数值模式中次网格尺度地形效应的参数化研究
  • 【摘要】

    由于模式的分辨率有限,不能被模式分辨的地形称为次网格尺度地形,次网格尺度地形在热力和动力方面对实际大气有着不可忽略的作用,其效应只能通过参数化的形式回馈给模式.本研究主要针对次网格尺度地形的动力过程参数化,一般而言,次网格尺度地形的动力作用主要包括:(1)湍流过山引起的次网格尺度湍流地形拖曳力;(2)次网格尺度地形对气流的阻挡、分流并在背风坡形成背风涡引起的阻挡(分流背风涡)地形拖曳力;(3)气流... 展开>>由于模式的分辨率有限,不能被模式分辨的地形称为次网格尺度地形,次网格尺度地形在热力和动力方面对实际大气有着不可忽略的作用,其效应只能通过参数化的形式回馈给模式.本研究主要针对次网格尺度地形的动力过程参数化,一般而言,次网格尺度地形的动力作用主要包括:(1)湍流过山引起的次网格尺度湍流地形拖曳力;(2)次网格尺度地形对气流的阻挡、分流并在背风坡形成背风涡引起的阻挡(分流背风涡)地形拖曳力;(3)气流过山激发出的地形重力波向上传播并发生破碎引起的重力波地形拖曳力.本文重点研究湍流地形拖曳力的性质与影响,及其湍流地形拖曳力的次网格尺度参数化.在数值模式中考虑湍流地形拖曳力的影响,以往只是单纯地将此影响归结为增加地表粗糙度,称为有效粗糙度法.近年来,根据渐近理论,利用数值模拟的方法发展了理论上和实用性上更为完善的新一代湍流地形拖曳力参数化方案,该类方案在考虑了坡度和坡向的影响前提下,通过独立的物理过程方案来影响模式,并具有三维特性,而不像有效粗糙度法只局限于地表.在数值天气预报模式中考虑湍流地形拖曳力的影响,对完善模式物理过程和改善模式近地层预报效果具有积极意义.本文通过单柱模式模拟了湍流地形拖曳力的特性,比较了"有效粗糙度法"和"直接参数化法"的优劣,并进一步比较了两种近年来发展并得到应用的湍流地形拖曳力参数化方案.文章通过在GRAPES有限区域模式中设置理想起伏地形,分别讨论了两种方案对地形水平尺度和分辨率的敏感性.得出一些有指导意义和实际应用意义的结论.最后,将两个方案接入到GRAPES有限区域模式中,进行了个例模拟并与NCEP再分析资料进行了比对,检验湍流地形拖曳力方案对模式的改进作用,讨论其对局地低层风场和其他近地层气象要素的影响. 收起<<

  • 【作者】

    薛海乐 

  • 【学科专业】

    气象学

  • 【授予学位】

    硕士

  • 【授予单位】

    中国气象科学研究院

  • 【导师姓名】

    沈学顺

  • 【学位年度】

    2010

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    地形拖曳力%单柱模拟%次网格尺度地形%动量交换%GRAPES