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MM5模式中不同对流参数化方案的比较试验

王建捷 胡欣 郭肖容

王建捷, 胡欣, 郭肖容. MM5模式中不同对流参数化方案的比较试验. 应用气象学报, 2001, 12(1): 41-53..
引用本文: 王建捷, 胡欣, 郭肖容. MM5模式中不同对流参数化方案的比较试验. 应用气象学报, 2001, 12(1): 41-53.
Wang Jianjie, Hu Xin, Guo Xiaorong. Comparison experiments on cumulus parameterization sehemes of the MM5. J Appl Meteor Sci, 2001, 12(1): 41-53.
Citation: Wang Jianjie, Hu Xin, Guo Xiaorong. Comparison experiments on cumulus parameterization sehemes of the MM5. J Appl Meteor Sci, 2001, 12(1): 41-53.

MM5模式中不同对流参数化方案的比较试验

资助项目: 

国家气象中心“九五”课题 ZX95-01

COMPARISON EXPERIMENTS ON CUMULUS PARAMETERIZATION SEHEMES OF THE MM5

  • 摘要: 应用MM5中尺度模式, 在60、20和10 km模式分辨率下, 分别选用4种不同对流参数化方案 (KUO方案、GRELL方案、KAIN-FRITSCH方案和BETTS-MILLER方案, 以下简称KU、GR、KF和BM方案) 对1996年8月3~4日石家庄暴雨过程进行数值模拟试验.模拟结果的对比分析及其与观测的比较表明:主要雨带位置对参数化方案并不是十分敏感, 但随分辨率提高, 雨带分布特征的模拟更接近实况; 当分辨率提高到10 km时, 虚假的降水中心也明显增加; 模拟的暴雨中心强度随分辨率的提高而增强并随参数化方案的不同有所变化, 但均比实况偏弱.分析还发现, MM5模式的GR、KF及BM方案的次网格降水对总降水的贡献率随分辨率的提高而减小, 而KU方案的情况则呈现出不合理的缓慢增加态势.虽然4种方案下模拟的水平环流特征有较好的一致性, 但模拟的云物理特征和垂直运动特征还是存在一定差别的, 这种差别对定点、定量降水和天空状况、地面气温、湿度等要素的准确预报都会产生影响.因此, 在预报和模拟中应考虑预报和研究对象的特点来选择对流参数化方案.
  • 图  1  1996年8月4日00:00~12:00 (UTC, 下同) 累计降水量 (a), 及由加密观测得到的相应的河北省地区降水分布 (b)

    图  2  各种分辨率、各种对流参数化方案的模拟

    (1996年8月4日00:00~12:00累计降水量)

    图  3  次网格尺度降水占总降水的比例 (%)

    (1996年8月4日00:00~12:00平均, 黑框60 km, 灰框20 km, 白框10 km)

    图  4  积分14 h暴雨中心积云对流加热率 (a), 显式降水过程凝结加热率 (b) 及总 (积云对流+显式) 凝结加热率 (c)

    (其中, 线A: KU方案; 线B: GR方案; 线C: KF方案; 线D: BM方案)

    图  5  1996年8月4日00:00 (UTC) (暴雨发生前) 及4日12:00 (UTC) (暴雨发生后) 石家庄观测 (分析) 的垂直温湿结构 (a, b) 及格距为20 km的KF方案 (c, d) 与KU方案 (e, f) 相应的模拟结果

    图  6  经过石家庄暴雨中心, 沿东西方向 (垂直于雨带) 所作的水平风及扰动高度 (沿线每点的高度值-沿线平均高度值, 单位: m) 的垂直剖面图

    (取自分辨率为20 km、积分15 h的模拟结果) (a) KU方案; (b) KF方案

    图  7  经过石家庄暴雨中心, 沿东西方向 (垂直于雨带) 所作的云水 (虚线, 间隔1.5×10-1 g/kg)、雨水 (实线, 间隔2×10-1 g/kg) (a, b) 和垂直速度 (间隔 15cm/s) (c, d) 的垂直剖面

    (取自分辨率为20 km、积分18 h的模拟结果, 其中: (a, c) KU方案; (b, d) KF方案)

    表  1  强降水中心强度与位置的观测与模拟

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出版历程
  • 收稿日期:  1999-09-27
  • 修回日期:  2000-08-03
  • 刊出日期:  2001-02-28

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