发展了一套具有自适应能力的三维次网格混合参数化方案,已被WRF模式引入。发展了一套基于SAS方案的尺度自适应的对流参数化。开展台风降水条件下模式微物理方案评估。
中国气象局台风数值预报重点实验室
中国气象局台风数值预报重点实验室(以下简称实验室)于2005年成立,其主要定位为:通过创新性研究和技术集成,不断改进和提高数值预报水平与质量,为提高区域及国家现代气象业务水平提供科技支撑,使实验室成为专业特色突出、具有国际影响力的台风数值预报研究基地。中国气象局科技与气候变化司是实验室的管理单位,上海市气象局是实验室的依托单位。实验室主要开展台风资料同化技术、台风模式技术、台风模式应用技术研究,建立和发展国内领先的台风数值预报系统、台风集合预报系统,以及基于台风模式的灾害预报预警系统与台风客观预报系统。近年来,实验室取得的主要科技进展在本网站上展示推介。
发展了一套具有自适应能力的三维次网格混合参数化方案,已被WRF模式引入。发展了一套基于SAS方案的尺度自适应的对流参数化。开展台风降水条件下模式微物理方案评估。
基于大涡模拟的模式边界层方案对“灰色区域”模拟能力研究。对流参数化和边界层参数化的“灰色区域”问题极大地限制了数值天气预报模式在高分辨率条件下性能的提高,这是当前高分辨新数值天气预报和气候模拟所面临的重要挑战之一。基于干对流边界层的大涡模拟试验,比较了WRF模式中四种常用的边界层参数化方案在“灰色区域”尺度下的表现,发现四种方案对边界层的热力结构和湍流统计特征均有准确的描述(刘梦娟等,2018,大气科学)。
发展了一套具有自适应能力的三维次网格混合参数化方案,已被WRF模式引入。基于大涡模拟的结果,发展了不同于一维传统大气边界层方案的三维次网格混合参数化方案,该方案具有网格自适应的功能,不仅适用于大涡尺度的模拟,而且适用于中尺度天气模拟,为高分辨率模式湍流与边界层过程的合理参数化奠定了基础(张旭等,2018,MWR)。该方案被美国中尺度预报模式WRF采用,已于2020年4月在WRF4.2版本中对外发布。
图1 各个大气边界层方案对位温廓线的模拟。左:1km分辨率结果。右:500m分辨率结果。紫色为上海宝山站探空观测的廓线(张旭等,2018,MWR)
发展了一套基于SAS方案的尺度自适应的对流参数化。针对理想超级单体,比较分析了不同分辨率的LES方法模拟结果,发现当水平分辨率达到200 m时,垂直通量才能和LES试验的结果一致。分析证实了次网格湿静力能随次网格云量的变化与模式分辨率无关,但同时,次网格质量通量不能代表全部次网格通量,这是目前深对流参数化面临的重大挑战。在LES分析的基础上,基于SAS方案发展了一个尺度自适应的对流参数化。新的尺度自适应的对流参数化在分辨率为9km、3km和1km的试验中,对降水的总体预报能力均优于原SAS对流参数化方案和无对流方案试验(黄伟等,2018,MWR)。
开展台风降水条件下模式微物理方案评估。在微物理方面,利用双偏振雷达观测,对WRF模式中3个双参方案模拟台风降水微物理特征的能力进行评估。结果表明,Thompson和Morrison方案高估大粒子,预报的降水强度低于观测,而WDM6方案高估小粒子产生更强的降水。该研究为进一步改进数值模式降水微物理参数化建立了观测基础(吴丹等,2021,MWR)。为分析华东频繁出现的空气质量问题对天气系统的可能影响,吴宛真等(2021,AAS)通过超级单体的理想实验分析了两种不同云物理方案中气溶胶对强对流的发展和降水影响。结果显示Thompson方案可以有效地形成雨滴,在地面造成强降水和较大的累积雨量,这与气溶胶活化的多寡以及云滴成长的效率有关。同时,软雹的沉降速度对微物理过程的降水以及动力上超级单体的分裂和发展有很大的影响。