CWRF在中国东部季风区的应用

论文摘要

模拟区域的选择是区域气候模拟研究中的首要问题,计算区域及侧边界处理的最优化(物理和数值上的)对区域气候模式的模拟性能有决定性的作用。物理上合理数值上连续的计算区域为尽可能准确的区域气候模拟奠定了基础,进而为发展合理的物理过程参数化方案提供了前提条件。因此,本文的核心内容为模拟区域的选择问题,分别从影响中国东部季风区降水的天气系统、与大尺度环流场的相关分析及侧边界场资料的代表性三个方面分析区域气候模式模拟区域东西南北四个边界的位置,确定中国东部季风区降水模拟的最佳计算区域,将美国伊利诺伊州立大学水文研究所梁信忠开发的CWRF(Climate extension of WRF—气候版WRF模式)应用于中国东部季风区,研究模拟区域及侧边界条件(驱动场、缓冲区位置、缓冲区处理方案)对中国东部季风区降水模拟的影响。在此基础上,对于选定的最佳模拟区域和侧边界条件,进行嵌套和水平分辨率影响试验,以研究CWRF对中国东部季风区降水模拟宜采用的方案。模式发展的最终目的是要进行相对准确的气候模拟,模拟区域确定以后,模式内部的物理过程至关重要,而对于不同的研究区域和不同的模式,各物理过程的表现并不相同,因此,对CWRF中的物理过程参数化方案进行敏感性试验,为发展适合模拟中国东部季风区降水的物理过程参数化方案提供参考。由于RegCM3为目前国内广为应用的区域气候模式,因此在相同水平和垂直分辨率下,将CWRF的模拟结果与其进行对比研究,结果表明,无论对月平均降水的空间分布型式还是区域平均降水的逐日变化,CWRF对中国东部季风区降水的模拟明显优于RegCM3,同时CWRF较成功地消除了RegCM3模拟时大量出现的数值点风暴(NPS)。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 气候模式模拟研究
• 1.2 中国及东亚区域气候模拟研究
• 1.3 论文研究的背景、创新点及内容
• 1.3.1 研究背景及目的
• 1.3.2 论文的主要内容
• 1.3.3 论文的创新性
• 第二章 WRF／CWRF模式简介
• 2.1 模式的动力框架
• 2.1.1 垂直坐标系和变量
• 2.1.2 欧拉方程组的通量形式
• 2.1.3 考虑水汽的控制方程组
• 2.1.4 考虑地图投影、Coriolis力和曲率项的控制方程组
• 2.1.5 相对于参考大气的扰动控制方程组
• 2.2 初始条件（Standard Initialization）
• 2.2.2 SI
• 2.2.3 参考大气和扰动场
• 2.2.4 侧边界场
• 2.2.5 海陆分布
• 2.3 模式物理过程参数化
• 2.3.1 微物理过程参数化方案
• 2.3.2 积云对流参数化方案
• 2.3.3 近地层参数化方案
• 2.3.4 陆面过程
• 2.3.5 行星边界层
• 2.3.6 云—辐射相互作用
• 2.3.7 大气辐射过程
• 2.3.8 物理过程的相互作用
• 第三章 模拟区域的确定及嵌套方案的优化
• 3.1 影响中国东部夏季风降水的主要环流因子及天气系统
• 3.1.1 西太平洋副热带高压
• 3.1.2 南海季风涌
• 3.1.3 北方冷空气
• 3.1.4 青藏高原东移的α中尺度系统
• 3.1.5 高空西风急流
• 3.2 中国及东部季风区夏季降水与大尺度环流场相关分析
• 3.2.1 计算方法及资料
• 3.2.2 与500hPa高度场的相关
• 3.2.3 与低层相对湿度的相关
• 3.2.4 与200hPa经向风场的相关
• 3.2.5 与850hPa纬向风场的相关
• 3.2.6 小结
• 3.3 模拟区域的确定
• 3.4 缓冲区优化处理
• 3.4.1 处理侧边界缓冲区的指数松弛法
• 3.4.2 ARW中的缓冲区处理方案
• 3.4.3 侧边界缓冲区的优化处理方案
• 3.4.4 几种方案的比较
• 3.5 结论和讨论
• 第四章 侧边界条件对CWRF模拟中国东部季风区夏季降水的影响
• 4.1 1991和1998年5～8月天气概况
• 4.2 数值试验方案
• 4.3 模拟结果总体统计分析
• 4.4 侧边界场资料的影响
• 4.5 与大尺度场降水的比较
• 4.6 模拟区域的影响
• 4.7 缓冲区处理方案的影响
• 4.8 结论与讨论
• 第五章 嵌套及水平和垂直分辨率对CWRF模拟中国东部季风区夏季降水的影响
• 5.1 试验设计
• 5.2 嵌套的影响
• 5.3 水平分辨率的影响
• 5.4 垂直分辨率的影响
• 5.5 结论和讨论
• 第六章 物理过程对CWRF模拟中国东部季风区夏季降水的影响
• 6.1 试验设计
• 6.2 积云对流过程的影响
• 6.3 行星边界层过程的影响
• 6.4 陆面过程的影响
• 6.5 微物理过程的影响
• 6.6 结论和讨论
• 第七章 CWRF与RegCM3的比较
• 7.1 模式简介
• 7.1.1 辐射方案
• 7.1.2 陆面过程
• 7.1.3 积云对流参数化方案
• 7.1.4 行星边界层物理过程
• 7.2 资料与数值试验方案
• 7.3 模拟结果分析
• 7.4 数值点风暴（“NPS”）现象
• 7.5 结论和讨论
• 第八章 结论和讨论
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢
• 声明