基于WRF341中新增參数化方案的降水回报对比试验.doc

基于WRF3.4.1中新增参数化方案的降水回报对比试验 杨晓峰 王铁 耿利宁 藏欣 (南京中网卫星通信股份有限公司，江苏南京 210000) 摘要：利用WRF3.4.1模式和GFS资料对江苏地区2013年7月5-8日的降水过程开展了回报试验，对第二层嵌套9km分辨率条件下的积云参数化方案的应用与否对降水预报的影响进行对比分析，同时对WRF3.4.1中新增的微物理过程参数化方案以及积云对流参数化方案进行了试验评估。结果表明，在该次试验地区以及模式设置的条件下，第二层嵌套9km分辨率在使用积云对流参数化方案时的预报结果更能反映该次降水事件；新增的NSSL 2-moment微物理过程参数化方案与Lin方案比较，各有优缺点，两者对于降水落区的表现均有略微的偏差，但总体表现均较好，新方案在降水量级上表现出色比Lin方案要好，但在降水中心的表现上没有Lin方案好，其预报的降水中心较为分散，与实况相比没有很明显的降水中心落区；新增的New Simplified Arakawa-Schubert积云对流参数化方案，不管与Lin方案还是NSSL 2-moment方案搭配预报，均没有较好的表现，降水落区能较好的表现出来，但没有明显的降水中心，同时降水量级与实况有较大的出入；最后对NSSL 2-moment方案四天的预报结果进行分析表明，四天降水的TS评分分别为0.72、0.70、0.65和0.51，可见该方案对于降水的预报表现具有较好的稳定性。 关键词：WRF3.4.1 回报 参数化方案 对比分析 1.引言 WRF模式是由美国国家大气研究中心、国家大气海洋局预报系统实验室、国家大气环境研究中心和俄克拉荷马大学暴雨分析预报中心等多单位联合发展起来的新一代肥静力平衡、高分辨率、科研和业务预报统一的中尺度预报和资料同化模式[1-2]。WRF模式对中尺度系统模拟效果较好，但是模式中提供的物理参数化方案众多，针对特定研究目的如何选择较为合适的物理过程参数化方案是WRF应用的难点，另外物理过程参数化的选择与模式模拟空间分辨率有着紧密的联系，特定的参数化方案有其特定适合的空间分辨率，因此模式的模拟的空间分辨率选择也是WRF模式应用的重点。 很多学者和科研人员针对WRF模式模拟的空间分辨率选择和物理参数化的选择进行了研究。史金丽[3]等对WRF的不同分辨率对温度和降水的影响进行了研究，结果显示27km的空间分辨率比9km更能准确的模拟内蒙古地区降水的落区和强度。黄海波[4]等对WRF水平分辨率对降水预报效果的影响进行了研究，结果表明WRF模式的降水预报效果并不总是随水平分辨率的提高而提高，模式水平分辨率的提高存在明显的阈值(15 km左右)，当模式的水平分辨率提高到超过这一阈值以后，预报效果开始转差。 廖镜彪[5]等认为目前对降雨模拟影响较大的物理过程参数化方案主要有微物理过程、积云对流过程以及边界层参数化方案。但相对来说，对于降水的模拟，微物理过程起着主要作用，其次是积云对流过程，边界层参数化方案影响相对较小[6]。Jankov等[7]对不同物理过程的参数化进行了方案比较，认为最敏感的是对流方案，对于弱降水过程，边界层和微物理方案的敏感性是相当的，而对于强降水，微物理方案比较敏感。黄海波等认为中尺度数值模式中不同降水方案的选择对降水的模拟和预报结果，有很大的影响[8-11] ，积云对流参数化方案对不同类型天气系统内发展的对流将有不同的效果，可是在某些降水过程中，积云对流参数化方案又几乎完全不起作用[12]。陈炯等[13-15]对WRF模式中的MRF和MYJ边界层参数化方案进行了对比试验，发现分辨率为20km时，WRF模式基本上能够模拟出中尺度降水的范围、位置和强度，采用边界层参数化方案显然比不采用边界层参数化方案的模拟效果好，但是MYJ方案和MRF方案相比并没有明显的优越性。 针对积云对流参数化方案的研究中，在多层嵌套的最里层即水平分辨率最高的嵌套层，学者们都考虑不使用积云参数化方案，张小培[16]等在复杂地形地区WRF模式四种边界层参数化方案的评估的研究中，第三层嵌套空间分辨率为1km时未使用积云参数化方案，王舒畅[17]等认为WRF 模式的目标是1～10km的水平分辨率，因此一些物理方案在这样高的分辨率下可能不能起到很好的效果（例如：积云参数化方案）。周天军[18]等开展了模式水平分辨率影响积云对流参数化效果的数值试验，结果表明模式水平分辨率的变化直接影响积云对流参数化的效果。 WRF模式开发团队一直在对WRF模式进行开发更新，其中最主要的一项工作就是添加新的物理过程参数化方案，目前WRF模式已经开发至3.5版本，本文使用2012年8月份发布的WRF3.4.1版本，由前文调研可知，对于降水预报最为敏感的参数化方案包括微物理参数化和积云参数化方案，与