公里尺度GRAPES-Meso模式的动力物理性能评估与分析

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作 者
许晨璐
关键词
公里尺度分辨率  动力性能评估  定量降水预报性能评估  
论文摘要
发展公里尺度模式,也即对流可解析模式CPMs(convection-permitting models,一般认为水平格距小于4km),已成为近年数值预报的一个活跃研究领域和国际热点之一,而对CPMs性能的评估与分析,是改进和应用好CPMs的一项重要的基础性工作。本论文应用覆盖我国东南部的3km分辨率GRAPES-MESO4.0模式(GRAPES-Meso4.0_3km)2015年夏季实时预报试验结果和地面降水观测信息以及大气动能谱的典型观测分布,从模式水平动能谱、垂直上升速度、降水累积量、降水频率、降水强度、日循环特征等多角度,对公里尺度分辨率下GRAPES-Meso4.0模式的动力和降水物理性能进行细致评估,并与同版本10km分辨率业务模式(GRAPES-Meso4.0_10km)同期结果在相同区域进行类同对比分析和讨论。结果表明:(1)GRAPES-Meso4.0模式能够较好地模拟出次天气尺度-中α尺度大气的水平动能谱特征,当模式分辨率由10km提高到3km时,GRAPES-Meso4.0_3km对多尺度、尤其是中-?尺度的解析能力显著提高。6(35)X是该模式的耗散尺度,10km和3km版本的耗散尺度大约分别在60km和18km;(2)相比于GRAPES-Meso4.0_10km,GRAPES-Meso4.0_3km垂直速度值域范围增大了1个数量级,垂直速度发生频谱变宽,频率向垂直速度大值方向延展的同时,对于大尺度系统垂直速度(0.5m/s以下,一般对应中-?尺度以上系统)的预报频率降低,模式可提供更有利于中小尺度系统发生发展的动力环境条件。3km分辨率时,垂直速度平均廓线分布特征与10km情形下非常相似,但数值明显增大,同时最大值发生的垂直位置重心略向下移,更贴近观测高度;(3)GRAPES-Meso4.0_3km很好地捕捉了2015年夏季观测的日均降水量和降水频率的大小及地域分布特征,纠正了GRAPES-Meso4.0_10km在一般性降水和强降水两方面存在的显著预报正偏差;(4)GRAPES-Meso4.0_3km在降水强度预报上的优势主要表现为,对降水强度的地域分布细致特征和对短时强降水(雨强?10mm/h)的频数和分布等把握比较准确,但对强降水(一般性降水)的强度预报偏强(偏弱),GRAPES-Meso4.0_10km则相反;(5)GRAPES-Meso4.0_3km小时降水量和降水频率的日循环预报可反映出观测的双峰特征以及雨量和频率在日循环中的紧密联系,明显优于GRAPES-Meso4.0_10km的表现,尽管下午峰的预报还存在偏弱现象;(6)模式分辨率提高到公里尺度和模式显式描述云和降水过程,是GRAPES-Meso4.0_3km预报性能较GRAPES-Meso4.0_10km全面提高的重要原因,模式初值差异也是不可忽视的影响因素。
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