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中尺度数值模拟中的边界层多尺度湍流参数化方案

朱蓉 徐大海

朱蓉, 徐大海. 中尺度数值模拟中的边界层多尺度湍流参数化方案. 应用气象学报, 2004, 15(5): 543-555..
引用本文: 朱蓉, 徐大海. 中尺度数值模拟中的边界层多尺度湍流参数化方案. 应用气象学报, 2004, 15(5): 543-555.
Zhu Rong, Xu Dahai. Multi-scale turbulent planetary boundary layer parameterization in mesoscale numerical simulation. J Appl Meteor Sci, 2004, 15(5): 543-555.
Citation: Zhu Rong, Xu Dahai. Multi-scale turbulent planetary boundary layer parameterization in mesoscale numerical simulation. J Appl Meteor Sci, 2004, 15(5): 543-555.

中尺度数值模拟中的边界层多尺度湍流参数化方案

资助项目: 

国家973“我国重大天气灾害形成机理和预测理论研究” 973-06-02

MULTI-SCALE TURBULENT PLANETARY BOUNDARY LAYER PARAMETERIZATION IN MESOSCALE NUMERICAL SIMULATION

  • 摘要: 该文在多尺度湍流理论的研究成果基础上, 将边界层湍流风谱与平均量的梯度相联系, 建立了边界层多尺度湍流参数化子模式, 之后放入MM5模式中进行了个例模拟研究, 并与MM5模式附带的M RF边界层参数化、Blackadar高分辨率边界层参数化的模拟结果进行比较和分析。结果表明, 多尺度湍流理论能够反映出实际大气边界层中热量垂直输送的规律, 将其用于中尺度数值预报模式的边界层物理过程参数化是可行的; 多尺度湍流参数化在地表层和边界层内各个层次上都着重考虑含能量最大的涡的作用以及水平热力不均匀性的影响, 因此在地形和下垫面比较复杂的区域, 对中尺度天气系统的模拟有进一步发展的前景。
  • 图  1  分别采用多尺度湍流边界层参数化方案 (Multi-scale)、MRF方案和高分辨边界层参数化方案 (Blackadar) 预报的2002年6月22日08 :00~23日08 :00

    总降水量与实况值 (OBS) 的对比 (单位:mm)

    图  2  2002年6月23日08:00 850 hPa风场的预报场和实况场的对比

    (OBS :实况; Multiscale :多尺度湍流边界层; M RF :M RF边界层; Blackadar :高分辨边界层)

    图  3  河南与安徽部分地区2002年6月22日08 :00~23日08:00

    总降水量分布 (填色部分为地形高度, 单位:m)

    图  4  信阳气象站的6 h实况雨量与分别采用三种边界层方案的MM5模式预报降水量的比较

    (OBS :实况; M ulti-scale:多尺度湍流边界层方案; MRF :MRF方案; Blackadar :高分辨边界层方案)

    图  5  分别采用三种边界层方案的MM5模式预报的6月22日20:00信阳气象站的温度层结曲线

    (Multi-scale:多尺度湍流边界层方案; MRF :MRF方案; Blackadar :高分辨边界层方案)

    图  6  三种边界层方案在信阳站不同高度上的风矢量随时间的变化

    (Multi-scale:多尺度湍流边界层方案; MRF :MRF方案; Blackadar :高分辨边界层方案)

    图  7  三种边界层方案在信阳站不同高度上的湍流热量交换系数随时间的变化

    (纵坐标为σ坐标, 数字表示层数)

    表  1  2002年6月22日08 :00~23日08:00 18个站点的实况和预报降水量及预报准确率

    表  2  分别采用三种边界层参数化方案的MM5对4个暴雨个例模拟的结果

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出版历程
  • 收稿日期:  2003-10-08
  • 修回日期:  2004-02-17
  • 刊出日期:  2004-10-31

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