一、积云一维数值模式敏感性及动力催化数值试验研究(论文文献综述)
孙磊[1](2021)在《区域CWRF-Lake耦合系统的构建以及对湖泊模拟的改进》文中研究指明与周围陆地相比,湖泊具有低反射率、高比热容、低地表粗糙度和充沛的水汽供应等明显差异,并通过与大气的能量、水汽和动量交换,从而对局部天气和区域气候产生影响。因此,湖泊过程在区域模式中的准确表示,对于真实描述湖泊-陆地-大气之间的相互作用以及提高数值模拟和预报能力十分重要。当前区域模式中的湖泊模拟存在如下关键科学技术问题需解决:一是区域模式通常使用预先设定的湖表温度或者交互的一维(1-D)模型对湖泊进行处理,前者无法表示湖气之间的相互作用,而后者对浅湖(通常定义为平均深度小于3 m,如太湖)热力结构的模拟能力则有待提高,且因缺少水平过程在深湖(如五大湖)适用性较差;二是3-D水动力模型对深湖热力结构的还原存在明显优势,但因计算网格和架构的差异性使得其与区域模式耦合难度较大;三是以往构建的区域耦合系统几乎均未考虑汇湖径流和湖泊之间连接通道流的处理,因此无法进行在线动力水位预报。本文通过构建区域CWRF-Lake耦合系统,对以上问题进行研究,主要贡献包括:第一,将上层海洋湍流模型UOM(内置于区域气候模式CWRF)进行修改,以应用于浅湖的模拟。修改后的UOM模型与其他1-D湖泊模型,分别为-方程湍流模型SIMSTRAT、风驱动热力模型LISSS和两层自相似模型FLake,利用太湖的涡度相关通量观测进行了系统性的调试与评估。结果表明,默认配置的各模型模拟的水体温度存在较强冷偏差,并且严重低估了湖表温度的昼夜变化范围。通过在湖表粗糙度、短波吸收衰减和垂直混合等三个方面的改进,各模型表现均得到显着提升。其中,UOM的主要改进包括:1)利用新的参数化方案替代固定的表面粗糙度,准确地表示了湖泊的表面特征,从而改善了表面温度的模拟;2)增强消光系数和表面短波吸收率以表征太湖较高的浑浊度,进一步减小了水体温度的冷偏差;3)提高湍流普朗特数以抑制高估的湍流混合强度,从而准确地还原了湖表温度的昼夜变化。进一步将改进后的各模型相互比较发现,UOM在还原湖表温度昼夜-日-季节变化和热力结构季节差异等方面均优于其他模型。第二,利用先进的CPL7耦合器框架,将3-D水动力模型FVCOM与CWRF进行双向耦合,以应用于深湖的模拟。首先对CWRF-FVCOM耦合系统的主要设计和具体实现进行了详细阐述。然后将该3-D耦合系统应用到五大湖区域,基于多年(1999-2015)历史模拟实验,与多种观测和CWRF基准实验(使用前人研究校准后的LISSS模型去表示五大湖,UOM模型因未考虑冰雪过程而未使用)进行对比评估。结果表明,由于缺少水平过程,LISSS模型提前了湖泊春季热力分层的开始时间,从而导致湖表温度产生了严重的暖偏差,且几乎无法还原湖冰的变化。另一方面,FVCOM通过完整准确地描述了五大湖复杂的动力特征,极大地提高了各湖泊湖表温度、湖冰覆盖和垂直热力结构的季节变化和年际变化的模拟能力,并且真实地还原了各湖泊季节环流特征。第三,改进的五大湖模拟对区域气候产生明显的影响。在暖季,湖表温度暖偏差的移除显着降低了表面热通量(尤其是潜热通量),使得近湖气温的暖偏差得到纠正,并引起低空风场出现地转响应。与此同时,水汽通量和热通量的降低以及大气稳定性的增强导致了流域内总体降水的减少。另一方面,湖泊的净流域供给(=降水-蒸发+汇湖径流)和连接通道流决定了五大湖长期水位的变化。CWRF-FVCOM通过对净流域供给各分量(尤其是径流)的合理处理,以及利用水位-落差-流量关系式去动态诊断湖泊间的连接通道流,成功实现了五大湖在线动力水位预报。模拟结果表明,CWRF-FVCOM可以较为准确地还原各湖泊净流域供给的变化,从而合理地再现了各湖泊水位的季节变化和年际变化。综上所述,本研究构建的区域CWRF-Lake耦合系统,通过将1-D UOM模型(与CWRF相同格点紧密耦合)和3-D FVCOM模型(与CWRF不同格点通过CPL7耦合)分别应用于浅湖和深湖,有效地提高了湖泊的模拟能力,而且具备动力水位预报的能力。但是,冰雪物理过程需在UOM模型未来发展中被考虑,使得其能够有效应用于中高纬度湖泊的模拟。此外,UOM和FVCOM都具备盐度预报功能,因此该耦合系统也适用于近海。CWRF网格的精细化和关键物理方案(尤其是水文过程)的优化以及FVCOM近海网格的构建是耦合系统未来发展的重点,以期最终构建适用于我国季节内到季节尺度的区域气候预测系统,同时应用于沿海水位的预报以及流域和大气相互作用的研究。
罗仕[2](2021)在《夹卷混合过程与云滴谱离散度的相互作用及其参数化》文中指出云是地球系统中重要的组成部分,云和环境空气之间的湍流夹卷混合过程对云的宏微观物理特性、暖云降水形成过程以及气溶胶间接效应的评估都有显着影响。然而对该过程的理解还很有限,参数化方案还需要进一步改进。而且夹卷与云滴谱离散度的相互作用有待深入理解:一方面,夹卷混合机制对云滴谱离散度的影响还缺乏定量的分析,主导云滴谱离散度和夹卷率相关关系的物理机制和关键影响因子还不清楚;另一方面,离散度对夹卷混合机制的影响在传统的夹卷混合机制定量描述方法中没有考虑。本文围绕以上问题开展研究,主要结论如下:本文使用显式混合气泡模式(EMPM),在不同初始条件下驱动模式,模拟了约2.3万个个例,增强了模拟结果的代表性。基于未消散的约1.2万个个例发现,随着高度的增加,夹卷混合机制由非均匀混合向均匀混合转变,因为夹卷高度越低,云滴尺度越小,越容易发生完全蒸发。随着混合时间的推移,夹卷混合机制由均匀混合向非均匀混合过渡,再向均匀混合发展。综合利用这些模拟结果的云微物理量,建立了夹卷混合机制的参数化方案。通过参数化方案计算出的云滴数浓度和EMPM中的实际数浓度之间具有很好的一致性,证明了参数化方案的可靠性。由于EMPM是为研究夹卷混合过程而设计的,不限于特定的区域,且大量模拟考虑了影响夹卷混合机制的不同因子,因此,该参数化方案具有普适性。除了云滴数浓度,本文还定量分析了夹卷混合机制对云滴谱离散度的影响:随着混合均匀程度的减小,离散度先增大后减小,这修正了传统定性分析结果的片面性(认为夹卷混合越非均匀,离散度越大),并且具有理论支撑(当极端非均匀机制发生时,离散度会减小到与绝热云一致)。离散度与混合均匀程度之间的正负相关性与小滴数浓度有关,本文提出了两个新的无量纲量来定量描述小滴的作用以及云滴部分蒸发和完全蒸发的强弱。当部分蒸发大于完全蒸发时,小滴增多,此时如果完全蒸发较强,离散度与混合均匀程度负相关;如果完全蒸发较弱,两者正相关。另外,当完全蒸发大于部分蒸发时,两者正相关。正负相关性也受到卷入环境空气相对湿度、环境空气比例和湍流耗散率的影响。夹卷过程除了夹卷混合机制外,夹卷率是另一个重要的物理量。以往的观测研究表明离散度和夹卷率之间的关系可为正相关或为负相关,结论不一致。本文利用EMPM再现了正负相关关系,并揭示了导致正负相关性的机理,提出了概念模型。当卷入的环境空气中含有云凝结核时,卷入凝结核的活化是小滴的主要来源。如果小滴蒸发占主导,并能使环境空气达到新的饱和,那么离散度和夹卷率呈负相关;如果小滴蒸发的同时,大滴亦大量蒸发,那么离散度和夹卷率呈正相关。如果卷入的环境空气中不含凝结核,夹卷混合过程以大滴的蒸发为主,两者呈正相关。两者相关性亦与诸多因子有关:负相关对应着较大的垂直速度、环境空气相对湿度、卷入环境空气个数以及较小的云滴数浓度和适中的湍流耗散率和含水量。以上内容讨论了夹卷过程对离散度的影响,反过来,离散度的大小亦会影响夹卷混合机制。以往研究中在分析夹卷混合机制时,往往假定初始谱分布的离散度较小,甚至等于0;随着夹卷混合过程的进行,体积平均半径减小,符合理论预期。但是,本研究发现当初始谱分布的离散度较大时,体积平均半径在蒸发过程中会逐渐增大,原因是小滴容易完全蒸发,大滴的比例增大。此时,体积平均半径与含水量或数浓度呈负相关,这种现象可能被错误地认为是非均匀混合并随后抬升过程。基于上述两种微物理关系定义的传统均匀混合程度均为负值,表明传统方法存在局限性。本文提出了一种考虑离散度的定量描述夹卷混合机制的新方法,称为分档-加权均匀混合程度。该方法将夹卷混合均匀程度的计算拓展到了适用于宽谱的情形。新方法的合理性有三个论据作为支撑。第一,分档-加权均匀混合程度始终在0~1.0这个范围内,当离散度减小为0时,该物理量与传统的均匀混合程度等价;第二,分档-加权均匀混合程度与丹姆克尔数的倒数以及过渡尺度数之间呈正相关关系,和理论预期一致;第三,分档-加权均匀混合程度在夹卷混合过程中均先减小后增大,具有清晰的物理解释。对云滴数浓度、含水量、卷入环境空气尺度、权重函数以及初始谱分档数量进行了敏感性试验,验证了上述结果的可靠性。
窦芳丽[3](2021)在《风云三号微波湿度计台风降水云区资料的仿真和同化》文中进行了进一步梳理星载微波遥感仪器在云和降水区的观测包含与天气系统的热力、动力过程相关的关键大气信息,具有提高灾害性天气预报准确度的潜力,因此在过去十年间,全球各数值预报中心都逐步开展了微波资料的云降水区同化研究,我国自主研发的数值预报模式对云和降水区的观测信息需求日益迫切。微波探测仪资料云降水区同化因存在辐射传输计算不准确、云降水区同化技术方案不完善等问题,是国际学术界的研究热点,尤其是在存在固态水凝物的热带对流降水云区的同化挑战性较大。本文针对风云三号星微波湿度计(Microwave Humidity Sounder,MWHS)资料在台风降水云区的同化开展研究,取得的进展和结论如下:(1)建立MWHS全天候观测仿真模型,采用观测模拟偏差分析、垂直截面分析和亮温概率密度分布分析对全天候观测仿真模型的模拟效果进行了分析,利用欧洲中期天气预报中心全球模式进行对比验证,结果表明全天候仿真低估了云中水凝物的散射作用,区域模式比全球模式存在更严重的预报云错位问题。目前国内外研究对MWHS通道,尤其是118GHz通道的云降水区观测信息缺少定量评估,本文利用两种方法对该问题进行了研究:利用雅可比矩阵方法计算了各通道对水凝物的敏感性和敏感高度,利用自由度减少方法定量评估了各通道在台风对流降水云区的大气和云信息量,结果表明,118GHz频段和183GHz频段在台风对流降水云区的观测主要信息量均来自于雪,分别占该频段湿大气总信息量的98.2%和76.8%,118GHz通道穿透能力强,能够探测到的高度更低,且通道数较多,因此比183GHz包含更多雪信息量。(2)为改进全天候仿真精度,对辐射传输模式的雪粒子散射计算方案进行了改进。数值模式云的错位问题是影响全天候观测-模拟偏差计算的关键,本文提出了一种新的基于主被动联合观测的方法,主被动联合的观测-模拟偏差能够减轻云错位问题造成的影响,精确评估不同非球形散射计算方案的模拟效果。基于该方法建立了适用于微波湿度计台风区观测的雪粒子散射方案,优选出大块状聚合体、盘状等单形状假设散射方案,其中最好的大块状聚合体(Large Block Aggregate)方案计算的主被动观测模拟偏差从球形方案的-16.52K减小到1.09K,均方根误差从26.74K减小到19.03K。进一步建立了雪的非球形粒子集合方案,利用带约束的最小二乘法统计计算了非球形粒子集合散射方案中不同形状的权重比例,非球形粒子集合方案计算的平均偏差为-0.07K,均方根误差为12.68K。经多个台风场景的全天候仿真检验,非球形粒子集合方案相对于球形粒子方案能够有效的减轻全天候仿真云中水凝物散射效应偏低的问题,改进了观测-模拟偏差的分布偏度(通道9偏度从0.34改进到0.28;通道15偏度从0.51改进到0.47)和平均偏差(通道9从-3.34K改进到-3.03K,通道15从-6.77K改进到-5.15K),使分布更接近无偏高斯分布。(3)由于台风降水云区MWHS观测信息量主要来自于雪等固态水凝物,本文对传统的一维贝叶斯反演加三维变分同化总水汽量方案进行了改进,将同化台风降水云区总水汽量的原方案替代为同化MWHS固态水凝物柱总量。基于改进的辐射传输散射方案和贝叶斯方法反演台风降水云区的固态水凝物,并通过在同化模式中耦合水凝物观测算子实现了MWHS资料在台风降水云区资料的变分同化。台风个例同化结果表明,改进的一维贝叶斯反演加三维变分同化水凝物方法能够通过影响初始场的温湿度和风场,显着改善对台风风场结构和台风最大风速的模拟,同时改善了台风降水云螺旋结构的预报。
缪昊[4](2021)在《基于CloudSat/CALIPSO卫星资料的云宏微观物理属性研究及在FAMIL2中的应用》文中指出当前气候模式对增暖背景下云反馈过程的模拟存在很大的不确定性,而导致这种不确定性的重要原因是,模式中云和云辐射过程的模拟依然是一个薄弱的环节。在气候模式中,影响云辐射过程模拟的云物理属性众多,云属性模拟的准确性将直接影响到云辐射效应的模拟性能。而想要提高气候模式对云的模拟能力,首先需要对观测资料中云宏微观物理属性有比较清楚的认知。本文使用2007至2010四年的Cloud Sat/CALIPSO卫星观测资料,指出了再分析资料云量模拟偏差的异同点和原因,评估了气候模式对不同属性云的辐射效应的模拟性能,揭示了模式中影响云辐射效应模拟的云宏微观物理属性的观测分布特征。同时对观测的临界相对湿度进行拟合,改进了相对湿度诊断云方案,并在FAMIL2气候模式中对新改进方案进行应用和检验。论文的主要研究结论如下:(1)三套再分析资料基本上都可以再现卫星观测中云量的空间分布和垂直结构特征,但在数值上都存在显着的偏差,并且各再分析资料之间的差异较大。ERA-Interim和JRA-55对中、低云的模拟较好,但对高云则表现出一定的低估。相反,MERRA-2在高云的模拟方面有优势,但它严重低估了中、低云的云量。进一步研究发现,再分析资料云量模拟低估的根本原因是对应的模式低估了总含水量的次网格变率,导致模式中云量生成的阈值要求更高,在同等湿度条件下,云越不容易产生。(2)几乎所有CMIP6模式模拟的大气顶净的云辐射效应都偏强,主要原因是长波云辐射效应模拟偏弱,而短波云辐射效应模拟偏强。此外,气候模式大多高估了云水路径或云量较大的云的短波云辐射效应,而对云水路径或云量较小的云的短波云辐射效应是低估的。同时,模式低估了云水路径或云量较大的云的发生频率,而对其余类型的云则是高估。对于长波云辐射效应模拟偏差的分析发现,气候模式对冰水路径较大的云的发生频率低估更加明显。从模拟偏差定量分解的结果来看,云的发生频率模拟偏差所引起的误差占主导。(3)从CloudSat/CALIPSO卫星观测的结果来看,临界相对湿度的分布主要跟高度和纬度相关。临界相对湿度在垂直方向上呈现双模态特征,表现为随高度先减小后增大。而在纬向上,中、低纬度地区的值整体上小于高纬度地区,副热带地区的值最小。临界相对湿度的值越大,说明次网格变率越小。通过考虑随高度和纬度的变化规律,使用两个指数函数组合的拟合方案较好地抓住了临界相对湿度的观测分布特征,改进相对湿度诊断云方案。(4)水平非均匀性参数V在不同的高度和纬度上有明显的空间分布特征,并且该分布特征受季节差异、海陆分布、日变化等因素的影响较小。进一步研究不同类型云对应的水平非均匀性发现,水云的水平非均匀性弱于冰云的水平非均匀性,大尺度层状云(如雨层云、卷云)的水平非均匀性弱于对流性云(如积云)的水平非均匀性。(5)云微物理属性和宏观云量不同,没有明显的季节变化,主要在垂直方向上呈现出显着的变化特征。对于暖云(液态),云水含量和粒子数浓度随高度的增加而减小,在8公里附近消失,而粒子有效半径在8-14μm的范围内相对均匀的分布。对于冰云(固态),云水含量同样随高度的增加而减小,但是云粒子数浓度的分布则相对均匀。此外,不同类型云的微物理属性存在差异。对于暖云(液态),积云的云水含量和粒子数浓度最大,卷云的值最小;而对于冰云(固态),深对流云的云水含量和粒子数浓度最大,层积云的值最小。对于大多数类型云而言,高原地区固态水含量和粒子数浓度都大于华东和西北太平洋地区的值,而液态微物理量的区域差异正好相反。(6)在临界相对湿度拟合工作的基础上,改进了相对湿度诊断云方案,并应用到FAMIL2气候模式中进行检验。AMIP试验结果显示,原方案下模式对低纬度地区中、高云和大洋东岸低云的模拟低估严重,而新改进方案明显改善了FAMIL2气候模式中云量模拟的负偏差。就水球试验而言,新旧两种方案下的增暖试验都显示FAMIL2气候模式大气顶净的云辐射效应具有正的变化,反映了模式中的云在增暖背景下(+4K SST)起到加速增暖的作用。同时,新改进方案的使用对FAMIL2气候模式气候敏感度的影响较小,新旧方案对应的气候敏感度参数λ分别为0.632和0.605 K m2 W-1,两者都接近前人研究的结果。
王义凡[5](2020)在《考虑历史和未来气候变化的台风风场多尺度模拟》文中提出东南沿海地区是我国台风灾害最严重的区域,平均每年有6个台风强度级别以上的热带气旋进入24小时警备线内,给沿海地区超高层建筑、输电铁塔和风力机等结构造成威胁,并且受全球气候变化影响这些地区未来台风灾害可能会进一步增加。因此,加快开展工程场地台风演化规律以及台风风场特性分析,建立并完善在建在运营期间工程结构台风短期灾害预警和灾后评估体系,同时考虑未来气候变化因素对沿海地区极端台风灾害影响,具有重大现实意义。为此,本文基于考虑历史和未来气候数据的中尺度数值模式,同时结合现场实测和理论分析等多种技术手段,在近海台风演化规律、工程场地台风风场模拟、台风风剖面统计特性、以及未来气候对登陆台风影响等方面开展了以下工作:1.基于WRF模式的近海强化型台风模拟:针对近年来西北太平洋地区三次典型历史强化型台风,开展基于WRF(Weather Research and Forecating)台风模块的高精度台风演化规律模拟,重点分析不同网格精度、微物理方案和海表面通量方案对这三次台风的近海快速强化过程和登陆后强度弱化阶段模拟结果影响,同时利用中国气象局公布的台风路径强度和降雨等实测数据对台风模拟结果进行验证分析。2.基于跨尺度台风模拟框架的城市近地面风场分析:结合WRF台风模块、不同尺度湍流模拟方案和地理信息系统(GIS)地形地貌处理技术,提出适用于复杂城市地貌工程场地的跨尺度台风风场模拟框架。首先基于台风模块和移动网格双向嵌套方案进行中尺度台风模拟,然后将输出的台风模拟结果作为下一步WRF-LES(Large eddy simulation)模块的初始和边界条件,同时考虑高精度地形地貌进行局地近地面风场多尺度模拟。以2015年台风“灿鸿”过境杭州期间九堡大桥位置近地面风场实测数据为依据,详细设计多尺度模拟试验方案并验证分析了多尺度台风风场模拟框架的有效性和实用性。3.沿海复杂山地外围台风风场高精度模拟分析:基于沿海气象站点和舟山输电线路沿线位置风场实测数据,分析了在台风泰利外围风场影响期间舟山沿海和复杂山地位置风速风向变化特征。然后利用高精度地形地貌数据和WRF多层嵌套网格技术,针对舟山复杂山地台风风场进行了 50米水平网格精度LES模拟,并基于实测数据验证了台风路径和舟山位置风速风向模拟能力,对比了舟山复杂地形中不同典型位置三维风场变化特征。4.基于气象再分析数据的我国东南沿海台风平均风剖面统计分析:根据欧洲中长期天气预报中心最新公布的高精度气象再分析数据,结合中尺度台风模拟结果对比分析了台风边界层风场结构,统计了 2008至2017年间65个沿海台风近中心位置大量高空风剖面样本,系统分析了台风近中心低空急流风剖面特征。本研究揭示了中国东南沿海地区台风近中心位置低空急流风剖面的环向分布特性,提出了适用于沿海超高层建筑抗台风设计的低空急流风剖面模型参数。5.考虑全球气候变化背景的将来登陆台风评估:基于多个CMIP5全球模式气候数据定量分析了西北太平洋和中国沿海地区海表面温度在不同时间气候状态下变化情况。然后利用CMIP5模式模拟预测的温度和大气湿度等热力学要素的气候数据,采用WRF-PGW(Pseudo-global Warming)技术对近十年来登陆中国沿海地区的十个超强台风进行全球气候变化背景下中尺度模拟评估,重点分析登陆期间台风强度变化情况,为将来台风灾害评估提供参考。
王强[6](2020)在《风电场尾流效应及其对大气环境影响的中尺度数值模拟研究》文中指出随着我国风电产业的爆炸式发展,大规模风电场发展需要对其复杂的风资源环境、风电场的开发潜力及其对大气环境的反馈作用等进行系统评估,这将为实现我国风电产业高效可持续环境友好型的发展提供保障。本文基于数值天气研究与预报(WRF)模式和空气质量(CMAQ)模型,建立了耦合风电场参数化模型(WFP)的WRF-WFP-CMAQ耦合模型框架,并对其进行了系统地评估和验证,模拟了不同尺度风电场的尾流效应及其大气环境效应,为风电产业的发展提供了科学合理的研究方法和实践数据。首先,基于WRF-WFP耦合模型探究了相邻风电场的尾流及功率输出干扰特性。以新疆哈密地区两相邻大型风电场为研究对象,探究场区的尾流效应及功率输出特性,定量地评估了大型风电场对其相邻风电场的流动及运行干扰特性。分析了模型对高水平网格分辨率的敏感性,实现了150 m高水平分辨率下相邻风电场的中尺度模拟。结果发现大型风电场对其下游尾流影响的范围为2030 km且其下游邻近风电场发电亏损量级约5.8%。因此,证实了风能富集区建设大规模风电场保留合理的“缓冲区”的必要性。其次,以河北张北风电基地为研究对象探究了大型风电基地的尾流效应、功率输出特性及其对大气边界层的影响。结果发现尾流效应的强度和范围不仅与风资源特性有关,还与风电场的规模及地形特征密切相关:平坦地形下,大规模场区和小规模场区产生最大的速度亏损分别为11%和8%,且尾流在下游35 km和20 km处恢复;山地地形下,简单山地地形风电场和复杂山地地形风电场的尾流影响范围为6 km或更小。此外,风电基地对当地大气边界层的影响显着且持续,对较远下游区域的影响则微小且偶然发生。最后,基于验证良好的WRF-WFP-CMAQ耦合模型探究了全国风电场的大气环境效应。首次评估了我国风电产业10年(20092018)发展情景对气象要素和大气污染物的影响及其大气物理机理。研究发现,全国风电场对大气环境的影响呈现较强的季度差异性。对于气象要素,冬季的影响与风电场分布密切相关且呈现局地效应,夏季的影响由中尺度大气环流变化引起且呈现南北区域效应。全国风电场并未产生额外的大气污染物,但它促使大气污染物重新分布,导致区域大气污染物发生南北区域性扩散和传输。同时,这种影响逐年增加,夏季尤为明显。近些年,京津冀地区PM2.5增幅为6.76μg/m3,长三角地区PM2.5降幅达5.25μg/m3。因此,政府需通过行政或经济方式平衡不同地区的风电发展,减缓风电产业对大气环境的不利影响,从而实现我国风电产业可持续环境友好发展。
大卫·兰道尔,CECILIA M.BITZ,GOKHAN DANABASOGLU,A.SCOTT DENNING,PETER R.GENT,ANDREW GETTELMAN,STEPHEN M.GRIFFIES,PETER LYNCH,HUGH MORRISON,ROBERT PINCUS,JOHN THUBURN,田晓阳,贾朋群[7](2019)在《第12章 地球系统模式开发100年》文中进行了进一步梳理今天的全球地球系统模式起源于对流层天气系统的简单区域模式。过去的一个世纪,模式的物理现实性稳步提升,而模式的范围已扩大到包括全球对流层和平流层、海洋、含植被陆面和陆地冰盖。本章大致按时间顺序概述了成就今天模式的许多概念和技术的深远进步。为简洁起见,我们省略了对化学和生物地球化学,以及陆地冰盖作用的讨论。
黄亚[8](2019)在《三峡水库区域水文气候效应及其未来趋势预测》文中进行了进一步梳理三峡工程是当今世界上最大的水利枢纽工程之一,具有防洪、发电、航运、养殖、供水等综合效益,对库区及长江中下游地区的经济发展和生态状况具有重要作用。自2003年水库蓄水以来,库区形成一个长600多km,宽1~2km,总面积达1084km2的人工湖泊。在气候变化和人类活动的影响下,库区及上游流域自然状态和地表水文情势均发生了明显变化,这对流域水资源综合利用与管理、防洪和抗旱带来了新的挑战。定量分析全球气候变化和水库区域气候效应对库区及上游流域水文气候的影响,对于深入理解大型水利工程区域水文气候效应与作用机制,研究流域未来气象灾害发生规律、灾害预警以及水资源高效利用等方面具有重要的科学意义和应用价值。本论文的主要研究目标是研究全球气候变化和三峡水库区域气候效应综合影响下的长江上游流域水文过程变化规律,揭示水库蓄水对陆面水文过程和区域气候的作用机制。围绕上述研究目标,论文以三峡库区及上游流域为研究对象,在区域气候模式参数方案敏感性评估、区域气候效应与未来极端气候、陆-气耦合模拟系统构建及应用、径流过程预测等方面展开研究。研究取得的主要结论及创新成果包括:(1)基于多目标函数秩评分法综合评估区域气候模式(Reg CM4)的模拟能力,对比分析不同积云对流参数化方案和陆面过程方案的选取对长江上游流域模拟性能的影响。72组混合参数化方案对长江上游流域气温具有较好的模拟性能,但对降水的模拟性能较差。降水对积云对流参数化方案具有较强的敏感性,Kain-Fritsch方案对长江上游降水的综合模拟性能最优,而生物圈-大气圈传输方案(Biosphere-Atmosphere Transfer Scheme,简称BATS)对长江上游气温的综合模拟性能最优。在Kian-Fritsch积云对流方案下,与BATS陆面方案相比,CLM陆面方案具有更高的土壤湿度和感热通量以及更少的蒸散发和降水量,直接导致CLM方案模拟的地表气温偏高。CLM方案中偏暖的地表气温和偏少的蒸散发促使模拟水汽输送能力偏弱,导致CLM方案模拟的降水偏少。同时,CLM方案相对偏干的大气在一定程度上也增加了到达地表的净辐射通量,改变了地表能量收支,进而造成CLM与BATS模拟的地表气温差异扩大。(2)基于Reg CM4分析三峡水库的区域气候效应及其对库区极端降水的影响,揭示三峡水库区域气候效应作用机制。在湖泊方案L1情景下,除春季外,其他季节库区气温均有所上升,年平均气温升温达到0.12℃;年平均降水减少0.28mm/day,其中春季和夏季的减少程度最大;蒸发在秋季和冬季增加,在春季和夏季减少,全年平均增加0.04mm/day。根据MSE、CAPE以及CIN等指标变化差异表明,在水库水面冷却作用影响下,库区白天对流活动受到抑制,导致库区内降水显着减少,进而影响极端降水;气温的变化主要是水库与周围陆地之间进行了大量的能量交换,对区域年内能量收支起到了调节的作用;蒸发变化主要受CLM4.5湖泊模型中湖面0.05m处的水温与2m高度气温之间的温度梯度大小及方向的季节性变化影响,同时还受浅层水温与深层水温的温度梯度大小影响;在湖泊方案L2情景下,弱降水事件受库区气候效应的影响程度明显大于强降水事件。库区内弱降水事件(50th以下)的强度和频次均显着下降;强降水事件(90th以上)的频次略有减少,但其对年降水量的贡献及强度均略有增加。水库区域气候效应对降水的影响集中在20km以内,对未来2021-2050年的各项极端降水指数年际变化趋势没有明显影响。(3)基于Reg CM4、可变下渗容量模型(Variable Infiltration Capacity Model,简称VIC模型)以及基于分位数映射法(Quantile mapping method,简称QM法)的气候要素校正模型构建长江上游流域单向陆气耦合模拟系统。基于广义似然不确定性估计方法(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation,简称GLUE)对VIC水文模型参数进行敏感性分析,结果表明可变下渗能力曲线形状参数B和第二层土层厚度D2为模型中的敏感性参数。基于GLUE法计算的95%置信区间基本涵盖验证期各站点的实测径流量,表明构建的VIC大尺度分布式水文模型对长江上游径流的模拟具有一定的可行性。VIC模型能够较好的模拟长江上游流域的日尺度和月尺度水文过程和流量峰现时间,在校准期和验证期的纳什系数均在0.9以上,相对误差在±10%以内。VIC模型对流域丰水年的模拟性能优于枯水年,对丰水年的年径流总量存在低估,而对枯水年的年径流总量存在高估。基于分位数映射法构建了气候要素订正模型,并对基于单分布和混合分布的分位数映射法订正性能进行评估,根据均方根误差、和方差、相关系数等评估指标,均表明混合分布分位数映射法对降水的订正效果优于单分布。(4)基于陆气耦合模拟系统模拟长江上游流域未来气候和水文过程,定量分析气候变化和库区气候效应对径流过程及径流组分的影响。Reg CM4动力降尺度预测结果表明,与基准期1971-2000年相比,未来2021-2050年长江上游流域东部趋于暖干,而西部区域暖湿,流域总径流减少约4.1%~5%,融雪径流减少约36%~39%,极端径流略有降低。径流减少主要在流域东南部,降水的减少以及蒸发量的增加是导致该地区径流大量减少的直接原因。水库区域气候效应对总径流的影响程度与全球气候变化的影响程度相当,并影响径流的小尺度周期。在典型浓度路径(Representative Concentration Pathways,简称RCPs)的未来RCP 4.5情景下,湖泊方案L1和湖泊方案L2中水库区域气候效应使得流域年径流总量分别增加了2.9%和3.7%,极端径流略有增加,表明水库区域气候效应在一定程度上缓解了气候变化对径流的不利影响。水库区域气候效应对降水的空间格局及结构的改变是导致流域年径流量变化的主要因素。
刘佩[9](2019)在《对流云吸湿性核播撒减雨的数值模拟研究》文中进行了进一步梳理本文利用特拉维夫大学二维面对称分档云模式,对华东地区秋季一次暖性对流降水过程进行模拟,模式模拟的强回波中心高度和最大雷达回波范围与观测基本一致。在此基础上进行了吸湿性核的播撒减雨试验,分别考虑了不同播撒时间、不同播撒核粒径范围、不同播撒高度以及不同播撒剂量的敏感性测试。并进一步改变初始CCN条件,模拟了不同污染条件下的云及降水,以及对此条件下的云进行不同粒径的吸湿性播撒。结果表明:1)播撒全谱的吸湿性核,在云的发展阶段早期播撒能起到更好的减雨效果,播撒时间越早对大粒子生长过程的抑制作用越强,随着播撒时间的向后推移,受抑制作用最显着的粒径段向小粒径端偏移。在云发展阶段早期播撒小粒径吸湿性核能取得与播撒全谱吸湿性核基本相同的减雨效果,而播撒中档粒径或大粒径的吸湿性核对降水无明显的影响,说明对此减雨起主导作用的为小粒径的吸湿性核。2)在云中心过饱和度大的区域下方播撒小粒径吸湿性核,减雨效果更加明显。当播撒浓度为350cm-3的小粒径吸湿性核时,地面累积降水量减少率可达23.3%。随着播撒剂量的增加,减雨效果更加显着,甚至能达到消雨的效果。因此,在暖性对流云中合理地播撒小粒径吸湿性核能达到较好的减雨或消雨效果。3)随着污染程度的增强,即初始CCN数浓度的增加,云的发展明显减弱,降水量也明显减少。4)随着污染程度的增强,即初始CCN数浓度的增加,播撒的全谱吸湿性核中小粒径吸湿性核抑制降水的主导作用逐渐减弱,而大粒径吸湿性核促进降水提前发生的作用逐渐增强。当初始CCN数浓度增加到2010cm-3时,播撒全谱的吸湿性核已无法使降水减少。此时,只有播撒小粒径吸湿性核才能达到减雨的效果。5)不同污染程度下,即不同初始CCN数浓度条件下,播撒的全谱吸湿性核中的中档粒径段吸湿性核均对降水无明显的影响。
曹蓓[10](2019)在《WRF模式云参数方案对一次台风降水个例模拟的验证和改进》文中认为论文通过使用中尺度数值模式WRF中的双参数云微物理方案WDM6针对2008年台风“凤凰”登陆过程中造成的强降水进行数值模拟,通过卫星模拟器利用MTSAT-1R和TRMM卫星观测的红外云顶亮温TBB、PR雷达反射率资料使用统计方法验证模拟结果。通过修改云水向雨水自动转化过程、冰晶核化过程、雪和霰的下落末速度、雪和霰的截距进行敏感性试验,减小模拟结果和卫星实际观测结果的差异。研究结果表明:(1)WDM6方案模拟的台风“凤凰”登陆后的暴雨和大暴雨的位置和范围基本符合实况,但存在模拟的降水强度局部偏强的现象。WDM6方案对于红外云顶亮温的总体模拟效果与卫星实况较为吻合,模拟的强对流云系的分布和移动接近观测,但也存在模拟的强对流云系范围偏小和模拟的云顶亮温在部分地区偏高等问题。长时间序列的区域平均红外云顶亮温TBB表明观测和模拟的TBB时间变化趋势基本相同,呈现为正位相关系。模拟的对流柱状雷达回波与观测一致,对流柱的位置接近观测,但回波强度和回波顶高偏高。(2)云顶亮温TBB和降水顶高度PTH联合直方图说明WDM6方案模拟产生了较多的浅对流云,低估了对流云系的出现频率。不同云类型的雷达反射率等高频率高度图CFAD显示模拟的对流云系雷达回波垂直分布接近观测。(3)敏感性试验结果说明修改WDM6方案中云水向雨水自动转化率减小了模拟的云顶亮温TBB与观测的差值,模拟的雷达回波强度和回波顶高更接近实况,无回波区域范围减小,有效的改善了WDM6方案的模拟效果。同时发现云滴初始数浓度影响云水向雨水自动转化率并最终影响云系结构和雷达反射率的模拟结果,过高的云滴初始数浓度会使模拟结果变差,采用改进的云水向雨水自动转化率公式能有效改善WDM6方案的模拟效果。
二、积云一维数值模式敏感性及动力催化数值试验研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、积云一维数值模式敏感性及动力催化数值试验研究(论文提纲范文)
(1)区域CWRF-Lake耦合系统的构建以及对湖泊模拟的改进(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景和意义 |
1.2 研究现状综述 |
1.2.1 区域气候模式的现状 |
1.2.2 湖泊数值模拟的现状 |
1.2.3 区域耦合系统的现状 |
1.3 本文拟研究的问题和内容安排 |
1.3.1 问题的提出 |
1.3.2 本文主要研究内容 |
1.3.3 本文章节安排 |
第二章 模型与耦合器 |
2.1 区域气候模式CWRF |
2.2 一维湖泊模型 |
2.2.1 方程湍流模型UOM |
2.2.2 k-ε方程湍流模型SIMSTRAT |
2.2.3 风驱动热力模型LISSS |
2.2.4 两层自相似模型FLake |
2.3 三维水动力模型FVCOM |
2.4 海冰模型CICE |
2.5 耦合工具MCT与耦合器CPL7 |
2.5.1 耦合工具MCT |
2.5.2 耦合器CPL7 |
第三章 改进的一维湖泊模型对浅湖模拟能力的提高 |
3.1 前言 |
3.2 研究湖泊与观测 |
3.3 改进方案与实验设计 |
3.3.1 改进方案 |
3.3.2 控制实验设计 |
3.4 模型的改进 |
3.4.1 控制实验 |
3.4.2 敏感性实验 |
3.4.3 独立评估 |
3.5 模型的相互比较 |
3.5.1 夏季状况 |
3.5.2 秋季状况 |
3.6 小结 |
第四章 CWRF-FVCOM区域耦合系统的构建以及对深湖模拟能力的提高 |
4.1 前言 |
4.2 耦合系统设计 |
4.2.1 进程与通信 |
4.2.2 网格分解与交换数据 |
4.2.3 插值与重新排列 |
4.2.4 时间控制 |
4.2.5 分量接口设计 |
4.2.6 模式架构调整 |
4.3 实验设计与评估数据 |
4.3.1 实验设计 |
4.3.2 评估数据 |
4.4 五大湖模拟的改进 |
4.4.1 湖表温度 |
4.4.2 湖冰 |
4.4.3 垂直热力结构 |
4.4.4 季节环流 |
4.5 小结 |
第五章 改进的湖泊模拟对区域气候的影响与动力水位预报 |
5.1 前言 |
5.2 评估数据 |
5.3 区域气候影响 |
5.3.1 风场与湿度 |
5.3.2 表面能量收支 |
5.3.3 气温与降水 |
5.4 动力水位预报 |
5.4.1 五大湖的水量平衡 |
5.4.2 径流与通道流的处理 |
5.4.3 实验设计 |
5.4.4 实验结果 |
5.5 小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 论文工作总结 |
6.2 论文创新点 |
6.3 讨论和展望 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
(2)夹卷混合过程与云滴谱离散度的相互作用及其参数化(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 前言 |
1.1 研究目的及意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 暖云降水形成 |
1.2.2 湍流夹卷混合过程的提出 |
1.2.3 夹卷混合机制的判别 |
1.2.4 夹卷混合机制的参数化 |
1.2.5 夹卷混合过程与云微物理量之间的关系 |
1.3 研究内容和技术路线 |
1.3.1 问题的提出 |
1.3.2 研究内容 |
1.3.3 技术路线流程图 |
参考文献 |
第二章 云中夹卷混合机制参数化方案的建立 |
2.1 模式介绍及参数设置 |
2.1.1 数值模式介绍 |
2.1.2 驱动EMPM的气象要素资料 |
2.1.3 EMPM中参数的设置 |
2.2 定量夹卷混合机制的方法 |
2.2.1 基于云微物理量的计算方法 |
2.2.2 基于动力参数的计算方法 |
2.3 夹卷混合机制的参数化方法 |
2.4 夹卷混合机制参数化方案的建立及测试 |
2.5 本章小结 |
参考文献 |
第三章 夹卷混合机制对云滴谱离散度的影响 |
3.1 云滴谱离散度和均匀混合程度之间的关系 |
3.2 影响云滴谱离散度和均匀混合程度关系的因子 |
3.2.1 敏感性试验的设置 |
3.2.2 对照试验 |
3.2.3 不同影响因子的影响 |
3.2.4 初始云滴谱谱宽的影响 |
3.2.5 影响因子的概念模型 |
3.3 讨论 |
3.4 本章小结 |
参考文献 |
第四章 云滴谱离散度和夹卷率之间的关系及其影响因子 |
4.1 云滴谱离散度和夹卷率之间的关系 |
4.2 EMPM的设置 |
4.3 夹卷率的计算 |
4.4 影响云滴谱离散度和夹卷率关系的关键因子 |
4.4.1 卷入环境空气中是否包含CCN |
4.4.2 小滴的来源追踪 |
4.5 影响云滴谱离散度和夹卷率关系的其他因子 |
4.5.1 垂直速度的影响 |
4.5.2 卷入环境空气相对湿度的影响 |
4.5.3 卷入环境空气个数的影响 |
4.5.4 湍流耗散率的影响 |
4.5.5 云滴数浓度的影响 |
4.5.6 含水量的影响 |
4.6 概念模型 |
4.7 本章小结 |
参考文献 |
第五章 考虑云滴谱离散度的夹卷混合机制的定量化研究 |
5.1 初始云滴谱 |
5.2 EMPM参数的设置 |
5.3 初始云滴谱离散度对云微物理量的影响 |
5.4 传统定量化夹卷混合机制方法的适用性 |
5.5 定量化夹卷混合机制的新方法 |
5.6 新方法的验证 |
5.6.1 合理的取值范围 |
5.6.2 与动力参数的一致性 |
5.6.3 合理的变化趋势 |
5.7 新方法稳定性的检验 |
5.7.1 云滴数浓度的敏感性试验 |
5.7.2 含水量的敏感性试验 |
5.7.3 卷入环境空气尺度的敏感性试验 |
5.7.4 权重函数的敏感性试验 |
5.7.5 云滴谱分档数量的敏感性试验 |
5.8 本章小结 |
参考文献 |
第六章 总结与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 论文特色及创新点 |
6.3 研究展望 |
参考文献 |
附录 |
作者简介 |
致谢 |
(3)风云三号微波湿度计台风降水云区资料的仿真和同化(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第1章 引言 |
1.1 研究背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 云降水区卫星资料同化概况 |
1.2.2 云降水区卫星资料同化方法 |
1.2.3 星载微波探测仪资料的同化 |
1.2.4 国内云降水区微波资料同化进展 |
1.3 云降水区同化中的不确定性问题 |
1.3.1 云降水区同化方案存在的问题 |
1.3.2 云降水区同化中辐射传输的不确定性 |
1.4 论文章节安排 |
第2章 散射辐射传输及卫星资料同化理论 |
2.1 散射辐射传输理论 |
2.1.1 被动毫米波散射辐射传输 |
2.1.2 有云大气中的散射过程 |
2.1.3 单粒子散射计算方法 |
2.2 卫星数据同化理论 |
2.2.1 观测和模式误差 |
2.2.2 观测和模式的混合:贝叶斯角度的分析 |
2.2.3 变分同化方法 |
2.3 本章小结 |
第3章 台风区MWHS全天候观测仿真 |
3.1 引言 |
3.2 观测资料和模式数据分析 |
3.2.1 微波湿度计观测资料 |
3.2.2 Cloud Sat二级产品资料 |
3.2.3 RTTOV-SCATT模式 |
3.2.4 WRF模式数据分析 |
3.2.5 ECMWF全球模式数据 |
3.3 基于WRF预报场的全天候观测仿真评估 |
3.4 基于ECMWF预报场的全天候观测仿真评估 |
3.5 模拟亮温对水凝物的敏感性分析 |
3.5.1 基于模式廓线的雅可比分析 |
3.5.2 基于Cloud Sat云廓线的雅可比计算 |
3.6 微波湿度计通道信息量分析 |
3.7 本章小结 |
第4章 台风降水云区辐射传输散射方案改进 |
4.1 引言 |
4.2 研究路线 |
4.3 数据和模式分析 |
4.3.1 MWHS、Cloud Sat-TC和 AMSR-2 GPROF数据 |
4.3.2 主被动观测匹配台风个例 |
4.3.3 辐射传输模式和单散射特性库 |
4.3.4 主被动观测对台风水凝物的目标敏感性分析 |
4.4 基于Cloud Sat观测的雪廓线反演 |
4.4.1 非球形雪粒子Z_e-IWC关系计算 |
4.4.2 雷达衰减订正 |
4.4.3 雪混合比廓线反演结果:个例研究 |
4.4.4 微物理特性对Z_e-IWC函数和反演的影响 |
4.5 MWHS辐射传输散射方案改进 |
4.5.1 被动辐射传输计算 |
4.5.2 雪散射计算最优方案选取 |
4.5.3 非球形粒子集合散射方案验证 |
4.6 本章小结 |
第5章 MWHS台风降水云区资料同化 |
5.1 同化方法和个例介绍 |
5.1.1 GSI同化模式 |
5.1.2 云中水含量观测算子 |
5.1.3 1D-Bay+3DVar同化方案 |
5.1.4 台风个例描述 |
5.2 云区水凝物反演 |
5.2.1 MWHS云中固态水路径反演 |
5.2.2 MWRI云中液态水路径反演 |
5.3 台风同化试验和结果 |
5.3.1 试验设计 |
5.3.2 同化结果 |
5.4 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 论文创新点及主要贡献 |
6.3 未来研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
(4)基于CloudSat/CALIPSO卫星资料的云宏微观物理属性研究及在FAMIL2中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景及研究意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 CloudSat/CALIPSO卫星资料相关研究 |
1.2.2 云量和云辐射效应的模拟评估研究 |
1.2.3 次网格变率研究 |
1.2.4 云的水平非均匀性研究 |
1.2.5 云的微观物理属性研究 |
1.3 拟研究的科学问题 |
1.4 论文主要内容和章节安排 |
第二章 云量和云辐射效应的模拟评估 |
2.1 引言 |
2.2 资料和方法介绍 |
2.2.1 资料介绍 |
2.2.1.1 卫星观测资料 |
2.2.1.2 再分析资料 |
2.2.1.3 CMIP6 模式资料 |
2.2.1.4 云模拟器输出资料 |
2.2.2 资料处理 |
2.3 云量的模拟评估 |
2.3.1 空间分布 |
2.3.2 垂直结构 |
2.3.3 云型演变 |
2.3.4 地区差异 |
2.4 云辐射效应的模拟评估 |
2.4.1 多模式集合的模拟评估 |
2.4.2 短波云辐射效应 |
2.4.3 长波云辐射效应 |
2.5 本章小结 |
第三章 临界相对湿度的观测分析及参数化 |
3.1 引言 |
3.2 基于相对湿度的诊断云方案 |
3.3 再分析资料对次网格变率的模拟评估 |
3.3.1 温湿廓线 |
3.3.2 相对湿度廓线 |
3.3.3 云量廓线 |
3.3.4 临界相对湿度廓线 |
3.4 临界相对湿度的分布特征和参数化 |
3.4.1 临界相对湿度的气候态分布 |
3.4.2 临界相对湿度的参数化 |
3.5 本章小结 |
第四章 云的水平非均匀性研究 |
4.1 引言 |
4.2 资料和方法介绍 |
4.2.1 资料介绍 |
4.2.2 方法介绍 |
4.3 云的水平非均匀性的分布特征 |
4.3.1 使用一维物理量计算的参数V |
4.3.2 使用三维物理量计算的参数V |
4.3.3 不同物理量计算的参数V的比较 |
4.4 不同类型云的水平非均匀性 |
4.4.1 各云型对应的参数V的分布特征 |
4.4.2 不同情况下参数V的分布差异 |
4.5 本章小结 |
第五章 云微物理属性的特征分析 |
5.1 引言 |
5.2 资料和方法介绍 |
5.2.1 资料介绍 |
5.2.2 资料处理 |
5.3 云微物理量的垂直和季节变化特征 |
5.3.1 水云(液相) |
5.3.2 冰云(冰相) |
5.4 不同类型云的微物理量的分布特征 |
5.4.1 水云(液相) |
5.4.2 冰云(冰相) |
5.5 本章小结 |
第六章 诊断云方案的改进及在FAMIL2 中的应用 |
6.1 引言 |
6.2 模式介绍和试验设计 |
6.2.1 模式介绍 |
6.2.2 试验设计 |
6.2.2.1 AMIP试验 |
6.2.2.2 水球试验 |
6.3 新旧方案下云量的模拟评估(AMIP试验) |
6.4 新旧方案下FAMIL2 的气候敏感度(水球试验) |
6.4.1 云反馈 |
6.4.2 气候敏感度 |
6.5 本章小结 |
第七章 总结和展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 主要结论 |
7.3 创新点 |
7.4 未来展望 |
参考文献 |
附录 |
致谢 |
(5)考虑历史和未来气候变化的台风风场多尺度模拟(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 研究现状 |
1.2.1 近海强化型台风模拟研究 |
1.2.2 工程场地台风风场多尺度模拟 |
1.2.3 台风平均风剖面特性分析 |
1.2.4 气候变化背景下台风模拟研究 |
1.3 全文安排 |
第二章 基于WRF模式的近海强化型台风模拟 |
2.1 WRF模式简介 |
2.1.1 大气控制运动方程 |
2.1.2 网格嵌套方案 |
2.1.3 物理参数方案 |
2.1.4 海表面通量方案 |
2.2 典型强化型台风数值试验设计 |
2.2.1 三次历史超强台风概况 |
2.2.2 台风海燕数值试验方案 |
2.2.3 台风莫兰蒂数值试验方案 |
2.2.4 台风利奇马数值试验方案 |
2.3 中尺度台风模拟结果验证和分析 |
2.3.1 台风海燕模拟结果 |
2.3.2 台风莫兰蒂模拟结果 |
2.3.3 台风利奇马模拟结果 |
2.4 结论 |
第三章 基于跨尺度台风模拟框架的城市近地面风场分析 |
3.1 WRF模式湍流参数化方案 |
3.1.1 PBL边界层参数化方案 |
3.1.2 LES湍流参数化方案 |
3.2 高精度GIS下垫面信息 |
3.2.1 地形高程数据 |
3.2.2 土地利用类型数据 |
3.3 跨尺度台风风场模拟框架 |
3.4 杭州地区台风多尺度风场模拟 |
3.4.1 灿鸿台风实测介绍 |
3.4.2 中尺度台风模拟试验设计 |
3.4.3 近地面风场模拟试验设计 |
3.5 台风多尺度风场模拟结果验证分析 |
3.5.1 台风路径和强度 |
3.5.2 台风近中心风场 |
3.5.3 杭州地区近地面风场 |
3.5.4 九堡大桥位置风速场 |
3.6 结论 |
第四章 沿海复杂山地外围台风风场高精度模拟分析 |
4.1 台风泰利风速实测 |
4.1.1 近海气象站点风速实测 |
4.1.2 复杂山地位置风速实测 |
4.2 山地台风风场多尺度模拟 |
4.2.1 模拟思路 |
4.2.2 数值试验设计 |
4.2.3 高精度舟山地形地貌 |
4.3 台风风场模拟结果验证和分析 |
4.3.1 模拟台风路径验证 |
4.3.2 嵌套网格水平风场 |
4.3.3 气象站点模拟风速验证 |
4.3.4 输电线路位置模拟风速验证 |
4.3.5 不同地形位置三维风场分析 |
4.4 结论 |
第五章 基于气象再分析数据的我国东南沿海台风平均风剖面统计分析 |
5.1 气象再分析数据台风样本 |
5.1.1 ERA5数据介绍 |
5.1.2 台风风速剖面样本 |
5.1.3 台风路径强度验证分析 |
5.2 台风边界层风场结构分析 |
5.2.1 台风灿鸿路径强度分析 |
5.2.2 台风近中心水平风速垂直结构 |
5.2.3 台风近中心低空急流特征分析 |
5.3 基于多个台风的平均风剖面统计分析 |
5.3.1 不同象限位置风剖面样本统计 |
5.3.2 平均风剖面拟合分析 |
5.4 超高层建筑台风平均风荷载分析 |
5.4.1 高层建筑台风风压剖面 |
5.4.2 顺风向台风平均风荷载 |
5.5 结论 |
第六章 考虑全球气候变化背景的将来登陆台风评估 |
6.1 西北太平洋地区气候变化分析 |
6.1.1 CMIP5全球气候模式 |
6.1.2 海表面温度增量 |
6.2 基于WRF-PGW的将来台风模拟评估思路 |
6.3 基于WRF-PGW的典型登陆台风模拟方案设计 |
6.3.1 历史台风概况 |
6.3.2 台风模拟方案设计 |
6.4 基于WRF-PGW的台风模拟结果分析 |
6.4.1 历史台风集成模拟结果验证分析 |
6.4.2 基于单个CMIP5模式的台风PGW模拟结果 |
6.4.3 基于CMIP5模式平均气候的台风PGW模拟结果 |
6.5 结论 |
第七章 结论与展望 |
7.1 本文创新点 |
7.2 本文工作总结 |
7.2.1 基于WRF模式的近海强化型台风模拟 |
7.2.2 基于跨尺度台风模拟框架的城市近地面风场分析 |
7.2.3 沿海复杂山地外围台风风场高精度模拟分析 |
7.2.4 基于气象再分析数据的我国东南沿海台风平均风剖面统计分析 |
7.2.5 考虑全球气候变化背景的将来登陆台风评估 |
7.3 进一步研究展望 |
参考文献 |
作者简历 |
攻读博士学位期间的科研成果 |
(6)风电场尾流效应及其对大气环境影响的中尺度数值模拟研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
术语表 |
第1章 绪论 |
1.1 引言 |
1.2 风电场与大气边界层的相互作用及研究方法 |
1.3 风电场数值研究的模拟策略 |
1.4 国内外研究进展 |
1.4.1 风电场的尾流及运行特性研究 |
1.4.2 风电场的气候及环境效应研究 |
1.5 本文的研究内容 |
第2章 风电场数值模拟方法 |
2.1 大气湍流 |
2.1.1 大气湍流概述 |
2.1.2 大气湍流控制方程 |
2.1.3 大气湍流运动及湍流通量 |
2.2 大气边界层 |
2.2.1 大气边界层特征 |
2.2.2 近地层规律 |
2.3 中尺度数值模拟方法 |
2.3.1 WRF模式 |
2.3.2 CMAQ模型 |
2.3.3 风电场参数化模型 |
2.4 风电场参数化模型的评估与验证 |
2.4.1 风电基地及资料 |
2.4.2 数值试验方法 |
2.4.3 评价指标 |
2.4.4 结果分析 |
2.5 本章小结 |
第3章 相邻风电场尾流及运行干扰效应 |
3.1 引言 |
3.2 风电场及资料 |
3.2.1 风电场简介 |
3.2.2 测风数据分析 |
3.3 数值模式及试验设计 |
3.3.1 模式方案配置 |
3.3.2 数值试验设计 |
3.4 模型验证及其对水平网格分辨率敏感性 |
3.4.1 风速的验证分析 |
3.4.2 风向的验证分析 |
3.5 整场尾流效应及功率输出 |
3.5.1 整场尾流效应 |
3.5.2 整场功率输出 |
3.6 相邻风电场的作用及评估 |
3.6.1 尾流干扰效应 |
3.6.2 功率输出干扰效应 |
3.6.3 相邻风电场干扰效应的评估 |
3.7 本章小结 |
第4章 大型风电基地尾流效应及功率输出 |
4.1 引言 |
4.2 风电场及数据资料 |
4.2.1 风电场简介 |
4.2.2 模拟时段风资源特性 |
4.3 数值模式及试验 |
4.3.1 数值模式 |
4.3.2 配置方案及数值试验 |
4.3.3 风电场参数化及评估方法 |
4.4 水平网格分辨率敏感性及模型验证 |
4.4.1 风速对比验证分析 |
4.4.2 风向对比验证分析 |
4.5 风电场的尾流效应 |
4.5.1 不同风况下风电场的尾流效应 |
4.5.2 不同地形下风电场的尾流效应 |
4.6 风电场的功率输出特性 |
4.6.1 不同风况下风电场的功率输出特性 |
4.6.2 运行状况欠佳风电场 |
4.7 本章小结 |
第5章 大型风电基地对大气边界层影响 |
5.1 引言 |
5.2 大型风电基地及资料 |
5.2.1 河北张北风电基地 |
5.2.2 测风数据资料 |
5.3 数值模式及试验设计 |
5.4 模型验证及显着性检验 |
5.5 不同季度下大气边界层的影响 |
5.5.1 轮毂高度风速的影响 |
5.5.2 地表温度的影响 |
5.5.3 大气边界层高度的影响 |
5.6 大气边界层影响的昼夜差异性 |
5.7 风电基地对大气边界层影响的评估 |
5.8 本章小结 |
第6章 全国风电场的大气环境效应研究 |
6.1 引言 |
6.2 中国风电发展数据库及观测资料 |
6.2.1 中国风电场数据库 |
6.2.2 观测资料及主要城市圈 |
6.3 数值模式及试验设计 |
6.3.1 WRF-CMAQ数值模式框架 |
6.3.2 模式配置方案 |
6.3.3 数值试验设计 |
6.4 数值方法验证及显着性检验分析 |
6.4.1 WRF模式验证分析 |
6.4.2 CMAQ模型验证分析 |
6.4.3 显着性检验分析 |
6.5 气象要素的季度平均影响 |
6.5.1 气象要素的季度平均影响规律 |
6.5.2 气象要素影响的大气物理机理 |
6.6 大气污染物的季度平均影响 |
6.6.1 大气污染物的季度平均影响规律 |
6.6.2 大气污染物影响的大气物理机理 |
6.7 全国风电场对大气环境的长期影响规律 |
6.7.1 主要城市圈的大气环境效应 |
6.7.2 京津冀地区大气环境效应的条件分析 |
6.8 全国风电场发展的影响与讨论 |
6.9 本章小结 |
第7章 全文总结与展望 |
7.1 全文总结 |
7.2 创新点归纳 |
7.3 工作展望 |
参考文献 |
作者简历 |
(7)第12章 地球系统模式开发100年(论文提纲范文)
1 引言 |
2 开始之前 |
a 动力核心的早期工作 |
b 辐射传输的早期工作 |
c 1950年情况 |
3 20世纪50年代 |
a 动力核心进展 |
b 关于边界层、陆面、云和积云对流参数化的早期工作 |
c 1960年前 |
4 水瓶座时代①的模式发展 |
a GFDL模式 |
b Leith的模式 |
c UCLA模式 |
d NCAR模式 |
e 20世纪60年代其他进展 |
f 20世纪60年代末的情况 |
5 20世纪70年代 |
a 更多模式小组 |
b 大气动力核心 |
1)谱方法流行 |
2)格点模式的改进 |
c 增加平流层 |
d 20世纪70年代的边界层和云参数化 |
1)边界层参数 |
2)积云参数 |
e GFDL衍生海洋模式家族 |
1)BRYAN(1969B)海洋模式的传承 |
2)支持数值模式构建团体 |
3)受MOM启发诞生的海洋程序 |
f 20世纪70年代和80年代海冰模式的进展 |
g 全球变暖模拟 |
6 20世纪80年代 |
a 公共模式开启 |
b 20世纪80年代的大气动力核心 |
c 20世纪80年代的辐射传输研究 |
d 20世纪80年代的边界层和云参数化 |
e 重力波的动量传输 |
f 20世纪80年代的陆面模拟 |
g 再分析 |
h 全球变暖引发社会关注 |
7 20世纪90年代 |
a 新模式,以及模式团队之间的新交互 |
b 大气动力核心 |
c 大气和海洋模式中垂直坐标的演变 |
1)准欧拉垂直坐标 |
2)准拉格朗日方法 |
d 20世纪90年代的辐射传输模拟:统一 |
e 20世纪90年代的边界层、云和气溶胶参数化 |
f 20世纪90年代的陆面模拟 |
g 海冰模拟在20世纪90年代的发展 |
8 进入21世纪 |
a 大气动力核心的当前问题 |
1)大气和海洋模式中的水平网格 |
2)耦合器 |
b 辐射传输参数化的当前问题 |
c 在全球大气模式中表示云过程的新方法 |
1)全球云分辨模式 |
2)超参数化 |
3)云微物理和气溶胶 |
d 海洋模式的当前问题 |
1)海洋模式对比 |
2)中尺度涡旋和等密度面扩散的参数化 |
3)在海洋内部和边界层内混合的跨等密度面湍流混合 |
e 海冰模式中的当前问题 |
f 陆面模式中的当前问题 |
9 未来 |
a 分辨率增加 |
b 大气动力核心的未来 |
c 辐射参数化的未来 |
d 云和微物理参数化的未来 |
e 海洋模式的未来 |
f 海冰模式的未来 |
g 陆面模式的未来 |
10 前路迢迢 |
(8)三峡水库区域水文气候效应及其未来趋势预测(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 前言 |
1.1 研究背景 |
1.2 研究意义 |
1.3 国内外相关研究进展 |
1.3.1 水库气候效应研究进展 |
1.3.2 陆气耦合模拟研究进展 |
1.3.3 三峡水库气候效应研究进展 |
1.3.4 相关研究中存在的问题 |
1.4 主要研究内容和技术路线 |
1.5 拟解决的关键科学问题 |
1.6 小结 |
第二章 区域气候模式物理参数化方案性能评估 |
2.1 引言 |
2.2 区域气候模式RegCM简介 |
2.2.1 RegCM系列模式发展历史 |
2.2.2 RegCM4基本物理过程 |
2.3 RegCM4的模拟评估及参数化方案敏感性分析 |
2.3.1 试验设计与数据 |
2.3.2 多目标函数评分法 |
2.3.3 综合评估结果 |
2.3.4 不同陆面参数化方案对RegCM4气候模拟的影响 |
2.4 本章小结 |
第三章 三峡水库区域气候效应及作用机制 |
3.1 引言 |
3.2 三峡库区基本概况 |
3.3 试验设计与数据使用 |
3.3.1 模型配置与试验设计 |
3.3.2 观测数据预处理 |
3.3.3 水汽通量和水汽通量散度 |
3.4 三峡库区气候效应评估 |
3.4.1 三峡库区气候模拟性能评估 |
3.4.2 三峡水库对气温和感热的影响 |
3.4.3 三峡水库对降水和蒸发的影响 |
3.4.4 三峡水库对水分迁移和环流的影响 |
3.5 三峡库区气候效应作用机制 |
3.5.1 降水变化主要驱动因素 |
3.5.2 温度变化主要驱动因素 |
3.5.3 蒸发变化主要驱动因素 |
3.6 本章小结 |
第四章 气候变化下三峡水库区域气候效应对极端降水的影响 |
4.1 引言 |
4.2 试验设计与方法 |
4.2.1 试验设计与数据使用 |
4.2.2 极端降水评估方法 |
4.2.3 趋势分析及显着性检验 |
4.2.4 对流活动分析 |
4.3 气候变化下水库区域气候效应对极端降水的影响 |
4.3.1 库区降水模拟性能评估 |
4.3.2 气候变化对库区极端降水的影响 |
4.3.3 水库区域气候效应对极端降水的影响 |
4.4 水库区域气候效应对极端降水变化的作用机制 |
4.5 本章小结 |
第五章 三峡库区及其上游流域陆气耦合模拟系统构建 |
5.1 VIC水文模型构建 |
5.1.1 VIC水文模型发展概况 |
5.1.2 VIC模型基本原理 |
5.1.3 VIC水文模型基础数据 |
5.1.4 VIC水文模型方案配置 |
5.2 气候模式动力降尺度误差订正 |
5.2.1 混合分布分位数映射法 |
5.2.2 基于遗传算法的参数寻优 |
5.2.3 分位数映射法订正性能评估 |
5.3 三峡库区及其上游流域陆气耦合模拟系统 |
5.4 本章小结 |
第六章 气候变化下三峡水库区域气候效应对流域径流的影响 |
6.1 引言 |
6.2 试验设计、数据及方法 |
6.2.1 试验设计与数据 |
6.2.2 周期分析 |
6.3 CMIP5降尺度订正评估 |
6.4 气候变化下库区及上游流域降水和气温演变趋势 |
6.4.1 降水未来演变趋势 |
6.4.2 气温未来演变趋势 |
6.5 气候变化下三峡水库区域气候效应对径流的影响 |
6.5.1 陆气耦合模拟历史流量过程验证 |
6.5.2 气候变化对流域径流的影响 |
6.5.3 水库区域气候效应对流域径流的影响 |
6.6 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 主要研究成果 |
7.2 创新点 |
7.3 研究中的不足和未来工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间的科研成果 |
(9)对流云吸湿性核播撒减雨的数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 对流云吸湿性核播撒的研究进展 |
1.2.2 不同初始CCN条件下云和降水的发展以及云的播撒研究进展 |
1.3 本文研究内容 |
第二章 模式简介 |
2.1 动力过程 |
2.2 微物理过程 |
第三章 对流云的吸湿性核播撒减雨模拟 |
3.1 模式初始化及试验设计 |
3.1.1 模式初始化 |
3.1.2 试验设计 |
3.2 自然云的模拟 |
3.3 试验结果及分析 |
3.3.1 不同播撒试验中降水减少的情况 |
3.3.2 不同播撒时间对减雨和云微物理特性的影响 |
3.3.3 播撒不同粒径段的吸湿性核对减雨和云微物理特性的影响 |
3.3.4 不同高度播撒对减雨以及云微物理特性的影响 |
3.3.5 播撒不同剂量的吸湿性核对减雨以及云微物理特性的影响 |
3.3.6 自然云与播撒云的雷达回波强度对比 |
3.4 本章小结 |
第四章 不同初始CCN条件下云的吸湿性核播撒模拟 |
4.1 不同初始CCN条件下云的发展和降水情况 |
4.2 不同初始CCN条件下云的吸湿性核播撒 |
4.2.1 播撒试验设计 |
4.2.2 试验结果 |
4.2.3 不同初始CCN条件下发展的云的播撒效果对比总结 |
4.3 本章小结 |
第五章 全文总结 |
5.1 主要结论 |
5.2 本文创新点 |
5.3 讨论与展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者介绍 |
(10)WRF模式云参数方案对一次台风降水个例模拟的验证和改进(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 选题背景 |
1.2 研究概况 |
1.2.1 云微物理方案的研究 |
1.2.2 云微物理方案的验证及改进 |
1.3 研究内容及技术路线 |
1.3.1 研究内容 |
1.3.2 特色与创新 |
1.3.3 技术路线 |
第二章 资料与模式介绍 |
2.1 资料简介 |
2.1.1 MTSAT-1R卫星 |
2.1.2 TRMM卫星 |
2.1.3 其他气象资料 |
2.2 数据处理方法 |
2.2.1 卫星模拟器 |
2.2.2 评估及融合方法 |
2.3 数值模式介绍 |
2.3.1 WRF模式简介 |
2.3.2 WDM6云微物理方案简介 |
第三章 深对流系统个例 |
3.1 台风的环流背景场及移动路径 |
3.2 湿度和风场 |
3.3 本章小结 |
第四章 WDM方案对深对流系统的模拟及验证 |
4.1 数值模拟方案设计 |
4.2 试验结果分析 |
4.2.1 地面降水 |
4.2.3 红外云顶亮温 |
4.2.4 雷达回波 |
4.3 本章小结 |
第五章 不同云微物理参数值对深对流系统模拟的改进 |
5.1 敏感性试验设计 |
5.2 敏感性试验模拟结果对比分析 |
5.2.1 微波亮温 |
5.2.2 雷达回波 |
5.3 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 存在问题及研究展望 |
参考文献 |
作者在读期间科研成果简介 |
致谢 |
四、积云一维数值模式敏感性及动力催化数值试验研究(论文参考文献)
- [1]区域CWRF-Lake耦合系统的构建以及对湖泊模拟的改进[D]. 孙磊. 南京信息工程大学, 2021
- [2]夹卷混合过程与云滴谱离散度的相互作用及其参数化[D]. 罗仕. 南京信息工程大学, 2021(01)
- [3]风云三号微波湿度计台风降水云区资料的仿真和同化[D]. 窦芳丽. 中国气象科学研究院, 2021(02)
- [4]基于CloudSat/CALIPSO卫星资料的云宏微观物理属性研究及在FAMIL2中的应用[D]. 缪昊. 南京信息工程大学, 2021
- [5]考虑历史和未来气候变化的台风风场多尺度模拟[D]. 王义凡. 浙江大学, 2020(01)
- [6]风电场尾流效应及其对大气环境影响的中尺度数值模拟研究[D]. 王强. 浙江大学, 2020(07)
- [7]第12章 地球系统模式开发100年[J]. 大卫·兰道尔,CECILIA M.BITZ,GOKHAN DANABASOGLU,A.SCOTT DENNING,PETER R.GENT,ANDREW GETTELMAN,STEPHEN M.GRIFFIES,PETER LYNCH,HUGH MORRISON,ROBERT PINCUS,JOHN THUBURN,田晓阳,贾朋群. 气象科技进展, 2019(S1)
- [8]三峡水库区域水文气候效应及其未来趋势预测[D]. 黄亚. 广西大学, 2019(02)
- [9]对流云吸湿性核播撒减雨的数值模拟研究[D]. 刘佩. 南京信息工程大学, 2019(03)
- [10]WRF模式云参数方案对一次台风降水个例模拟的验证和改进[D]. 曹蓓. 成都信息工程大学, 2019(05)