六种微物理方案对湖北一次强对流过程的数值模拟

利用中尺度数值模式WRF(weather researchforecasting model),选定六种微物理方案(Lin、WSM6、WDM6、Morrison、Milbrandt-Yau、NSSL),对发生在2007年4月15日湖北地区的一次强对流天气进行模拟,对比分析了各方案所模拟出的降水差异及成因。结果显示:六种方案模拟出的降水区域均偏西,其中Milbrandt-Yau方案降水偏少,其余五种方案则偏多;不同方案所模拟的云中微物理结构不同,云中冰相过程的发展很大程度上影响了降水强度,降水主要来源于大的雹霰粒子下落融化。雹霰粒子半径不同是引起降水差异的主要原因,大粒子含量高,则会产生较强的降水;反之,则降水较少。     

三维冰雹云模式对重庆一次冰雹天气过程的数值模拟研究

利用三维冰雹云模式对2007年4月17日凌晨发生在沙坪坝的冰雹天气进行了数值模拟,结果显示:模式能够反映云体发展进程中的宏观动力学过程以及微物理过程.宏观方面:能够模拟出冰雹云发生、发展、成熟、消散的过程,在发展初期,对流层低层为气旋上升区,在冰雹云发展的成熟阶段,低层辐合达到最大,之后随着云体的消散,低层出现辐散下沉气流;微物理方面:能够模拟出各阶段的水汽混合比,固体水成物粒子之间的转化、增长过程.在80 min时,对累积量分析可知,霰粒自动转化为冰雹、雹碰冻云水增长、雹碰冻霰增长三种过程是形成雹的主要过程,分别占到雹总生成量的84％,9％,4％;固态水成物粒子的积累过程和融化过程对降水有重要贡献.     

北天山东段一次暴雨过程的数值模拟研究：动力与微物理机制

利用WRF中尺度数值模式对2010年6月22日~23日发生在新疆北天山东段的一次暴雨过程进行数值模拟研究,重点探讨了暴雨过程形成演变的动力与微物理机制。结果表明,控制北疆的西北气流遇到博格达山脉,在迎风坡的强迫抬升作用下,形成对流单体并维持加强。降水蒸发冷却与摩擦拖曳产生的下沉气流紧贴迎风坡地表下泄,与环境西北气流对冲辐合引起对流区域由山坡向山前扩展。霰通过收集云水增长是降水形成的主要微物理机制。当云水被上升气流输送至-20℃以上时,能有效促进霰的增长过程,霰碰并雨滴(低层)及冰雪晶(高层)为霰增长的次要机制。     

基于集合预报思想对一次暴雨过程的数值模拟

用MM5-V3对江淮流域的一次暴雨过程进行数值模拟,为了消除单一的确定性预报在暴雨落区和强度方面的可信度不稳定。其中积云对流参数化方案分别采取5种不同的方案进行了计算,又对5种结果进行平均得到集合模拟结果。分析不同的模拟结果发现,对降水量的模拟,集合模拟结果更接近实况。不同的积云对流参数化方案对雨带位置的模拟效果相近。但对于卢中尺度雨团的模拟具有不确定性,而不同参数化方案的集合模拟结果,无论是对雨带还是雨团的模拟都是比较成功的,这也说明集合预报可以消除物理过程的不确定性,是提高预报准确率的一条有效途径。     

北京一次降雪的云物理过程作用模拟

应用非静力平衡MM5 V3模式对2001年12月7日一次北京降雪过程进行了数值模拟试验，对云和降水物理过程的作用进行了初步分析。试验结果表明：本次降雪过程是从对流层上层形成冰核向下发展的，中高空的强低温和上升运动区与冰粒子及雪的分布基本吻合，为降雪的进一步发展提供了有利的条件。     

三维冰雹云模式对重庆一次冰雹天气

利用三维冰雹云模式对2007年4月17日凌晨发生在沙坪坝的冰雹天气进行了数值模拟,结果显示:模式能够反映云体发展进程中的宏观动力学过程以及微物理过程.宏观方面:能够模拟出冰雹云发生、发展、成熟、消散的过程,在发展初期,对流层低层为气旋上升区,在冰雹云发展的成熟阶段,低层辐合达到最大,之后随着云体的消散,低层出现辐散下沉气流;微物理方面:能够模拟出各阶段的水汽混合比,固体水成物粒子之间的转化、增长过程.在80min时,对累积量分析可知,霰粒自动转化为冰雹、雹碰冻云水增长、雹碰冻霰增长三种过程是形成雹的主要过程,分别占到雹总生成量的84%,9%,4%;固态水成物粒子的积累过程和融化过程对降水有重要贡献.     

一次江淮大暴雨嵌套数值模拟试验

利用MM5非静力平衡模式，设计了未嵌套、两生和三重嵌套模式方案，对1999年6月23日一次江淮大暴雨过程进行了实际资料的降水个例试验，重点讨论了嵌套对数值模拟结果的影响。结果表明：嵌套后，随着水平分辩率的提高，模拟的降水量越来越大；三重嵌套的中间层细网格已经可以把雨区范围、降水中心位置、降水强度比较接近实况地模拟出来，最内层累网格中模拟出若干个β中等尺度降水中心；嵌套后内层细网格信息的外传会使外层粗网格的模拟结果有所改善。     

模式湿物理过程的组合对一次南京大暴雨降水模拟的影响分析

以第五代中尺度模式（MM5）为基础,本文对一次南京大暴雨个例进行了三组数值模拟试验,研究了模式湿物理过程参数化方案的组合对梅雨暴雨降水预报的影响.试验结果表明：模式的积云对流参数化方案的选用对南京大暴雨的预报至关重要,积云对流参数化方案的选用比边界层参数化对暴雨数值预报的影响大;对20km模式分辨率而言,采用单一的积云...     

北京“721”特大暴雨云微物理特征分析

利用非静力中尺度模式WRFV3.2,结合LAPS数据融合系统同化多源观测资料,较好地模拟出了北京"721"特大暴雨的降水演变过程。在此基础上,分析了暖区及冷锋降水阶段的云微物理特征差异。研究表明:暖区降水阶段水物质中雪和雨水的含量明显高于冷锋阶段;水汽大量凝结为云水,进而被雪收集,是雪含量较高的主要原因;霰融化为雨水和雨水蒸发为水汽的正负反馈双重作用下,导致暖区阶段雨水含量明显高于冷锋阶段。     

一次层状云人工增雨过程的数值模拟研究

模拟分析了河南南阳一次层状云人工增雨过程的自然云和催化云的微物理过程.结果表明自然云内冰晶含量很少,冰相过程不活跃,消耗水汽较少,大滴形成较为困难,降水效率低,降水强度出现过2次峰值.通过对自然云的模拟分析可以得出合适的催化部位,一般在过冷水含量较大,温度较低,云稳定维持阶段(模拟第52分)开始播撒,催化位置为(18 ...     

层状云微物理结构演变特征的个例研究

在人工增雨作业的同时,利用机载粒子测量系统对一次降水云系的探测资料进行了深入分析,给出了云和降水的宏微观结构演变特性,研究表明：（１）层状云中的中小尺度降水云区,是造成地面降水分布不均匀的物理原因;（２）云滴浓度与平均直径之间呈负相关关系;（３）支滴谱的垂直分布是典型的３种类型;（４）层状云微结构在水平方向上的起伏较大,存在４种不同类型。     

"6·22"鄂东突发性大暴雨的观测分析和数值模拟

利用多种观测资料和中尺度数值模式输出资料,分析了一次中尺度对流系统造成的鄂东地区突发性大暴雨天气过程．结果表明：(1)鄂东中尺度暴雨团由-准东西向的中β尺度强降水窄带缓慢东移南压过程中形成,强降水窄带位于850hPa正涡度带上和冷式切变线西南暖湿气流一侧．(2)对流层中低层切变线提供天气尺度辐合,暖湿气流在辐合区气旋式旋转抬升至250hPa高度附近后辐散,并向南走在副高脊区下沉,构成一中α尺度垂直环流;对流层中上层干冷空气南侵下沉,与北进的暖湿空气对峙导致θse锋区的锋生,同时干冷的下沉气流与天气尺度辐合区的上升气流在锋区环绕逐渐形成另一中α尺度垂直次级环流,使θse锋区锋生加强,促使对流爆发形成暴雨．     

A new Planetary Boundary Layer model and its application to heavy rain modeling

A new Planetary Boundary Layer （PBL） model （namely MY-4 in this paper） was developed with reference to Mellor-Yamada＇s Level 4 turbulent closure concept. Having been coupled with a meso-scale model MM5, MY-4 was utilized to simulate a heavy-rain process, which took place over South China during June 8-9, 1998. Its model outputs indicated that the rainfall process was well captured in terms of its intensity and geographical distribution. More importantly, in comparison with MM5＇s original boundary layer models, MY-4 made the following improvements： （1） MY-4 not only simulated the major weather systems like low vortexes and low-level jets more accurately, thus improving the general weather pattern of the rainfall process, but it was also capable of restraining the occurrence of false rainfall centers with maximum precipitation amounts exceeding 160 mm. （2） Having been compared with the wind profile observed at Hong Kong, it revealed that MY-4 could reproduce the wind speed fluctuations in a short time scale reasonably well, which was not yet achieved in the original PBL models in MM5. Furthermore, a more detailed comparative study was made on the results simulated by MY-4 and a PBL model （which is based on Mellor-Yamada＇s Level 2.5 concept） respectively. It showed that the contributions of turbulences generated by the two categories of PBL models to the wind fields at a lower atmosphere were increasingly different even in the first 1-2 hours of integrations. As the analysis demonstrated, under the nonlinear interactions within the meso-seale MM5 model, it was the turbulences in the boundary layer that had the most important impacts on the final model outputs and MY-4 seemed to better reflect this turbulent process, hence leading to the aforementioned improvements.     

可膨胀管膨胀过程三维有限元数值模拟

为合理设计膨胀工具及制订膨胀工艺,采用三维弹塑性接触问题有限单元法,建立了实体可膨胀管膨胀过程的三维非线性接触问题有限元分析模型.通过对所建模型的求解,对可膨胀管膨胀过程中膨胀变形力、套管膨胀后的残余应力及轴向位移、膨胀工具模角的关系进行了深入细致的研究,找出了膨胀管与膨胀工具在不同的接触条件、可膨胀管在不同的内径膨胀率及不同的壁厚条件下,各参数之间相互制约的变化规律.通过实验测得的膨胀变形力与用本模型求得的结果符合得很好,相对误差仅为0.65%,完全可以满足实际工程的要求.     

层状云人工催化物理效应的数值模拟

对于自然云催化过程的数值模拟可以再现人工催化后云的宏微观物理响应特征,有助于提高对人工催化机理的科学认识,优化人工催化方案。在天气研究与预报(weather research and forecasting, WRF)模型Thompson微物理方案中加入碘化银人工催化过程,对2018年河北省一次层状云催化过程开展数值研究。数值模拟结果表明,采用与实际催化过程相似的催化剂量,层状云降水个例催化后冰晶含水量及地面降水显著增加。该次降水个例自然云中冰相粒子较少,自然云中冰相过程不活跃,数值模拟结果再现了降水个例催化后从过冷却到冰、雪晶含量明显增加的转变。相同催化剂量下,催化层厚度的减少提高了播撒率,进一步优化了催化效果,可见,应该在云中过冷水含量丰富的云区开展冷云催化作业。人工催化过程增加的冰晶通过凝华过程增长并自动转化为雪晶,雪晶增长下落过程中以凇附过冷云水增长为主。催化过程导致地面降雪显著增加。     

一次特大暴雨天气的数值模拟试验研究

目的检验各非绝热物理过程参数化方案对模式输出结果的影响,进一步了解和认识MM5模式中不同积云对流参数化方案的性能、特点和适用范围,为合理选择使用模式中的物理过程参数化方案提供依据,提高模式对类似暴雨天气过程的预报能力。方法运用相互比较和试验分析的方法在不同模式分辨率下,对MM5V3模式中的不同物理过程参数化方案设计18种组合方案,进行比较试验和分析。结果主要雨带位置对参数化方案并不是十分敏感,但模拟的暴雨中心强度、范围、雨带走向随参数化方案的不同有较大变化,甚至出现虚假的强降水中心。各组合方案模拟的天气尺度系统水平环流结构差别较小,模拟的中尺度系统结构存在着较大差别,这种差别对定点、定量降水的准确预报产生影响。结论在实际预报中可根据初始气象场的分型特点选择较合适的组合方案启动数值预报模式,从而达到提高模式对类似暴雨天气过程的预报能力。     

立柱旋涡三维数值模拟

立轴旋涡的边界条件复杂，存在很难求解的曲线自由水面，三维数值模拟相当困难，目前还未见报道，采用VOF方法处理水气二相流自由表面，通过三维数值模拟描述立轴旋涡的形成过程，用拉格朗日法求解液体颗粒的运动轨道，并给出了压力和流速特性，有利于对立轴旋涡的生成机理和消涡措施作进一步分析。     

贵州省2次重凝冻过程初期低空逆温的三维特征分析

利用贵州省雨凇观测资料和NCEP/NCAR再分析资料对2008年初和2011年初历史罕见的持续的、大范围的重凝冻过程前期至初期的环流形势、天气系统、冷暖气团和温湿特征的水平分布及垂直结构作对比分析,发现前期冷空气路径,冷中心强度和位置、南支系统、滇黔准静止锋及西太平洋副热带高压在高低空的相互配合是初期低空逆温层形成的主要因子,表现在初期温湿场垂直方向上呈干冷-暖湿-干冷的结构特征,利于凝冻天气过程的发生、发展.对比2次凝冻过程初期逐日雨凇观测站次的不同发展路径和发展强度,发现其发展路径与来自高纬的冷空气路径有关,其发展强度与低空逆温的强度有关,且冻雨的落区与逆温中心位置有很好的相关性,并且逆温层的存在是这2次凝冻过程开始的必要条件.从温湿场的三维结构来分析初期低空逆温的形成原因,一方面是来自高纬的冷空气下沉、在近地面形成冷垫,并抬升暖空气,使中层增温增湿,一方面是气团在低空偏东风的引导下从贵州东部向西部爬升过程中形成锋面逆温,二者的共同作用对逆温的出现有主要贡献.