區(qū)域中尺度海氣浪耦合模式能夠更真實(shí)地反映大氣和海洋的變化規(guī)律,目前已被廣泛應(yīng)用于海氣相互作用的研究中,但利用其對西北太平洋海域的預(yù)報性能研究還開展相對較少,同時對相關(guān)參數(shù)化方案的敏感性研究還不夠深入。本文利用基于MCT耦合器的WRF-ROMS-SWAN區(qū)域海氣浪耦合模式,針對西北太平洋海區(qū)進(jìn)行2016年9月24日—27日每日12UTC起報的72h預(yù)報試驗(yàn),利用NCEP-FNL高精度再分析數(shù)據(jù)對預(yù)報結(jié)果評估檢驗(yàn);針對海洋模式垂直混合參數(shù)化方案MY2.5和GLS-ε,選取了2014年9月7-10日和9月17-20日共8天分別對無臺風(fēng)/臺風(fēng)天氣過程開展了兩組預(yù)報試驗(yàn),對海表氣象要素、臺風(fēng)路徑及強(qiáng)度、海表面溫度和混合層溫度的預(yù)報效果進(jìn)行了分析;以臺風(fēng)“鳳凰”和“鲇魚”為例,修正初始背景場中的渦旋位置和強(qiáng)度,分別考察其對臺風(fēng)預(yù)報效果的影響,為bogus渦旋重定位方案的業(yè)務(wù)化應(yīng)用提供依據(jù)。本文主要結(jié)論如下:(1)根據(jù)對大氣要素場預(yù)報誤差的定量化分析結(jié)果,耦合模式的預(yù)報誤差在可接受的范圍內(nèi),相比于WRF模式其預(yù)報效果更好。對2016年9月臺風(fēng)“鲇魚”的預(yù)報結(jié)果顯示,耦合模式對臺風(fēng)路徑的預(yù)報效果較好,但由于耦合作用引起的海表面溫度降低的機(jī)制使得其對強(qiáng)度的預(yù)報偏弱。初始場的渦旋位置精度直接影響了臺風(fēng)的預(yù)報效果。(2)在無臺風(fēng)天氣的情況下,海洋模式垂直混合方案GLS-ε對2m溫度和2m相對濕度的預(yù)報效果要好于MY2.5方案,而在臺風(fēng)天氣的影響下,則是MY2.5方案優(yōu)于GLS-ε方案。(3)不同垂直混合方案對臺風(fēng)路徑預(yù)報的影響不大,臺風(fēng)路徑的預(yù)報效果主要取決于初始場臺風(fēng)中心的定位及臺風(fēng)強(qiáng)度�；旌蠈訜岷繉ε_風(fēng)的發(fā)展至關(guān)重要,在海洋對臺風(fēng)的響應(yīng)過程中,MY2.5方案所造成的垂直混合更強(qiáng)烈,導(dǎo)致混合層溫度偏低,從而使得臺風(fēng)預(yù)報強(qiáng)度偏弱,因此,從災(zāi)害預(yù)警的角度考慮,采用GLS-ε方案能使得耦合模式預(yù)報臺風(fēng)強(qiáng)度偏弱的情況得到一定改善。(4)渦旋重定位方案能夠在保證大尺度環(huán)境場不變的前提下,對背景場中的渦旋環(huán)流范圍內(nèi)的要素場加以修正,因此,重定位后的渦旋環(huán)流與大尺度環(huán)境場之間保持了協(xié)調(diào)性和連續(xù)性。以臺風(fēng)“鳳凰”和“鲇魚”為例,渦旋重定位前后的對比試驗(yàn)表明,在前期的一段時間內(nèi),bogus渦旋重定位方案對臺風(fēng)路徑和強(qiáng)度的預(yù)報效果有較大程度的改進(jìn)。
【學(xué)位單位】：國防科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P732.4;P457.8
【部分圖文】：

區(qū)域中尺度海氣浪耦合模式以中尺度耦合器 MCT 為主導(dǎo)，以區(qū)域氣象模RF、海洋環(huán)流模式 ROMS 和海浪預(yù)報模式 SWAN 作為分量構(gòu)成。海洋模OMS 是三維非線性、自由表面和基于地形跟隨坐標(biāo)的斜壓原始模式[36-37]。作興的海洋模式，ROMS 可以模擬不同尺度的運(yùn)動，在國外已被廣泛地應(yīng)用于生物、海洋地質(zhì)以及海冰研究的諸多領(lǐng)域。大氣模式 WRF[38-39]則是一個完壓的非靜力模式，控制方程組都寫為通量形式。模式采用 Arakawa C 網(wǎng)格，網(wǎng)格有利于在具有高分辨率的模擬中提高準(zhǔn)確性。目前模式已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了地形高度坐標(biāo)（歐拉高度坐標(biāo)）方案和地形跟隨靜力氣壓坐標(biāo)（歐拉質(zhì)量坐標(biāo)）兩種方案以供選擇，時間積分采用三階 Runge-Kutta 方案。而海浪模WAN[40-41]是由荷蘭 Delft 大學(xué)開發(fā)的第三代近岸海浪模式，具有計(jì)算精度高定性好等特點(diǎn)。構(gòu)建中采用中尺度多模式耦合器 MCT，通過 即插即拔 方式方便地連分量模式，同時通過對耦合模式各分量的積分控制函數(shù)中加入耦合控制函數(shù)以調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了 WRF、ROMS 和 SWAN 三者間雙向參數(shù)傳遞和物理量交換及對耦合模式積分運(yùn)行的控制。耦合模式的組成和變量傳遞如圖 2.1 所示。

試驗(yàn)驗(yàn)即單獨(dú)運(yùn)行大氣模式 WRF 進(jìn)行為期 4 天的 72h 預(yù)報設(shè)置如下：采用Mercator投影，模擬區(qū)域中心位置為22.9oN為 6 km，時間積分步長設(shè)定為 20s，經(jīng)向和緯向網(wǎng)格數(shù)為 50 層，模式層頂氣壓設(shè)為 10 hPa。選取 2016 年 9 月 22UTC 做了連續(xù) 4 天的 72h 預(yù)報，預(yù)報結(jié)果每小時輸出。模 3.1。表 3.1 控制試驗(yàn)中 WRF 模式參數(shù)化方案云參數(shù)化方案 微物理過程方案 長波輻射 短波輻射 邊界層方Kain-Fritsch Lin RRTM Dudhia YSU試驗(yàn)

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文圖 3.2 連續(xù) 4 天耦合試驗(yàn)預(yù)報結(jié)果均方根誤差分布圖(a)2m 溫度 (b)2m 相對濕度 (c)10m 風(fēng) u 分量 (d)10m 風(fēng) v 分量圖 3.2 給出了對耦合模式預(yù)報各大氣要素場的均方根誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從圖中可以看出，2 米溫度的均方根誤差在各預(yù)報時段的變化較為一致，逐 12h 的誤差分別為 1.06~1.16K， 1.28~1.35K， 1.18~1.28K 和 1.38~1.56K，存在一個較為明顯的晝夜變化，即白天較夜晚的誤差更��；2 米相對濕度的均方根誤差基本維持在 6%~8%，是在第四個預(yù)報時刻（48h）之后迅速增大；u 分量和 v 分量的均方根誤差變化趨勢較為一致，總體呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，基本維持在 1.5~3.5 m/s。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張曉慧;張立鳳;熊春暉;彭軍;;基于集合變分混合同化方法的雙臺風(fēng)數(shù)值模擬[J];熱帶氣象學(xué)報;2015年04期

2 汪雷;王彰貴;凌鐵軍;左金清;;海洋模式中垂直混合參數(shù)化方案介紹[J];海洋預(yù)報;2014年05期

3 梁書秀;嚴(yán)斌;孫昭晨;張怡輝;;海洋環(huán)流模式中的二階湍流封閉格式綜述[J];水利水電科技進(jìn)展;2014年04期

4 趙定池;李毅;潘曉濱;臧增亮;龔佑權(quán);;WRF-POM耦合模式對一次海霧過程的模擬試驗(yàn)[J];海洋預(yù)報;2014年01期

5 方長芳;張翔;尹建平;;21世紀(jì)初海洋預(yù)報系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J];海洋預(yù)報;2013年04期

6 彭世球;劉段靈;孫照渤;李毅能;;區(qū)域海氣耦合模式研究進(jìn)展[J];中國科學(xué):地球科學(xué);2012年09期

7 鄒立維;周天軍;;區(qū)域海氣耦合模式研究進(jìn)展[J];地球科學(xué)進(jìn)展;2012年08期

8 宋攀;;中尺度海氣耦合模式在南海的應(yīng)用展望[J];氣象水文海洋儀器;2012年01期

9 劉磊;費(fèi)建芳;林霄沛;章立標(biāo);令聰倩;黃小剛;程小平;;海氣相互作用對“格美”臺風(fēng)發(fā)展的影響研究[J];大氣科學(xué);2011年03期

10 袁金南;宋麗莉;黃燕燕;陳子通;劉春霞;丁偉鈺;;一種初始渦旋重定位方法及熱帶氣旋路徑數(shù)值模擬試驗(yàn)[J];熱帶氣象學(xué)報;2010年03期

相關(guān)會議論文 前2條

1 楊洋;;海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略下我國海洋國土的開發(fā)利用[A];2013年中國社會學(xué)年會暨第四屆海洋社會學(xué)論壇論文集[C];2013年

2 徐幼平;王斌;宇如聰;程銳;成巍;;AREM暴雨數(shù)值預(yù)報模式相關(guān)研究與應(yīng)用進(jìn)展[A];第26屆中國氣象學(xué)會年會全球和區(qū)域氣候模式及極端天氣氣候事件的模擬研究分會場論文集[C];2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 孫明華;GRAPES-ECOM-si區(qū)域海氣耦合模式的發(fā)展及其對熱帶氣旋強(qiáng)度預(yù)報的研究[D];中國氣象科學(xué)研究院;2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李迎新;臺風(fēng)對西北太平洋氣旋渦的影響[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

本文編號：2815037