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基于浙江省北仑站Parsivel OTT2雨滴谱资料,分析了2023年第5号台风“杜苏芮”影响期间浙江沿海降水的微物理特征。结果表明,此次降水由台风螺旋雨带造成,且登陆前后特征呈现显著差异:登陆前以低质心暖云降水为主,雨强较小,对流云降水占比较低,雨滴以中小尺寸粒径为主,呈现出典型热带台风降水特征,对流降水性质属于海洋型对流;登陆后以积云混合降水为主,雨强较大且波动剧烈,对流系统垂直发展旺盛,导致雨滴直径和数浓度明显大于登陆前,出现直径超过 4mm的大雨滴,呈现一定的温带气旋降水特征,对流降水性质介于海洋型和大陆型之间。对雨强贡献方面,登陆前以 2mm以下的中小雨滴为主,大雨滴贡献可以忽略;登陆后雨强增大主要依赖于2mm以上雨滴数量的增长。台风登陆前后的μ-Λ、Z-R关系拟合结果也存在差异,登陆前的 μ-Λ关系 Λ值更大;Z-R关系表现为登陆前 a较低、b较高,符合典型热带台风降水特征,登陆后a较高、b较低,具有中纬度对流降水特征。标准Z-R关系对“杜苏芮”降水的适用性不足,表现对登陆前降水低估,对登陆后雨强低于50mm·h-1的降水高估、高于50mm·h-1的降水低估,因此需针对台风不同降水部位及不同阶段建立更精细的Z-R关系。
基于阴阳网格全球-区域通用大气数值模式(YUNMA),评估了不同网格配置和分辨率对涡旋系统模拟结果的影响。通过网格坐标系旋转,获得涡旋运动路径上具有不同均匀性的网格,并结合理想试验与实际台风个例模拟,分析了不同网格均匀性和分辨率对涡旋或台风路径、强度、结构及降水模拟表现的影响。结果表明:(1)网格均匀性对理想涡旋系统的纯动力数值模拟结果影响明显,非均匀网格造成涡旋路径偏移,并加速涡旋强度和移动速度衰减。(2)低分辨率模式较高分辨率模式对网格均匀性更加敏感。相同网格变率情况下,高分辨率动力模式模拟的涡旋强度和涡旋路径更加稳定,涡旋运动速度也能够得到更好地维持。(3)实际台风模拟也受到网格均匀性的显著影响,均匀网格协同高分辨率模式能够更准确地捕捉台风路径,台风强度得以更好保持,而低分辨率且非均匀网格配置导致台风中心位置偏移,模拟路径偏差增大。同时,均匀网格模式能更准确模拟台风降水,提高降水 TS评分。网格均匀性不仅制约模式次网格物理过程参数化效果,还影响模式动力计算精度的空间分布一致性,从而影响包含天气系统移动、强度和降水在内的数值模拟效果。
热带地区是全球对流活动最旺盛的地区,频繁的对流能够对全球能量循环、水循环及气候系统产生深远影响。随着全球变暖,极端对流天气未来会如何变化越来越受到关注。基于一个水平分辨率14 km的全球大气模式(NICAM)的模拟结果,结合TRMM卫星观测资料对热带地区极端对流系统的气候特征及其对全球变暖的响应进行了研究。结果表明:NICAM模式对热带地区的大气环境与对流活动有很好的模拟能力,模拟的近地面层温度和湿度与ERA-5再分析资料的空间分布相关系数分别达到了0.65和0.89,模拟的极端深对流系统在空间和时间上与卫星观测结果的相关系数分别达到了0.53和0.77。对比NICAM模拟的历史(1979—2008年)与未来(2075—2104年)各30年极端对流发现,随着全球变暖热带地区整体上比湿呈增加趋势,但陆地上的相对湿度却呈减小趋势,说明热带陆地区域的大气未来将会变得更加干燥,不同类型的极端对流系统整体上均呈增加的趋势,尤其热带海洋上的极端对流增加趋势相比热带陆地更为明显。
风速的准确模拟对风电和太阳能等新能源领域未来发展布局具有重要指导意义,但目前全球气候模式对风速的模拟能力有限。基于国家基准台站观测资料,评估了第六次国际耦合模式比较计划(CoupledModel Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)的十个全球气候模式(Global Climate Model,GCM)对中国大陆10 m风速1961—2014年的时空分布特征的模拟能力。评估结果显示,在气候态特征上,十个CMIP6 GCM均能模拟出1961—2014年时期我国10 m风速春季最大、秋季最小的气候态季节变化特征,大多数模式存在全年系统性高估现象,尤其是BCC-CSM2-MR和FGOALS-f3-L模式。在年际变率上,十个CMIP6模式也均能再现我国风速年平均和季节平均的年际变率空间分布特征,但是量值较观测偏小。在年代际趋势上,除GFDL-ESM4模式之外的九个模式可模拟出中国区域平均的年平均风速在1961—2014年期间的减弱趋势,但是模拟的减弱趋势要较观测明显偏小1个量级,GFDL-ESM4模式对于中国区域年平均10 m风速在1961—2014年期间的变化模拟反而是增强的。

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