锋面结构MM5数值模拟.pdfVIP

锋 面 结 构 的 MM5数 值 模 拟 孟晓婧 ，田林生 (1．南京气象学院大气科学系，江苏 南京 210044；2．胜利油田气象台，山东 东营 257027) 摘 要 ：利用美国PSU／NCAR具有嵌套功能的非静力 中尺度大气模式MM5，对发生在2000年4月8—9 日的一 次强冷锋进行数值模拟。分析模拟结果发现，锋面结构的演变与适应锋生理论相一致，并且具有一种不连续结构。 关键词：锋面结构；非静力 中尺度大气模 式；适应锋生理论 中图分类号 ：P441 1．2 文献标识码 ：A 文章编号 ：1004—6372(2003)03—0014-03 发展 ，PSU／NCAR中尺度模式已相当成熟，被广泛地用于研究 引 言 中小尺度 ，甚至区域气候问题 。 目前 ，我国对锋面的研究主要有两个分支 ：一是着重于理 2．1．1 空间差分格式和时间积分方案 论研究，一是实际天气个例分析。由于观测资料的缺乏，这类 MM5水平网格采用 “ArakawaB”型跳点 网格，动量与热 天气学分析仅能局限于天气尺度的分析 ，而现在 的理论研究 力学量定义在不同点上，这种格式可以比较精确地计算气压 往往偏 向于解释锋面的中小尺度特征。国外在对于锋面中小 梯度力与水平散度。垂直方向也是跳点网格 ，垂直速度定义 尺度结构的观测分析研究方面 已做 了很多工作 ．相对而言我 在整 or面上 ，而其它变量放在半ro面上 。本文在垂直方 向上 国 目前对于锋面的研究是非常不够的，虽然有一些新理论 ，但 取24层非均匀 的 ro面 ，对应 ro值为 1，0．99，0．98，0．96， 缺乏高质量的事实来验证 ，同时 由于资料缺乏 ，无法仔细分析 0．93，0．89，0．85，0．80，0．75，0．70，0．65，0．60。0．55，0．50， 锋面附近的一些中小尺度特征。鉴于这种情况 ．本文希望能 0．45，0．40，0．35，0．30，0．25，0．20，0．15，0．10，0．05，0．00。模 通过数值模拟方法 ，尽可能再现 2000年 4月 8一一9 日冷锋个 式底部分层最密 ，以细致地描述低层大气的运动特征 。 例 ，并在此基础上对模式结果进行分析。 MM5时间积分方案包括蛙跳格式和 Asselin时 间滤波器 (Asselin，1972)。时间滤波器的作用是降低高频快波的能量 ， 1 理 论 避免蛙跳方案中出现解 的分裂。为了提高计算效率 ，MM5使 锋生和锋消是天气分析中两个重要天气概念。从锋面的 用 了时间分离技术 。将快 、慢波分开计算 。针对模式 中包含的 基本定义出发，锋生是指温度 (或位温)不连续形成 的一种过 不同快慢波 ，分别选用显式和半隐式时间分离方案。 程，或指已有锋面 温度 (或 位温 )水平梯度加大 的过 程；锋 消 2．1．2 边界条件 是指作用相反的过程。锋的形成 、加强或减弱 、消失，导致 了 本文非静力模拟都是用辐射上边界条件 ，侧边界处全部 天气的急剧变化。因此 ，了解和正确预报锋 的生、消活动 ，不 选择时变及流人流出条件 。这种边界条件可以允许波 的能量 仅是作好天气预报的重要环节 ，亦关系到其它一些天气系统 向上传播而不被反射下来 ，以修正垂直速度。 形成和发展的预报 。 2．1．3 嵌套 网格技术 地转适应过程是地球流体力学中的一个基本概念 ，在大 MM5模式为提高模式分辨率 、模拟中小尺度系统的细微 气和海洋学科 中有很多应用 ，近年来 ，一些学者又将地转适应 结构提供 了嵌套网格方案 。在粗网格大区域内