动力降尺度方法在辐射雾大涡模拟中的应用(10) - 计算机时代杂志社投稿_期刊论文发表|版面费|电话|编辑部|论文发表- 计算机时代

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动力降尺度方法在辐射雾大涡模拟中的应用(10)

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关键词:

摘要：

ES存在前期空报、后期漏报的现象。辐射雾爆发及维持阶段, LES 方案较 PBL 方案有很大的改进, ETS评分也高, 与实况更接近。但是, 在 22 日 01:00之后, LES 方案模拟的雾区快速消散, Bias 逐渐小于1, ETS 逐渐低于 PBL 方案, 并有直线下降的趋势, 说明 LES 方案在此次辐射雾过程后半阶段的模拟效果并不理想, 而 PBL 方案在后半段的 ETS 及Bias评分表现都相对较好, 更接近实况。总结 4.1 节和 4.2 节的结果可以看到, 对于岀雾时间的模拟, 传统的 PBL 边界层方案与实况有 3小时左右的滞后, LES 方案虽然提前了岀雾时间预报, 但又比实际岀雾时间偏早 1~2 小时。如果能将两个方案进行有机的结合, 应该可以对此次辐射雾的岀雾时间进行准确模拟。 4.3 动力降尺度方法的模拟结果我们发现, LES方案模拟此次辐射雾过程比PBL 方案花费更多的计算机时(图 6), LES1.1km 实验比PBL1.1km实验计算机时多 10.07%, LES222m实验比PBL222m实验计算机时多 23.63%。如果采用增加嵌套层数来提高水平网格分辨率的方法, 则需要花费几倍甚至几十倍的计算机时, PBL1.1km实验的机时是 PBL3.3km 实验的 10.06 倍, PBL222m实验是 PBL1.1km 实验的 21.59 倍, LES222m 实验是 LES1.1km 的 44.59 倍。可见, 提高模式分辨率必然耗费大量的计算资源, 在目前的日常业务预报中难以实现。本文采用动力降尺度方法, 利用LES重新进行WRF 模拟运算, 得到更高分辨率的模拟结果。利用PBL3.3km实验的模拟结果设计ndLES1.1km 实验, 并利用 PBL1.1km 实验的模拟结果分别设计ndLES222m实验和ndPBL222m实验。对比PBL1.1km实验(图3(b1)~(b2))、LES1.1km实验(图 5(a1)~(a3))和ndLES1.1km实验(图 7(a1)~ (a3))可以发现, PBL1.1km 实验的岀雾时间为 21 日21:00; LES1.1km实验在21 日 16:00就已经有小面积的雾区出现; ndLES1.1km实验在 21 日 17:00模拟出雾区, 是相对最接近实况(21 日 18:00)的实验。结果表明, ndLES1.1km实验对此次辐射雾过程岀雾时间的预报效果有很大的改进。 a, b和c分别代表PBL3.3km, PBL1.1km和PBL222m, 1和2分别代表21日18:00和21:00的模拟结果; 黑色圆点代表没有出雾的观测站, 红色圆点代表出雾的观测站, 灰色表示模拟的雾区(雾区的定义为能见度小于1 km的区域)图3 D03区域地面观测站与不同PBL实验雾区对比Fig. 3 Comparison of observation and different PBL simulations in D03 图4 D03区域不同模拟实验的ETS和Bias评分Fig. 4 ETS and Bias of different experiments in D03 a和b分别代表LES1.1km和LES222m, 1, 2和3分别代表21日16:00, 17:00和18:00的模拟结果; 黑色圆点代表没有出雾的观测站, 红色圆点代表出雾的观测站, 灰色表示模拟的雾区(雾区的定义为能见度小于1 km的区域)图5 D05区域地面观测站与不同LES实验雾区对比Fig. 5 Comparison of observation and different LES simulations in D05 图6 各实验所需的计算机时Fig. 6 Computational time of different experiments 与 PBL1.1km 实验和 LES1.1km 实验相比, nd- LES1.1km 实验虽然模拟结果最接近实况, 但预报的岀雾时间并不准确, 而是早于实际岀雾时间 1 小时。并且, ndLES1.1km 实验在 D05 区域的 ETS 评分(图8 中深蓝色线) 21 日 18:00为?0.027, 19:00为?0.006, 在所有 LES 实验中是最低的, 模拟效果不理想。为了进一步提高网格分辨率, 我们在 PBL- 1.1km 实验模拟结果的基础上分别设计ndLES222m实验和ndPBL222m实验。从作为比对试验的 ndPBL222m 实验模拟结果(图 7(c1)~(c3))可以看出, 该实验对岀雾时间的预报效果没有明显改善, 21 日 21:00 才模拟出雾区, 晚于实况约 3 小时。这个结果也说明传统的

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