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(duì)西北太平洋海域的預(yù)報(bào)性能研究還開(kāi)展相對(duì)較少,同時(shí)對(duì)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(duì)西北太平洋海區(qū)進(jìn)行2016年9月24日—27日每日12UTC起報(bào)的72h預(yù)報(bào)試驗(yàn),利用NCEP-FNL高精度再分析數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)報(bào)結(jié)果評(píng)估檢驗(yàn);針對(duì)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(duì)無(wú)臺(tái)風(fēng)/臺(tái)風(fēng)天氣過(guò)程開(kāi)展了兩組預(yù)報(bào)試驗(yàn),對(duì)海表氣象要素、臺(tái)風(fēng)路徑及強(qiáng)度、海表面溫度和混合層溫度的預(yù)報(bào)效果進(jìn)行了分析;以臺(tái)風(fēng)“鳳凰”和“鲇魚(yú)”為例,修正初始背景場(chǎng)中的渦旋位置和強(qiáng)度,分別考察其對(duì)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)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(duì)大氣要素場(chǎng)預(yù)報(bào)誤差的定量化分析結(jié)果,耦合模式的預(yù)報(bào)誤差在可接受的范圍內(nèi),相比于WRF模式其預(yù)報(bào)效果更好。對(duì)2016年9月臺(tái)風(fēng)“鲇魚(yú)”的預(yù)報(bào)結(jié)果顯示,耦合模式對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑的預(yù)報(bào)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(duì)強(qiáng)度的預(yù)報(bào)偏弱。初始場(chǎng)的渦旋位置精度直接影響了臺(tái)風(fēng)的預(yù)報(bào)效果。(2)在無(wú)臺(tái)風(fēng)天氣的情況下,海洋模式垂直混合方案GLS-ε對(duì)2m溫度和2m相對(duì)濕度的預(yù)報(bào)效果要好于MY2.5方案,而在臺(tái)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(duì)臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)的影響不大,臺(tái)風(fēng)路徑的預(yù)報(bào)效果主要取決于初始場(chǎng)臺(tái)風(fēng)中心的定位及臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度�；旌蠈訜岷繉�(duì)臺(tái)風(fēng)的發(fā)展至關(guān)重要,在海洋對(duì)臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)過(guò)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(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)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(bào)臺(tái)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(chǎng)不變的前提下,對(duì)背景場(chǎng)中的渦旋環(huán)流范圍內(nèi)的要素場(chǎng)加以修正,因此,重定位后的渦旋環(huán)流與大尺度環(huán)境場(chǎng)之間保持了協(xié)調(diào)性和連續(xù)性。以臺(tái)風(fēng)“鳳凰”和“鲇魚(yú)”為例,渦旋重定位前后的對(duì)比試驗(yàn)表明,在前期的一段時(shí)間內(nèi),bogus渦旋重定位方案對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度的預(yù)報(bào)效果有較大程度的改進(jìn)。
【學(xué)位單位】：國(guó)防科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：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(bào)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(dòng)，在國(guó)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(gè)完壓的非靜力模式，控制方程組都寫(xiě)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(shí)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(kāi)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(guò) 即插即拔 方式方便地連分量模式，同時(shí)通過(guò)對(duì)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(duì)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(bào)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(shí)間積分步長(zhǎng)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(bào)，預(yù)報(bào)結(jié)果每小時(shí)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(guò)程方案 長(zhǎng)波輻射 短波輻射 邊界層方Kain-Fritsch Lin RRTM Dudhia YSU試驗(yàn)

國(guó)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(bào)結(jié)果均方根誤差分布圖(a)2m 溫度 (b)2m 相對(duì)濕度 (c)10m 風(fēng) u 分量 (d)10m 風(fēng) v 分量圖 3.2 給出了對(duì)耦合模式預(yù)報(bào)各大氣要素場(chǎng)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(bào)時(shí)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(gè)較為明顯的晝夜變化，即白天較夜晚的誤差更��；2 米相對(duì)濕度的均方根誤差基本維持在 6%~8%，是在第四個(gè)預(yù)報(bào)時(shí)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(shì)較為一致，總體呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)，基本維持在 1.5~3.5 m/s。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2815037