WRF模式中不同边界层参数化方案对一次华北暴雨模拟的敏感性试验

摘要

WRF是美国国家大气研究中心主导开发的中尺度数值模式。边界层参数化方案是WRF模式的重要组成部分，随着WRF模式的发展，模式中的边界层参数化方案不断增多。通过前人大量的研究发现，采用不同的参数化方案，模式模拟的暴雨发生时间、地点、强度存在差异。对某个特定的边界层参数化方案，其模拟性能对模拟区域和模拟季节非常敏感。华北是我国最主要的工农业主产区之一，有必要总结出一个相对适合华北暴雨模拟的边界层参数化方案。本文使用中尺度模式WRF，选取华北地区2010年8月17-19日一次典型的强降水过程，通过8个数值实验测试暴雨模拟结果对不同边界层方案的敏感性，研究WRF模式巾不同边界层参数化方案对此次降水模拟的差异，并进一步揭示此次暴雨形成的物理机制。
　　结果表明，采用不同的边界层方案模拟结果存在明显差异。分辨率为12km时，7个边界层方案实验均模拟出类似观测的四处较强降水，但模拟得到的降水强度和强降水中心位置与实况有所差异，NOPBL实验模拟的雨带收缩，降水相对其他模拟实验较少且更为集中。分辨率为4km时，采用边界层方案的7个实验均可见小尺度降水结构，并模拟出较多虚假降水中心，而在NOPBL试验中降水的小尺度结构不明显。检验表明:分辨率为12km时，MYJ试验的TS评分、相关系数和误差分析等整体表现最优，分辨率为4km时，BouLac试验整体表现最优。边界层方案的加入可以提高对降水分布的模拟，但是增大了降水量的模拟，并且不同的分辨率及不同的边界层方案模拟结果存在明显差异。本文对12km和4km分辨率下的各方案与NOPBL方案进行对比，沿雨带做剖面图对各诊断量进行分析。与NOPBL试验相比，加入边界层方案后，模拟的水汽输送、上升运动及涡散度绝对值显著增大。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 数值预报发展现状

1．3 数值模式中边界层参数化的物理意义及研究进展

1．3．1 边界层参数化的物理意义

1．3．2 边界层参数化研究进展

1．3．3 边界层参数化方案对台风、降水模拟研究进展

1．3．4 边晃层参数化方案对边界层结构模拟研究进展

1．3．5 边界层参数化方案对气体扩散模拟研究进展

1．4 研究内容

1．5 研究创新点

第二章 W时模式及边界层参数化方案简介

2．1 WRF模式简介

2．2 WRF模式中主要的边界层参数化方案

2．2．1 YSU边界层方案

2．2．2 ACM2边界层方案

2．2．3 MYJ边界层方案

2．2．4 QNSE边界层方案

2．2．5 MYNN2．5 和MYNN3边界层方案

2．2．6 BouLac边界层方案

第三章 “8．1 9”华北暴雨的概况与天气分析

3．1 降水实况介绍

3．2 天气形势分析及物理量的诊断

第四章 不同边界层参数化方案模拟实验

4．1 资料、方法和实验设置

4．2 模拟效果检验方法

4．3 不同边界层方案模拟的降水分布的对比分析

4．4 不同边界层方案模拟效果检验

4．5 强降水区平均小时雨量日变化和边界层结构日变化分析

第五章 诊断分析

5．1 水汽条件

5．2 垂直速度和高低空急流

5．3 涡度和散度

5．4 假相当位温

第六章 主要结论与讨论

6．1 结论

6．2 问题与展望

参考文献

作者简介

致谢