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东南极地区WRF模式3种边界层参数化方案的评估
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作者 胡杰 杨堤益 +1 位作者 邹小伟 丁明虎 《极地研究》 北大核心 2025年第1期11-25,共15页
由于极地自然环境恶劣,大气观测受到较大的限制,因此,极地数值天气预报模式(Polar WRF)是在该地区开展大气科学研究的重要手段之一。本文利用Polar WRF 4.1.1模式对2020年3月—2021年3月东南极近地面气象要素进行模拟,对模式中3种边界... 由于极地自然环境恶劣,大气观测受到较大的限制,因此,极地数值天气预报模式(Polar WRF)是在该地区开展大气科学研究的重要手段之一。本文利用Polar WRF 4.1.1模式对2020年3月—2021年3月东南极近地面气象要素进行模拟,对模式中3种边界层参数化方案进行适用性评估,并利用4个从东南极海岸至冰盖穹顶分布的自动气象站逐小时地面常规气象观测资料进行分析验证。结果表明,在沿海站点,ACM2方案考虑了热量和湍流通量的多层结构,对相对湿度、风速和气压的模拟效果最好(偏差分别为–12.53%,–1.38 m·s^(–1)和0.37 hPa),整体表现出最好的模拟效果;在内陆站点,ACM2和YSU方案较强的非局地作用使得热力强迫引导的湍流混合增加,模拟效果更好;在穹顶站点,下垫面类型较为单一,局地方案(MYJ)对气温和风速的模拟效果最好(偏差分别为3.32℃和3.76 m·s^(–1))。本研究结果对未来极区边界层参数化方案改进与更系统地开展极区边界层数值模拟有重要参考价值。 展开更多
关键词 PolarWRF 东南极 数值模拟 边界层方案
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罗斯海难言岛地区近地面层风场特征分析及数值模拟 被引量:3
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作者 于海鹏 胡海波 +2 位作者 陈志昆 丁明虎 宋毅 《极地研究》 CAS CSCD 2017年第4期513-521,共9页
本文介绍了中国第3座南极常年考察站新站址候选地——罗斯海难言岛的基本信息。通过对设在其上的自动气象站的观测数据分析表明,近地面风场主要由下降风控制,西-西北风是6级以上大风的主要风向,最大风力可达12级以上,1月、11月、12月是... 本文介绍了中国第3座南极常年考察站新站址候选地——罗斯海难言岛的基本信息。通过对设在其上的自动气象站的观测数据分析表明,近地面风场主要由下降风控制,西-西北风是6级以上大风的主要风向,最大风力可达12级以上,1月、11月、12月是平均风力较小的三个月份。通过分析基于CFSR海冰资料的Polar-WRF模式模拟结果发现:Polar-WRF模式能模拟出和实测资料十分一致的下降风风场,分辨率越高越能更好的模拟出下降风的特点。难言岛附近强劲的西-西北向下降风是地形强迫的结果;来自Reeves冰川的气流是下降风的主要来源。大风的水平分布范围约为50 km。海拔1 400—300 m为下降风的加速关键区,风速最大的地方在海拔300 m高度的陡坡附近,下降风在抵达难言岛时,由于地面摩擦作用,风力已经有一定的衰减。模拟风场可以对观测资料做出有益的补充。 展开更多
关键词 难言岛 下降风 自动气象站 polar-wrf 数值模拟
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南极中山站夏季下降风数值模拟个例研究 被引量:13
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作者 孙启振 张林 +1 位作者 张占海 杨清华 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期71-81,共11页
南极内陆地面辐射冷却产生的近表层冷空气,沿高原斜坡向下流动而形成下降风,其分布形态决定了南极大陆近表层风场的主要特征。我国南极中山站全年均受下降风的强烈影响。夏季晴天时,中山站的下降风一般在傍晚开始出现,风速在午夜达到极... 南极内陆地面辐射冷却产生的近表层冷空气,沿高原斜坡向下流动而形成下降风,其分布形态决定了南极大陆近表层风场的主要特征。我国南极中山站全年均受下降风的强烈影响。夏季晴天时,中山站的下降风一般在傍晚开始出现,风速在午夜达到极值,在次日中午之前逐渐减弱,风速有显著的日循环特征。本文选取南极中山站2010年1月的夏季下降风个例,使用常规地面气象观测资料和Polar WRF极地大气数值模式进行了分析研究。结果表明:中山站夏季夜间晴天出现偏东向的下降风时,近地面风速变化趋势与地面气温呈负相关,相关系数为-0.91。数值模拟发现,中山站下降风在距地面高度约100~150m之间时风速最大,约为15~21m/s。在下降风发生时,近地层大气存在逆温现象。下降风较强时,近地层逆温也较强,逆温层厚度约为200~300m,逆温强度约为4~6℃。在地面摩擦的作用下,中山站近地面下降风风向为东南,随着高度的增加,风向逆时针偏转,最终趋于与地形等高线平行。没有太阳直接辐射时,南极大陆地区存在持续的逆温层,逆温层的出现加强了下降风气流,随着逆温的增强,大风区逐渐西移,且面积不断增加。在夏季太阳辐射造成的逆温消失的短暂时间内,逆温时产生的下降风尚不能完全消失,由此形成了较稳定的风向空间分布特征。 展开更多
关键词 南极 下降风 数值模拟 POLAR WRF
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机载双极化气象雷达多种降水粒子回波仿真方法研究 被引量:4
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作者 李海 冯开泓 +1 位作者 杨文恒 金明 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第8期2945-2954,共10页
该文提出一种机载双极化气象雷达多种降水粒子回波仿真方法。该方法基于T-Matrix方法以及天气预报模式(Weather Research and Forecasting,WRF),首先利用WRF建模仿真气象场景;其次考虑降水粒子为球形条件下,结合T-Matrix方法和微物理特... 该文提出一种机载双极化气象雷达多种降水粒子回波仿真方法。该方法基于T-Matrix方法以及天气预报模式(Weather Research and Forecasting,WRF),首先利用WRF建模仿真气象场景;其次考虑降水粒子为球形条件下,结合T-Matrix方法和微物理特性计算6种降水粒子反射率因子;最后应用雷达气象方程获得6种类型降水粒子回波信号,实现机载极化气象雷达降水粒子回波信号仿真。仿真结果表明,该方法的仿真结果可准确反映气象特征,与实测数据的对比分析进一步证实了所提方法的有效性、可靠性。 展开更多
关键词 机载极化气象雷达 天气预报 T-MATRIX 降水粒子回波仿真
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贵州威宁雹暴微物理特征的观测及数值模拟研究 被引量:4
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作者 周峰 周筠珺 +2 位作者 邹书平 杨哲 曾勇 《热带气象学报》 CSCD 北大核心 2023年第4期551-566,共16页
利用位于贵州威宁雪山镇的X波段双偏振雷达,在观测资料质量控制的基础上,结合基于模糊逻辑的水凝物粒子识别算法(HID)以及中尺度数值模式WRF,对2018年6月28日贵州威宁羊街镇的一次强雹暴天气过程进行分析。结果表明:此次冰雹过程,观测... 利用位于贵州威宁雪山镇的X波段双偏振雷达,在观测资料质量控制的基础上,结合基于模糊逻辑的水凝物粒子识别算法(HID)以及中尺度数值模式WRF,对2018年6月28日贵州威宁羊街镇的一次强雹暴天气过程进行分析。结果表明:此次冰雹过程,观测识别与模式模拟结果具有较好的一致性,主要经历发展、成熟(孕育)、成熟(降雹)、衰减(消亡)四个阶段。(1)发展阶段:低密度霰(LDG)初生于-20℃层附近(5.0~6.8 km),是冰晶(CR)与周围过冷云水的凇附作用所致;高密度霰(HDG)初生于2.6~4.2 km,由聚合物(AG)凇附周围过冷云水所形成。(2)成熟(孕育)阶段:LDG、HDG以AG粒子为主要霰胚源进行凇附增长;雨夹雹(RH)初始形成在-20℃层附近(4.2~6.8 km),由周围少量HDG为雹胚源碰冻过冷云水所致。(3)成熟(降雹)阶段:LDG通过碰并作用大量形成,HDG产生有两种源项,一是由AG粒子(3.4~6.0 km)为高密度霰胚源的凇附作用,二是由上方的LDG粒子(6.8~9.3 km),因重力沉降作用,在下沉中撞冻过冷水所形成,并最终由HDG为主要雹胚源形成RH。(4)衰减(消亡)阶段:在0℃层附近(3.4 km),零星HDG撞冻过冷雨水(RN)保持缓慢增长,继续下沉的LDG、HDG因融化作用明显,逐步转变为液态降水。 展开更多
关键词 双偏振 粒子识别 WRF数值模拟 云微物理机制
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Polar WRF模式海冰密集度方案对北极海雾模拟效果的个例研究 被引量:8
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作者 宋姝彤 衣立 +3 位作者 张苏平 王晓宇 刘一林 陈显尧 《海洋气象学报》 2019年第2期34-42,共9页
全球变暖的背景下,北极航线的常规通航甚至商业运营有望实现,而海雾会严重影响航道上船只的航行安全。海冰的存在使海气之间相互作用变得更为复杂,是研究北极海雾不可忽略的因素。船载观测发现,与中纬度常见平流冷却雾形成时气温下降速... 全球变暖的背景下,北极航线的常规通航甚至商业运营有望实现,而海雾会严重影响航道上船只的航行安全。海冰的存在使海气之间相互作用变得更为复杂,是研究北极海雾不可忽略的因素。船载观测发现,与中纬度常见平流冷却雾形成时气温下降速度往往超过海水降温速度不同,北极海雾发生时海冰的存在还会使海水降温速度超过空气降温速度。然而目前海冰分布是否会影响模式模拟海雾的准确性还不得而知,因此本文利用Polar WRF(Polar Weather Research and Forecasting)模式模拟了中国第七次北极考察中观测到的一次海雾过程,并进行海冰密集度敏感性试验。通过与船载观测和欧洲中期天气预报中心再分析数据比对发现,在低浮冰区内(海冰密集度小于50%)考虑海冰分布时可以更加准确地刻画潜热通量与水汽通量,模拟出与观测事实相符的表层空气降温与增湿过程以及相对湿度的变化,因此能够更好地刻画海雾的三维结构及其生消演变。 展开更多
关键词 北极海雾 海冰密集度 PolarWRF模式 潜热通量 水汽通量
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基于Polar WRF模型的南极冰盖气温、风速和气压数值模拟 被引量:2
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作者 张玉伦 王叶堂 侯书贵 《冰川冻土》 CSCD 北大核心 2022年第3期843-862,共20页
在全球变暖的背景下,南极已成为全球气候变化研究的热点,然而其区域内的观测站点稀疏且缺乏较长的时间序列,限制了人们对南极气候变化机制的分析与理解。Polar WRF作为目前最先进的极地区域气候模型之一,有力弥补了观测资料不足的缺陷,... 在全球变暖的背景下,南极已成为全球气候变化研究的热点,然而其区域内的观测站点稀疏且缺乏较长的时间序列,限制了人们对南极气候变化机制的分析与理解。Polar WRF作为目前最先进的极地区域气候模型之一,有力弥补了观测资料不足的缺陷,然而模式存在误差,在应用之前有必要对其定量评估。本文利用Polar WRF3.9.1对2004-2013年南极冰盖2m气温、10m风速和地表气压进行了数值模拟,并与28个气象站数据进行了对比分析,结果表明:模式对气温的模拟值在东南极沿岸偏低,在内陆偏高,在南极半岛既存在冷偏差也存在暖偏差,而对风速和气压的模拟整体呈高估。而从均方根误差和平均绝对误差的空间分布来看,模式对气温和气压的模拟结果在东南极沿岸的精度高于内陆和南极半岛,而风速则在内陆的精度要高于沿岸地区。但总体来说模拟效果较为理想,在2004-2013年间气温、风速、气压的模拟值的变化趋势与实测值的变化趋势相同。模式模拟的年平均2m气温和近地面气压在所有站点都通过了α=0.1的显著性检验,季节误差和月误差整体较小,且所有月份的相关系数都分别大于0.90与0.79。模式对10m风速的模拟精度要略低,部分沿岸站点的年平均误差超过了7.5m·s^(-1),但整体而言其在四季和各个月份的相关性均大于0.5且误差小于4.5m·s^(-1)。虽然Polar WRF作为天气模式,但在模拟长时间尺度的气候方面仍然表现较好。 展开更多
关键词 南极冰盖 Polar WRF 数值模拟 温度 风速 气压
原文传递
基于双偏振雷达对一次多单体雹暴微物理特征的观测及数值模拟研究 被引量:1
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作者 周峰 周筠珺 +2 位作者 邹书平 杨哲 曾勇 《成都信息工程大学学报》 2021年第6期655-665,共11页
为了解多单体合并作用对雹胚及冰雹演变的微物理特征,利用位于贵州威宁县雪山镇的X波段双偏振雷达,在观测资料质量控制的基础上,结合模糊逻辑粒子相态识别算法(HID)和WRF中尺度模式,对2018年6月28日云南鲁甸县的一次多单体合并降雹天气... 为了解多单体合并作用对雹胚及冰雹演变的微物理特征,利用位于贵州威宁县雪山镇的X波段双偏振雷达,在观测资料质量控制的基础上,结合模糊逻辑粒子相态识别算法(HID)和WRF中尺度模式,对2018年6月28日云南鲁甸县的一次多单体合并降雹天气过程进行分析。结果表明:此次多单体合并过程,观测识别与模式模拟结果整体一致,经历3个主要阶段:合并前阶段、合并中阶段(合并初期)、合并后阶段(合并后期)。合并前阶段:低密度霰(LDG)由雪晶(AG)和冰晶(CR)作为共同低密度霰胚源进行凇附增长;高密度霰(HDG)的两种源项分别为LDG粒子撞冻过冷云水和以AG为高密度霰胚的凇附增长。合并阶段:AG主要由CR为晶核聚合而成,CR的凝华增长参与较小;霰粒子主要以AG为胚源,形成于-5℃~-35℃层,为过冷云水与AG的混合相态区。合并后期:合并作用促进了单体内HDG的碰并增长,并最终以HDG为雹胚源形成冰雹(RH),在RH下落过程中继续撞冻过冷水保持增长并及地。合并作用使单体内部产生新的动力,使处于衰减状态的单体出现新的发展趋势;合并作用导致降雹过程产生,且降雹过程出现在多单体合并的第三个阶段,即合并后阶段(合并后期)。 展开更多
关键词 大气科学 大气物理与大气环境 多单体合并 冰雹 双偏振 粒子识别 WRF数值模拟
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Temperature biases in modeled polar climate and adoption of physical parameterization schemes 被引量:1
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作者 LIU Xiying ZHAO Jiahua XIAHuasheng BAI Tonggui ZHANG Tao 《Advances in Polar Science》 2012年第1期30-40,共11页
An annual cycle of atmospheric variations for 1989 in the Arctic has been simulated with the Weather Research and Forecasting (WRF) model. A severe cold bias was found around a cold center in surface air temperature... An annual cycle of atmospheric variations for 1989 in the Arctic has been simulated with the Weather Research and Forecasting (WRF) model. A severe cold bias was found around a cold center in surface air temperature over the Arctic Ocean, compared with results from ERA-Interim reanalysis. Four successive numerical experiments have been carried out to find out the reasons for this. The results show that the sea ice albedo scheme has the biggest influence in summer, and the effect of the cloud microphysics scheme is significant in both summer and winter. The effect of phase transition between ice and water has the biggest influence over the region near the sea ice edge in summer, and contributes little to improvement of the severe cold bias. The origi- nal crude albedo parameterization in the surface process scheme is the main reason for the large simulated cold bias of the cold center in summer. With a different land surface scheme than in the control run, cold biases of simulated surface air temperature over the Arctic Ocean are greatly reduced, by as much as 10 K, implying that the land surface scheme is critical for polar climate simulation. 展开更多
关键词 polar climate numerical simulation WRF
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