大气数值模式积云对流参数化方案应用研究

论文摘要

本文基于全球大气静力谱模式进行积云对流参数化方案的应用研究。物理过程参数化对数值模式的预报结果有重要影响。积云对流参数化方案是物理过程参数化中的重要内容,它不仅刻画积云对流和对流降水的物理机制,而且预报的对温度场、水汽场的影响会反馈给动力过程。深入研究积云对流参数化的发展和演变,总结积云对流参数化方案的主要发展。选取WRF模式中的BMJ参数化方案引入到业务预报谱模式中,以期利用BMJ方案相比业务预报谱模式中原使用的TDK参数化方案在对流调整上的优势进一步发展业务模式中的积云对流参数化方案。结合理论和模式中的应用两个方面对BMJ方案和TDK方案进行研究。从对流类型判断、对不同对流的处理、方案预报变量和更新变量等多个方面对BMJ方案和TDK方案进行比较,并结合方案在数值模式中的接口分析,为BMJ方案引入业务预报谱模式奠定基础。通过分析业务预报谱模式现有的并行计算框架与数据结构划分,发现物理过程参数化的计算只在垂直方向上有相关性,与水平网格的气柱之间无关,从理论上解决BMJ方案能否引入业务预报谱模式的问题,并得出BMJ方案能适应业务预报谱模式现有并行框架的结论。在解决初始化、输入变量、坐标系转换和输出变量等问题之后,成功将BMJ参数化方案引入业务预报谱模式YHGSM之中。选取2017年3月9日-10日我国南方地区大范围强降水过程为实验个例,比较BMJ方案和TDK方案的预报结果。最后,使用数值预报产品标准化检验方法,对2017年3月BMJ方案和TDK方案北半球500hPa位势高度、850hPa温度场、500hPa风场进行统计检验对比,结果表明采用BMJ方案与采用TDK方案的预报模式的预报效果相当,即采用BMJ方案后,对模式预报效果影响为中性。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景

1.2 积云对流参数化方案的分类

1.3 积云对流参数化方案的应用和新发展

1.4 研究思路与方法

1.5 论文结构

第二章 BMJ与 TDK参数化方案的比较研究

2.1 Betts-Miller-Janjic方案分析

2.2 Tiedtke方案分析

2.3 BMJ方案与TDK方案的比较研究

2.3.1 参数化方案处理对流过程的比较研究

2.3.2 参数化方案计算过程的比较研究

2.3.3 参数化方案计算结果的比较研究

2.4 本章小结

第三章谱模式YHGSM引入BMJ方案问题研究

3.1 WRF模式与YHGSM谱模式

3.2 WRF模式中的BMJ参数化方案及接口分析

3.3 谱模式YHGSM中的TDK参数化方案及接口分析

3.4 YHGSM模式中积云对流过程与动力“方程”的耦合研究

3.5 BMJ方案对谱模式YHGSM并行计算框架的适应性研究

3.6 本章小结

第四章 BMJ方案在谱模式YHGSM中的实现

4.1 BMJ方案模块化插入思想

4.2 输入信息问题

4.3 结合数据结构的坐标系转换问题

4.4 输出信息问题

4.5 引入BMJ方案后YHGSM模式中积云对流参数化结构

4.6 本章小结

第五章 BMJ方案的数值预报性能试验

5.1 实验个例介绍

5.2 实验环境与实验方案

5.3 实验结果的分析讨论

5.3.1 500hPa位势高度场的分析

5.3.2 降水场的分析

5.4 本章小结

第六章 BMJ参数化方案预报效果影响统计检验

6.1 统计检验的原理方法

6.2 统计检验的实验和分析

6.2.1 北半球500hPa位势高度统计检验结果对比

6.2.2 北半球850hPa温度场统计检验结果对比

6.2.3 北半球500hPa风场统计检验结果对比

6.3 本章小结

第七章结束语

7.1 论文总结

7.2 下一步工作

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 颜曦

导师: 赵军

关键词: 全球大气静力谱模式,积云对流参数化方案,方案

来源: 国防科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 数学,数学,气象学

单位: 国防科技大学

分类号: P426;O241.82

DOI: 10.27052/d.cnki.gzjgu.2019.000197

总页数: 92

文件大小: 3695k

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