登陆台风影响下复杂地形近地面精细化风场模拟研究

论文摘要

受观测资料时空分辨率所限,我们对登陆台风影响下复杂地形区域风场精细结构的认识仍十分不足,这是制约台风灾害预警能力提升的瓶颈问题。中尺度气象模式和微尺度诊断模式相结合的动力降尺度技术作为台风精细化风场研究的一个新趋势,为深入开展台风条件下复杂地形区域精细化风场研究提供了一个颇具前景的技术途径。本文采用中尺度模式WRF（Weather Research and Forecast Model）结合诊断模式CALMET（California Meteorological Model）的方法（简称为WRF/CALMET）,选择2016年第14号超强台风“莫兰蒂”作为典型个例进行了中尺度数值模拟试验,并在此基础上开展了CALMET土地利用敏感性试验和物理过程参数化方案敏感性试验,提出了适用于台风条件下的CALMET地形运动学效应改进方案,研究了台风影响下复杂地形对精细化风场的影响特征。WRF采用的是27、9和3 km三重嵌套网格,CALMET的水平分辨率设置为500 m,对“莫兰蒂”进行了登陆前后共5天的模拟。和最佳路径数据的对比检验表明,WRF很好地再现了“莫兰蒂”路径与强度的演变。与981个国家自动观测站数据的对比检验表明,WRF/CALMET 500 m相比WRF 3 km分辨率的风速模拟结果有2030%的改善。采用1 km分辨率GLCC（Global Land Cover Characterization）数据库的欧亚数据集和30m分辨率GL30（GlobeLand30）土地利用数据分别进行了WRF/CALMET模拟试验,发现不同精度的土地利用数据对诊断模式近地面风场模拟结果影响不大。其可能原因是,本研究中CALMET的分辨率是500 m,无法充分反映30 m分辨率GL30土地利用数据的影响。CALMET地形阻塞效应和坡面流效应的敏感性试验结果表明:在台风非强风区影响时,阻塞效应引起的风速改变量可达12 m s-1,反映了山体对风场的阻挡作用;当台风强风区影响时,因弗劳德数（Froude Number）大于1,阻塞效应不起作用;坡面流效应具有明显的日变化特征,夜间为山风,可引起最大达2.5 m s-1的风速变化量;日间为谷风,风速变化最大值为1.5 m s-1。因CALMET原有的地形运动学效应不适用于台风等存在较强垂直运动的天气系统,因此提出了适用于台风条件下的地形运动学效应改进方案KETT（Kinematic Effects of Terrain for Typhoons）。综合考虑KETT、阻塞效应和坡面流效应,分别进行了CALMET的3 km和500 m两个水平分辨率的试验,对比分析地形水平分辨率提高对模拟风场的影响。结果表明,对风向而言,在台风强风区影响前,地形水平分辨率的提高使风向改变较大（±45°）,而强风区影响时,风向改变量有一定程度的减小（±36°）。对风速而言,在台风强风区影响前,下坡风速总体上大于上坡风速,且风速的差异随着地形坡度的增大而增大,风速改变量总体不超过56 m s-1,而当台风强风区影响时,无论下坡还是上坡,缓坡（小于5°）的风速大于陡坡,风速改变量最大可达10 m s-1。对比不同特征地形区域的风场,发现双峰区域相比单峰区域更容易出现“狭管效应”与“挡风屏障”现象。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄穗

导师: 余晖

关键词: 登陆台风,复杂地形,精细化风场,降尺度

来源: 中国气象科学研究院

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,气象学,气象学

单位: 中国气象科学研究院

分类号: P444;P425

总页数: 65

文件大小: 5768K

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