高原气象
第6卷 第s1期 1987-12-31
论文
- 复杂地形条件下嵌套细网格模式的设计——(一)数值模式的基本原理
- 颜宏
- 1987 Vol. 6 (s1): 1-63.
- 摘要 ( ) PDF (3923KB) ( )
- 本文详细地总结了P-σ混合坐标系中C型跳点网格单向嵌套模式的基本结构。首先介绍了模式的基本动力学方程组及其差分格式,着重说明了跳点网格中,特别是C型跳点网格中差分格式的下标变换方法。有限区域模式的重要方面之一是侧边界的处理,在本文中对模式的侧边界方案仅作了扼要的说明,干绝热对流调整及初始化方法也仅仅给出了基本原理的介绍。有关此三方面的详细讨论参见本专刊相应的文献。本模式采用了Arakawa-Lamb的位势拟能与能量守恒格式。其目的是力图在有地形的条件下尽可能真实地模拟大气的动力学特性。为了提高陡地形条件下气压梯度力的计算精度,我们采用了一些新的计算格式。本模式的时间积分和水平与垂直扩散项的处理都采用了一些近年发展的新技术。为了使读者能了解本模式的程序结构,本文中亦介绍了模式程序设计的基本思路。
- 初始方程P-σ混合坐标细网格嵌套模式的设计——(二)数值模式中次网格物理过程参数化
- 颜宏
- 1987 Vol. 6 (s1): 64-139.
- 摘要 ( ) PDF (4636KB) ( )
- 本文详细地介绍了在初始方程P-σ混合坐标细网格嵌套模式中各种物理过程的参数化方法。其中包括水平与垂直湍流混合、大气的不稳定对流,湿空气的绝热过程,行星边界层以及大气中的辐射过程。本文的重点在于介绍各种参数化处理中本模式所特有的一些方法,如干绝热调整中的主动与被动守恒量概念及其应用;辐射参数化中云量的引入,地形坡度的考虑等。对于一些国内外近年来发展的新方法,如用强迫恢复法(force-restore)求地表温度的方法,也作了较为详细的介绍。与第一部份(颜宏、1987)类似,为了便于读者能把原理与程序结合起来,从而加深对模式物理的数值方法的理解,本文中亦在各节中适当地介绍了程序设计的基本思路。
- 陡地形条件下温压场的三维插值诊断方法(γ KLAX方法)及其在数值预报和分析中的应用
- 颜宏;王强;吴勇
- 1987 Vol. 6 (s1): 140-159.
- 摘要 ( ) PDF (1168KB) ( )
- 本文深入讨论了温压场一维垂直插值的误差问题,以及在大地形陡坡区这种误差对气压梯度力计算和温压场诊断分析的影响。讨论指出:一维垂直外插误差的放大效应是模式大气底层气压梯度力计算以及温压场反演出现严重误差的根本原因之一。本文介绍了一种新的三维插值诊断方法(γ KLAX方法),并用误差分析法讨论了它在陡地形区的优点。本文的讨论、数值分析和预报试验结果表明,γ( KLAX方法能较好地解决大地形陡坡区的气压梯度力计算问题。用γ KLAX方法求算的对流层低层的等压面温度和位势场,以及海平面气压场,即使在陡地形区也是相当令人满意的。因此,这种新的三维插值诊断分析方法为有地形数值模式提供了一种比较精确和实用的计算方案。
- 干绝热对流调整方案的对比试验
- 钱正安;颜宏;顾弘道;佴抗
- 1987 Vol. 6 (s1): 160-170.
- 摘要 ( ) PDF (685KB) ( )
- 本文介绍了本模式的干绝热对流调整方案。该方案在综合了Anthes及郭晓岚-钱永甫方案的基础上,采用了更一般化的不稳定层结判据,提出了主动及被动调整量的概念,根据内能或位温守恒原理,设计并比较了五种主动量调整方案,先对温度(或位温)进行调整,然后再根据主动量调整时参与交换的空气质量的多少,对被动量u、v及q进行调整。对于上述方案的单点试验及预报试验表明,以内能守恒方案(E方案)效果更好。
- 初始方程细网格模式风场的初始化方法
- 顾弘道;胡行方;颜宏
- 1987 Vol. 6 (s1): 171-181.
- 摘要 ( ) PDF (642KB) ( )
- 为了更好地预报青藏高原邻近地区天气系统的新生和发展,我们进行了风场初始化方法的研究。本文给出了P-σ混合坐标下C型跳点网格中整层无辐散和各层无辐射方法的具体计算公式及步骤,着重分析风场的整层无辐散初始化方法的各种做法。结果表明:"间接消去法",即先找出整层质量通量的无辐散部份Vψ (m),再求取要修正的辐散部分Vx (m),可有效地达到消去Vx (m),保留Vψ (m)的目的。在求解泊松方程时,利用螺旋迭代法可减少不少计算时间。
- 有限区域预报模式的风场——初始化方案的试验(一)
- 胡行方;欧小余;顾弘道;颜宏;韩枫
- 1987 Vol. 6 (s1): 182-191.
- 摘要 ( ) PDF (1018KB) ( )
- 为了更好地预报青藏高原及其邻近地区天气系统的发生、发展,我们进行了风场初始化方法的研究。本文比较了P-σ混合坐标下C型跳点网格的整层无辐散、各层无辐散、地转风等三种风场初始化方案,利用1979年6月2日12时-4日12时(GMT)FGCFⅢ b资料作了试验。这三种方案初始化结果的统计分析及实例预报结果的天气学分析表明:整层无辐散方案在高原及其邻近地区优于其它方案;各层无辐散方案的动能损耗过大;地转风方案的流场在低层虽比较紊乱,但高层高度场形势预报较好。在此基础上又试验了高层采用地转风的整层无辐散的混合方案。36小时预报结果在高原地区有所改进。
- 有限区域预报模式单向影响侧边界嵌套处理技术的研究——(一)研究现状和C型跳点网格侧边界方案的设计
- 颜宏
- 1987 Vol. 6 (s1): 192-204.
- 摘要 ( ) PDF (625KB) ( )
- 本文回顾了嵌套网格预报模式中有关侧边界处理的理论与技术,在此基础上提出了C型跳点网格单向影响侧边界的嵌套计算方案。并提出了进行侧边界方案对比试验的设想。
- 单向影响嵌套侧边界处理技术的研究——(二)不同方案的对比试验分析
- 李丁民;颜宏;张振国
- 1987 Vol. 6 (s1): 205-214.
- 摘要 ( ) PDF (587KB) ( )
- 本文利用复杂地形条件下嵌套细网格初始方程干模式,采用几种不同的侧边界处理方案进行了对比试验,讨论了不同侧边界条件下模式大气的稳定性、天气形势预报及模式大气物理量的差异。结果表明:在复杂地形条件下,侧边界不适定所造成的计算波与地形之间存在相互作用现象,即使是有限区域,侧边界条件的误差对不同尺度的天气系统都存在影响。对本模式而言,采用嵌套并考虑流入流出的边界处理方案,能够允许天气、次天气尺度系统穿越边界,避免边界附近的不协调,为预报提供较为真实的环流背景信息,是较好的方法。而其他方案在计算稳定性及天气形势预报等方面都存在不同程度的缺点。
- 单向影响嵌套侧边界处理技术的研究——(三)模式自嵌套的初步试验结果
- 符二选;颜宏;王强
- 1987 Vol. 6 (s1): 215-224.
- 摘要 ( ) PDF (894KB) ( )
- 本文介绍了本模式-重单向影响自嵌套的方案,着重叙述了单向影响嵌套细网格侧边界附近的插值方法,并利用历史资料成功地进行了有、无地形干绝热条件下24、48小时自嵌套预报试验。初步试验表明:本方案计算稳定,嵌套细网格侧边界附近无紊乱现象,在细网格区对天气形势和西风急流的描写更仔细。
- 大尺度稳定性降水的预报试验
- 钱正安;颜宏;谌贵珣;陈冬炜
- 1987 Vol. 6 (s1): 225-238.
- 摘要 ( ) PDF (487KB) ( )
- 本文利用复杂地形条件下嵌套细网格预报模式 [1],使用1979年6月2日20时-6日20时的FGGEⅢ b级资料序列,进行了大尺度稳定性降水预报的对比试验.文中采用修改了的饱和凝结法计算大尺度稳定性降水。各组对比试验结果指出:(1)以不同初始场作预报时,24小时预报比48小时预报更好,特别是在中低纬度;(2)每步调用大尺度降水过程,从物理上讲较合理,其预报结果也较每小时调用大尺度降水过程的预报更好;(3)在高温高湿的南方或季节,降水预报对Fr特别敏感;(4)模式考虑地形以后,对500hPa及以下层次的形势和流场改进明显;(5)湿模式的预报较干模式有所改进,大尺度降水潜热加热使系统的移速加快,使对流层低层降压,也影响了低层的流场,但这种加热主要集中在880-740hPa。
- 细网格模式辐射参数化方案的对比试验——(一)太阳短波辐射
- 何光碧;魏丽;颜宏
- 1987 Vol. 6 (s1): 239-246.
- 摘要 ( ) PDF (504KB) ( )
- 本文通过一个实例的加热场计算,比较了三种计算太阳短波辐射参数化方法,即递推方案、简单云体分类法和郭晓岚-钱永甫方案(郭晓岚和钱永甫,1981,1982) [1,2]。结果表明,前二种方案与原设计要求相符(颜宏等,1987) [8]。递推方案在物理上考虑仔细,计算结果最合理,但较费时间;简单云体分类法求得的地表面太阳辐射加热率与前者基本一致,各层对大气的短波加热率则不如递推法合理,计算方法比较简单;郭晓岚-钱永甫方法比较简单,但在有云天情况下,不如前二种方法合理。这些为今后使用与改进这些方案,提供了有意义的根据。
- 细网格模式辐射参数化方案的对比试验——(二)地气长波辐射
- 魏丽;颜宏;何光碧
- 1987 Vol. 6 (s1): 247-254.
- 摘要 ( ) PDF (751KB) ( )
- 细网格嵌套模式的长波辐射参数化,是在郭晓岚-钱永甫五层模式辐射参数化方法的基础上引进了云量参数;在平均面透射率和黑体辐射强度通量的计算中,采用了较经济的查表法;同时设计了三种计算面透射率方法,以便在经过对比之后,确定适用于研究或业务预报的方法。本文中进行了以下三组数值试验:(1)引进云量参数的郭晓岚方法。(2)原郭晓岚方法(未引进云量参数)。(3)经过简化的钱永甫提出的面透射率计算方法。同时,我们还比较了查表法和直接用解析公式计算求透射率和黑体辐射强度通量所需计算时间及计算结果的精度。经数值对比试验后,我们得到如下结果:(1)求算长波辐射加热率时,采用查表法能节省计算时间,同时保持必要的计算精度。(2)引入云量参数后,使模式的长波非绝热加热更接近实际。(3)原郭晓岚方法与钱永甫改进方法计算的长波加热率量级相当,主要分布特征也相差不多,但相比来看,后者比前者更合理一些。
- 地表反照率和土壤含水量的综合估算及其在地面加热场计算中的影响
- 颜宏;魏丽;陈玉春;李素华;李作芳;李兰萍;胡一红;仇理
- 1987 Vol. 6 (s1): 255-266.
- 摘要 ( ) PDF (532KB) ( )
- 为了更切合实际地给出可供细网格数值模式使用的地表反照率资料,我们收集了国内外各种地表反照率资料,综合估算出四个季节及年平均(2.5°×2.5°格距,范围为0°-180°E、30°S-90°N)的球面格点地表反照率资料及四个季节相同区域与格点上的土壤含水量资料,并比较了综合估算值同其他资料的差别。同时,我们还提出了有关太阳天顶角和浅层土壤含水量对地表反照率影响的参数化计算公式,给出了初步的统计结果。最后,我们设计了三组数值对比试验,讨论了地表反照率对地面加热场计算的影响.
- 一种简单而实用的数值预报产品图像显示方案
- 欧小余;颜宏;陈玉春;朱晓黎
- 1987 Vol. 6 (s1): 267-275.
- 摘要 ( ) PDF (599KB) ( )
- 本文介绍了在宽行打印机上如何以平面图、垂直剖面图、垂直环流图及通量图等形式输出数值预报产品或诊断分析结果的方案。本方案使用灵活,在目前国内计算条件下,不失为对数值预报结果或诊断分析进行图像显示的有效方法.
- 资料诊断分析与预报的评分检验
- 陈玉春;颜宏;顾弘道;欧小余
- 1987 Vol. 6 (s1): 276-284.
- 摘要 ( ) PDF (983KB) ( )
- 根据数值预报结果的评分检验和资料诊断分析的需要,设计了诊断分析和评分检验方案。该方案既可对不同等压面上的FGGEⅢ b级资料、初始化资料及预报结果资料采用不同的评分方法(均方根、标准差、相关系数、偏差及S 1评分法)进行评分检验;也可对上述资料进行尺度分离等诊断分析,还可用于不同图像的输出。本方案功能齐全,通用性强,使用灵活方便,是预报评分检验及诊断分析的有力工具。
- 复杂地形条件下嵌套细网格模式干绝热预报的初步结果
- 李素华;颜宏;陈玉春
- 1987 Vol. 6 (s1): 285-299.
- 摘要 ( ) PDF (962KB) ( )
- 本文利用复杂地形条件下嵌套细网格预报模式 [1]进行了干绝热方案(未计凝结,辐射等物理过程)的预报试验,用1979年6月初FGGEⅢ b级资料进行了有、无地形的48小时数值预报。结果表明:模式的稳定性情况良好,有地形方案比无地形方案的预报结果更接近于实况,而且在同一方案同一层次中,北部比南部预报得要好;流场预报比高度场预报得好;对某些中尺度系统有一定预报能力;对地形动力影响旋生效应等均有较好的模拟。该模式大气的演变是符合大气动力学理论的。
- 三个个例的数值预报结果分析
- 李素华;陈玉春;钱正安;宋洁
- 1987 Vol. 6 (s1): 300-315.
- 摘要 ( ) PDF (724KB) ( )
- 本文利用本模式和1979年FGGEⅢ b级历史资料,对春、夏及冬季三个个例进行了24-60小时的预报试验。初步试验结果表明,本模式预报性能良好,基本上报出了横槽转向,寒潮爆发;大槽在高原西侧受阻分裂,减速东移,下高原后加速东移并再度加强的过程;同时本模式对西南低涡及暴雨也有较好预报能力。但对低纬度地区及对流层高层的预报,有待进一步改进。