中考虑了 GWDO参数化方案后，较好 地模拟了广东阳江地区强降水的落区及强度，再 现了过程中大尺度环流形势及其演变状况，成功 地复制了中尺度低涡的位置及移向，而未考虑此 方案的控制试验没能模拟出此次暴雨，其在中心 位置和降水强度方面都与实况差别较大。
地形重力波举力参数化方法
地形重力波举力参数化方法地形重力波是一类特殊的重力波，是在具有不规则地形的表面上传播而产生的。
它们与其他形式的重力波不同，因为它们存在特定的振幅波动，其中每一部分都不同。
地形重力波也是非常重要的研究课题，因为它们是地形和物质分布的有效示范器。
地形重力波的参数化表达式是一个重要的课题，可以提供有关地形地形学课题的良好描述。
地形重力波参数化是描述地形地形学课题的重要方法，因为它们可以提供关于地形特征的详细信息，并且有助于表示地形形状及其振幅特性。
这种方法分为两个主要部分：一是形状函数，二是振幅参数化。
形状函数是用来描述地形表面形状的函数，它可以用来估计地形中波浪的各向同性参数。
形状函数的挑战在于能够有效的表达不规则的地形，同时计算量低，因为它们需要用于参数化的最小化算法。
振幅参数化是描述地形样本振幅参数的一组函数，可以用来分析复杂的地表振幅。
振幅参数化的挑战在于能够准确地描述复杂地形中出现的振幅梯度，而且需要低计算量。
参数化的地形重力波可以用来分析任何给定的地形地形学语汇，可以被用于分析不规则或随机地形的特性。
它还可以用来建立虚拟环境模型，以揭示地形上的不确定性。
例如，近年来地形重力波参数化已被用于研究地表反射和折射效应，以及地震数据处理和地形格局分析。
与数字地形图（DTM）一样，参数化地形重力波可以揭示细微，复杂的地形，使研究者能够更准确地描述地形特征和地形形状。
地形重力波参数化方法有助于分析地形学课题。
它不仅提供了一种有效简洁的方法，而且可表示更加精细，更加复杂的地形结构和表面特性。
参数化地形重力波可用于模拟实际的地形以及用于检测，定位和研究地形变化。
因此，它是地形学研究和重力波研究的一种重要工具。
克拉玛依大风数值预报中的重力波拖曳方案应用研究
断定气流阻塞与否因为经过修正所以以 >PWP表
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重力波阻参数化方案及其预报试验
重力波阻参数化方案及其预报试验
重力波是宇宙的重要窗口，它使研究宇宙的未知物质和未知能源更加容易，深
入地揭示宇宙的本质。
重力波技术是开发重力波手段，将重力波参数化化为可以使用的数字模型，阻抗参数化方案正是为了完成这一要求而研究开发的，它在实现重力波数字参数化中发挥着重要作用。
阻抗参数化方案是将重力波参数化为数字模型的关键技术，它通过计算机模拟
实验、数值模拟仿真和物理模型的参数化的方式，将重力波的空间参数化成数字，从而可以更好地利用重力波来实现对宇宙的科学研究和科技研究。
阻抗参数化方案历经多个试验，其中包括计算机模拟实验、数值模拟仿真、物
理模型参数化等，其中计算机模拟实验采用PCMS（即专用计算机模拟系统）软件，用于参数化重力波激发的空间参数，以及通过精密机械系统模拟参数传播等；数值模拟仿真是基于空间参数的，利用高效的数值求解方案，可以实现实时的重力波阻抗参数化；最后，物理模型参数化是通过严格的物理建模，模拟实验样机（木桩模拟等），实现重力波阻抗参数化。
为了验证阻抗参数化方案的可行性与准确性，采用了多项实验进行测试，其中
包括了室内模拟实验、线性系统实验、重力波力学模拟实验和重力波阻抗参数化预报实验。
这些实验的核心就是通过精度的数据采集分析，来系统、精确、准确地参数化重力波，使参数化过程更加顺畅，从而确保参数化的准确性和可行性。
参数化的成功最终取决于实验的有效性和数据的可靠性，通过大量的试验和数
据采集分析，使重力波阻抗参数化方案得以实现，形成了重力波领域有效的数字参数化模型。
未来，随着重力波技术的进一步发展，阻抗参数化方案也将得到进一步的改进，使传统的重力波追踪手段成为可能。
青藏高原东北边坡复杂地形重力波的数值模拟
地形是重力波产生的一个重要来源 这种由复杂地
形强迫激发的周期性大气振荡其传播和破碎过程
中产生的动量垂直输送和不稳定能量释放可以引
起上下层大气之间物质和能量交换 魏栋等
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大气运动方程组建立的二维模式再现了地形重力波
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地形上空重力波产生和传播过程中的动力机制对
比验证了模拟与理论模型给出的各个阶段重力波水
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现实中能够激发地形重力波的复杂下垫面十 分常见主要分为中小尺度的丘陵及山谷高原或大 地形引起的复杂山地以及不同尺度地形过渡处及 内部地形陡变区 以往针对不同类型复杂地形强迫 产生重力波的结构特征形成机理及其对局地和区 域强对流发展及降水的触发机制等方面开展了大量 的理论探测和模拟研究 研究发现地形引起的重 力波一般可分为过山波和背风波其中在海拔较低 尺度相对较小的山区上空边界层中常常能够观测到 振幅为 (" 4+" 之 3,? 间 的 重 力 波 活 动 李 艺 苑 !""-随着背景风切变和大气层结稳定度的不同
北边坡复杂地形上空对流和重力波的空间结构存在较大差异 当背景风向与山体垂直 边界层结构
时随着风速增加山脊背风坡混合层顶附近大气不稳定能量加强激发了下游区域较 地形重力波
强的重力波信号此时对流线组织性增强重力波波列较长高水汽含量的空气被波峰 数值模拟
地形湍流拖曳力参数化及在GRAPES中的应用
地形湍流拖曳力参数化及在GRAPES中的应用薛海乐;沈学顺;苏勇【摘要】Due to the limited model resolution, scales of topographies below the model resolution are called subgrid scale orography. Sub-grid scale orography plays important roles on the atmosphere from the thermal and dynamic aspects, and these effects are fed back to the model atmosphere through parameterization.Generally, the dynamic effects of sub-grid scale orography includes: Sub-grid orographic turbulent form drag caused by turbulent flow over hills; sub grid-scale form drag of orographic flow blocking, separating and lee vortex; buoyancy waves drag caused by breakdown of gravity-waves that excited by flow over mountains and transmitting upward in the upper atmosphere. With resolution raised, turbulent form drag becomes more important which is associated with small-scale orography. Given these facts, the characteristics and effects of the sub-grid orographic turbulent form drag and its parameterization are ually, effects of the turbulent form drag due to sub-grid scale orography in numerical models are simply considered as enhancing surface roughness, known as the effective roughness method. In recent years, according to asymptotic theory and numerical simulations, a new scheme of sub-grid orographic turbulent form drag is developed. As an independent physical process, the new scheme is of three-dimension features in the model, while the effective roughness method is only considered being on the surface level.It is significant to consider turbulentform drag in NWP model for completing physical processes of model and improving the model prediction of the surface layer. A single-column model is used to simulate the characteristics of turbulent form drag, comparing the advantages and disadvantages between the effective roughness method and direct parameterizing method. Two direct parameterization schemes are also compared, one is developed and applied in NWP model recently, and the other is based on ideal terrain. Finally, the form drag scheme that developed and applied in NWP model is implemented into the GRAPES regional model. Case studies are conducted to investigate the possible influences of form drag on the forecast of near surface wind fields and other variables.%分辨率的限制使得不能被模式识别的地形称为次网格尺度地形,次网格尺度地形在热力和动力方面对实际大气有着不可忽略的作用,其效应只能通过参数化的形式回馈给模式.分辨率的提高使得与较小尺度地形相联系的地形湍流拖曳力凸显其重要性.数值模式中地形湍流拖曳力的参数化对完善模式物理过程和改善模式近地层预报效果具有积极意义,其方法包括有效粗糙度法和直接参数化法,而GRAPES模式中并未以任何方法考虑次网格尺度地形的影响.该文通过单柱模式比较了有效粗糙度法和直接参数化法的优劣,发现后者在有些方面优于前者.最后,将应用于实际的一个直接参数化方案接入GRAPES中尺度模式中,进行个例模拟,并与NCEP再分析资料进行对比,结果表明:考虑地形湍流拖曳力方案对模式预报具有改进作用,尤其对局地低层风场具有积极影响.【期刊名称】《应用气象学报》【年(卷),期】2011(022)002【总页数】13页(P169-181)【关键词】次网格尺度地形湍流拖曳力;参数化;GRAPES模式【作者】薛海乐;沈学顺;苏勇【作者单位】中国气象局数值预报中心,北京100081;中国气象局数值预报中心,北京100081;中国气象局数值预报中心,北京100081;中国气象局数值预报中心,北京100081【正文语种】中文分辨率的限制使得不能被模式识别的地形称为次网格尺度地形，次网格尺度地形在热力和动力方面对实际大气有着不可忽略的作用，其效应只能通过参数化的形式回馈给模式。
尺度适应重力波拖曳方案在高分辨率数值预报中的应用研究
尺度适应重力波拖曳方案在高分辨率数值预报中的应用研究张涵斌;史永强;卢冰;夏宇;吴志鹏【期刊名称】《大气科学》【年(卷),期】2024(48)2【摘要】随着数值模式分辨率越来越高,在复杂地形区域仅考虑高层重力波拖曳作用和地形阻塞作用具有局限性,WRFv4.3模式中新型重力波拖曳方案在原有大尺度重力波拖曳和地形阻塞作用基础上新加入了边界层小尺度重力波拖曳作用,且对湍流地形拖曳作用增加了描述,从而可以达到尺度适应。
为了验证新的重力波拖曳方案的效果,本文基于华北区域3 km对流可分辨模式开展了2021年冬季重力波拖曳参数化方案应用试验,对比分析了三组试验方案:不开启重力波拖曳、原有的仅考虑大尺度重力波拖曳和阻塞作用的方案以及新型的尺度适应方案的模拟结果。
试验结果表明:原有重力波拖曳方案仅考虑重力波拖曳和大尺度地形阻塞,在3 km模式中对复杂地形附近整层风场影响较大,但是正效果有限;新型尺度适应重力波拖曳方案在3 km分辨率模式中大尺度重力波拖曳和阻塞拖曳作用为0,仅由边界层内小尺度重力波拖曳和湍流地形拖曳起作用,能够达到尺度适应效果;由于高层重力波拖曳为0,开启新型重力波拖曳会降低低空尤其是边界层内风场预报正偏差,对高空风场无影响;对模拟区域的统计检验结果表明,新型重力波拖曳方案可以有效减少地形复杂区域近地面风场预报的误差,但对温度等其它要素的改善有限。
【总页数】14页(P789-802)【作者】张涵斌;史永强;卢冰;夏宇;吴志鹏【作者单位】北京城市气象研究院;克拉玛依市气象局;重庆市气象台【正文语种】中文【中图分类】P456【相关文献】1.高分辨率数值预报模式的尺度自适应物理过程参数化研究2.地形重力波拖曳参数化方案在华南中尺度模式(GRAPES)中的应用试验3.克拉玛依大风数值预报中的重力波拖曳方案应用研究4.高分辨率中尺度数值模式在风电场风速预报中的应用因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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一个双波地形重力波拖曳参数化方案
王元唐锦赟
南京大学大气科学系，中尺度灾害性天气教育部重点实验室，南京，210093
摘要
当地形次尺度强迫的作用与显式的经典动力作用效应相当时，地形重力波拖曳力对于环流的维持，以及动量和热量通量输送的动力效应变得十分显著。
这种地形次尺度拖曳作用项可通过参数化的方法，在动力方程中加入额外的小项而引入数值模式。
目前成熟的地形重力波拖曳参数化方法，如第1代基于线性单波理论的参数化方案；以及侧重考虑了临界层作用等因素对拖曳力的额外贡献的第2代参数化方案, 都无法有效表达风速垂直变化引起的波动应力随高度变化的特征。
基于上述考虑，本文给出了一个双波参数化方案用于计算地形重力波拖曳中由线性自由传播重力波造成的波动应力的垂直分布。
通过二阶WKB近似，它对由风速垂直变化引起的对波动应力的选择性临界层吸收过程和经典的临界层吸收过程做了显式处理；而在不发生临界层吸收现象的地区，则用两个单波同时在垂直方向上进行应力的传播，并利用波饱和标准进行应力耗散。
进一步地在真实地形（以大别山地区为个例）条件下的测试结果表明，通过在不同理想风速廓线以及北半球冬季中纬度纬向平均风廓线下对波动应力垂直分布的计算，证明该方案确实能有效地给出应力随高度变化的特征。
关键词：地形重力波拖曳，双波参数化方案，临界层吸收，WKB近似。
初稿时间：2007年6月17日；修改稿时间：2007年7月20日。
资助课题：国家自然基金项目(40575017)，国家重点基础研究发展规划项目(973：2004CB418301)，博士点专项科研基金(2005028035)。
作者简介：王元，从事天气动力学方面的研究。
Email:yuanasm@
A TWO-W A VE SCHEME FOR OROGRAPHIC GRA VITY
WA VE DRAG PARAMETERIZATION
Wang Yuan Tang Jinyun Wu Rongsheng
The Department of Atmosphere Sciences, Nanjing University·Key Laboratory
of Mesoscale Severe Weather/MOE, Nanjing 210093
Abstract
When the magnitude of sub-scale ographic forcing is comparable with explicitly ordinary dynamic forcing, the drag effect reduced by ographic gravity wave is to be significant for maintaining dynamic balance of atmospheric circulation, as well as the momentum and energy transport. Such sub scale ographic forcing shouldbe introduced into numerically atmospheric model by the means of drag being parameterized. Furthermore, the currently mature ographic gravity wave drag parameterization, whatever the first-generation (based on lineal single wave theoretical framework) or the second generation drag parameterization (an important extra forcing by the contribution of critical level absorption), they can not correctly and effetely describe the vertical profile of wave stress under the influence of ambient wind shearing. Based on aforementioned consideration, a two-wave scheme was proposed to parameterize the ographic gravity wave drag by freely propagating gravity waves. It starts with a second order WKB approximation, and treats the wave stress attenuations caused either by the selective critical level absorption or the classical critical level absorption explicitly; while in regions where critical levels are absent, it transports the wave stress vertically by two sinusoidal waves and deposits them according to the wave saturation criteria. This scheme is thus used to conduct some sample
computations over the Dabie Mountain region. The results showed that the new two-wave scheme is able to model the vertical distribution of the wave stress more realistically.
Key words: Ographic gravity wave drag (OGWD), Two-wave parameterization of OGWD, Critical-level absorption, WKB Approximation.。