PDF《在细网格模式中引人总体边界层参数》

第卷第期气象科学乙年月,在细网格模式中引人总体边界层参数 化方案的数值试验 潘 晓滨 魏 绍远 空军气象学院 提要本文把 模式 中的总体边 界层参数化方案引入到 十一 层细网格原始方 程数值模式 中去,用它与仅考虑 简单边 界层 摩擦 的细 网格模式对一典型江淮气旋天 气过程分别 作了 小时 对 比棋拟试验 , 初步试验结果表 明边界层 总体参数化方案的引入是可行的 , 对模式 的预报效 果在某些方面有显著改进 .

关健词 边界层 , 数值预报模式 , 数值试验

一、引言众人 所知,边界层 过程是大气运 动的一 个重要物理 过程,它在自由大气 和地表之 间 的能 量、热量和水 汽 交换 中起着桥梁作 用,对天气系统有 着直接的影 响〔'

,近年来 , 对 中尺度 天气系统的许多模拟 结果 亦表明,边界层对中尺 度 系统 , 尤其 是对暴雨 的 降水 系统有 很大的作 用二,,

因而 , 在数值预报模式 中考虑 边界层 的影响 , 引入 合适 的参数化 方案,对改进 模式 降水及夭气 系统 的预 报是 很有必 要的.目前 , 在数值预报模式 中处理 边界层物 理过程的方 法 主要 有两大 类〔幻,一类是总体边界层参数化方 案,即把整个边 界层看成一 层,边界层 内的热量 、 水汽和动量 通 量仅与地 面 条件有关 , 引入地 面 能量收支方 程预报地 面温度 , 通过 交换 系数把地面和模式最 低层的温 度、湿度 及 动量变化 联 系起 来.另一类是 高分辨的边 界层模式 , 如等人早 期 应用 等人提 出较有代表性的高分辨边界层模式 基于计算条件及预报时效的考虑 , 本文 把美 国 模式 中的总体边 界层参数化方 案引入 我们正 在为空军研 制的中尺 度 数值预报业 务化系统的模式 中去 试 图探 讨 引入这 种方 案的可 能性 以 及对 模式 预报效 果的影响 . 年月'

日收到 , 年月日收到 修改稿 . 期潘晓滨等 在细 网格模式 中引入总 体边 界层参数化 方 案的数值试验 一 馗才 乃带才聆古家

一、、口, , 、 乙户月、 尸,勺'

山'

砂、本文采用 的空军 中尺 度 数值预报 模式 为型跳点网格 模式 〔 . , 方程组采用的是通 量 形式 的原 始 方程组 , 水平格距取 公里 , 范 围取 火 个格 点 垂直 方 向等距地分 成 十一 层,并采用 广义的.坐标系 , 垂 直变量 除垂 直速 度.定义在半数层 上,其它 变量均 定义在整数层上模式包含 了简单的边 界层摩擦 , 辐射 , 大尺 度凝结 和对流降水重 要 物理 过程,其中大尺 度凝结用饱和 凝结法计算 , 对 流降水用郭晓岚 的 年方 案计算 试验 中忽略 了地形 的影 响.为了验 证把 中尺度模式 中的总体边 界层参数化方 案引入 上 述模式 的可能性 , 本文 对一次江淮气旋天气过 程个 例分别用 了基础模式和 引入 了边 界层 总体参数化方 案模式作 了初步 的对 比试 验 为此 , 建立 了下面两个基本的试验方案 方案就是 基础 模式中考虑 简单边 界层摩擦方 案,即分 别在、两个方向上 的 动量 方 程右 端分 别加 上.一,一瓷一 . . 瓷一 . . 沁这两项其中口为拖曳 系数 , 取 常数 沁一,为地 面上的风 速,计算时 取模式最低层上的风代替 只在模式的第十 、 十一层上 计算动量方 程右端这 两项.方案把中的 总体边 界层参 数化方 案 引入 基础模式 , 取 代方 案且考虑 了 陆分 布 的影 响,这时反 把模式最 下一层看作边 界层 , 在这层中考虑 了 动量 、 感热和水汽的湍流垂直输送 . 首先,引入 地 面能量收 支平衡方 程 预报地面 温度 孕一告一 个一 . 一.一,一,一一其中为地 面 净得 短波辐射,令为 地面吸收 的大 气 向下 长波辐射,个为地 面长波辐射,为湍流 引起 的地 面感 热通 量,一二为分子 热 传导项 , 为凝 结 潜热 项.然后 , 在模式最低层 的热量方程 、 水汽方 程和 两个 动量方 程 的右端分别加上 二口,口.一.口,一口这四项 其中 久一 一凡 、 一几几,,