不同复杂程度陆面过程对中国夏季降水数值预报的影响

【摘要】： 夏季发生在江淮流域的强降水是我国汛期重要的天气灾害。多年来对其发生发展的天气动力学过程及分析预报进行了大量研究,并取得了诸多进展。但是对于强降水的预报仍然十分困难,因为对于引发暴雨等强降水的中小尺度对流系统的发生发展的机理还认识不够。中小尺度对流系统的发生发展受大尺度环境场及局地下垫面不均匀性强迫的影响,其中局地下垫面非均一性强迫作用对中小尺度对流系统的发生发展的影响有多大,以及如何影响对流系统的发生发展,这些问题都还没有明确的答案。本论文使用GRAPES有限区域精细数值天气预报模式,通过数值试验,研究了不同复杂程度陆面过程对中国夏季降水的影响,重点分析了陆面过程对造成中国夏季强降水的中小尺度对流系统的启动和发展的影响,探讨中小尺度对流发生发展中陆气相互作用的可能影响,从理论和机理上为进一步提高暴雨等强降水的数值预报水平提供依据。 通过不同复杂程度陆面模式和不同土壤初始条件的敏感性数值试验,详细模拟分析了2003年8月2日江西省和2007年7月8日江淮地区的两次典型对流性降水的启动和发展过程,其结果表明,局地热对流性降水对陆面过程有很强的敏感性;受大尺度天气背景影响较大的对流性降水,其雨带位置和范围主要由大尺度天气背景决定,但对流的启动受陆面过程影响非常显著。本研究所采用比较复杂的陆面过程Noah能合理地模拟出对流的启动,而所采用比较简单的陆面过程Slab模拟的对流会延迟1-2小时,这跟Noah陆面模式能够合理描述地表感、潜热通量有关。土壤的温湿状况直接决定地表感热和潜热通量的分布。地表感热通量的分布,又影响边界层厚度的分布,进而对局地环流产生影响,改变边界层热动力结构的稳定性,这直接影响对流启动的发生。从夜间到白天感热通量的增加,Noah都能很快响应,感热通量快速变大,使得边界层能快速发展,对流有效位能相应增大,有利于对流的发生。此外,2007年7月淮河流域连续强降水的模拟试验结果表明:描述更加详细的Noah陆面模式能明显提高对强降水预报的能力,对降水强度和分布都有明显改进,雨带和强降水中心的位置更接近实况。对连续降水的TS评分结果可以看出,总体上Noah的TS评分高于Slab。