ISSN 1004-4965

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边界层参数化对海南岛海风环流结构模拟的影响

杨秋彦 苗峻峰 王语卉

杨秋彦, 苗峻峰, 王语卉. 边界层参数化对海南岛海风环流结构模拟的影响[J]. 热带气象学报, 2019, 35(2): 234-252. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.021
引用本文: 杨秋彦, 苗峻峰, 王语卉. 边界层参数化对海南岛海风环流结构模拟的影响[J]. 热带气象学报, 2019, 35(2): 234-252. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.021
Qiu-yan YANG, Jun-feng MIAO, Yu-hui WANG. IMPACT OF PLANETARY BOUNDARY LAYER PARAMETERIZATIONS ON SIMULATED SEA BREEZE CIRCULATION OVER THE HAINAN ISLAND[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2019, 35(2): 234-252. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.021
Citation: Qiu-yan YANG, Jun-feng MIAO, Yu-hui WANG. IMPACT OF PLANETARY BOUNDARY LAYER PARAMETERIZATIONS ON SIMULATED SEA BREEZE CIRCULATION OVER THE HAINAN ISLAND[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2019, 35(2): 234-252. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.021

边界层参数化对海南岛海风环流结构模拟的影响

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2019.021
基金项目: 

国家重点研发计划重点专项项目 2018YFC1506902

详细信息
    通讯作者:

    苗峻峰,男,内蒙古自治区人,教授,博士研究生导师,研究方向:中尺度数值模拟。E-mail:miaoj@nuist.edu.cn

  • 中图分类号: P435.2

IMPACT OF PLANETARY BOUNDARY LAYER PARAMETERIZATIONS ON SIMULATED SEA BREEZE CIRCULATION OVER THE HAINAN ISLAND

  • 摘要: 利用WRF V3.7详细分析了应用8种边界层参数化方案(YSU、MYNN2.5、MYNN3、ACM2、BouLac、UW、SH、GBM)所模拟的2014年5月25日海南岛海风环流结构的差异,其中YSU、ACM2和SH为非局地闭合方案,MYNN2.5、MYNN3、BouLac、UW和GBM为局地闭合方案。结果表明:对于海风环流水平结构的模拟,15时,YSU、ACM2、BouLac、UW和SH模拟的北部海风较强,SH和GBM的内陆风速偏大。温度与海风发展强度相对应,MYNN2.5与MYNN3模拟的岛屿温度偏低,海陆温差小,海风相对较弱。对于海风环流垂直结构的模拟,09时海风开始,但强度较小,且存在残余陆风,向内陆传播距离较短,YSU、MYNN2.5和SH方案的海风相对较强。12时,海风已呈现出较为清晰的环流结构,YSU和ACM2的海风厚度及向内陆传播距离相对强于其它方案,MYNN3的环流结构则不太明显,且向内陆推进距离短,海风相对较弱。15时,海风发展强盛,MYNN2.5和MYNN3方案模拟的海风垂直强度较小,ACM2方案的海风垂直环流特征最为明显。18时,海风的强度和扰动均有所减弱,ACM2、BouLac和UW的整体海风相对强于其它方案。21时海风已基本转为陆风,BouLac与UW的陆风环流结构最为清晰。位温、水汽及海风垂直环流强度的发展变化与海风的演变过程基本一致。造成ACM2模拟海风偏强的原因是其边界层垂直混合偏强,形成了足够的湍流混合强度所致。对于边界层高度的模拟,ACM2的边界层顶最高,这与此方案所模拟的海风强度偏大相吻合,其它方案的边界层高度与海风强度并不完全一致。

     

  • 图  1  模拟的四重嵌套区域示意图(a)和D4区域的地形分布(b,阴影,单位:m)

    图  2  海南岛19个常规气象站风场的观测与模拟对比      单位:m/s。

    图  3  海口站(a、c)、三亚站(b、d)的模拟与观测的08:00 LST风速(a、b,单位:m/s)和风向(c、d,单位:deg)廓线的比较

    图  4  模拟的15:00 LST 2 m温度场(阴影,单位:℃)和10 m风场(单位:m/s)分布

    a. YSU;b. MYNN2.5;c. MYNN3;d. ACM2;e. BouLac;f. UW;g. SH;h. GBM。

    图  5  模拟的15:00 LST的10 m风场散度(蓝色实线表示小于-1×10-3 s-1)分布

    a. YSU;b. MYNN2.5;c. MYNN3;d. ACM2;e. BouLac;f. UW;g. SH;h. GBM。

    图  6  沿图 1b中AB线模拟的12:00 LST垂直风速(阴影,单位:m/s),南北环流(w扩大了20倍),v风速零线(黑色等值线)的垂直剖面

    a. YSU;b. MYNN2.5;c. MYNN3;d. ACM2;e. BouLac;f. UW;g. SH;h. GBM。

    图  7  图 6,但为15:00 LST

    图  8  图 6,但为18:00 LST

    图  9  模拟的海南岛15:00 LST的边界层高度(阴影,单位:m)

    a. YSU;b. MYNN2.5;c. MYNN3;d. ACM2;e. BouLac;f. UW;g. SH;h. GBM。

    图  10  D4区域平均边界层高度随时间的演变     单位:m。

    表  1  模式主要物理参数化方案设置

    物理过程 选用的参数化方案
    短波辐射 Dudhia+地形辐射效应[45]
    长波辐射 RRTM
    微物理学 Lin et al
    积云参数化(仅D1、D2) Kain-Fritsch
    边界层 YSU、MYNN2.5、MYNN3、ACM2、BouLac、UW、SH、GBM
    近地面层 MM5 Monin-Obukhov Similarity
    陆面过程 Noah
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    表  2  海口站模拟的2 m温度和10 m风速的统计结果检验

    方案 YSU MYNN2.5 MYNN3 ACM2 BouLac UW SH GBM
    WS MBE 0.67 0.61 0.42 0.86 0.85 1.03 0.67 0.70
    RMSE 2.11 2.31 2.34 2.40 2.32 2.10 2.10 2.20
    σdiff 1.99 2.23 2.30 2.23 2.16 1.83 1.98 2.08
    IA 0.803 0.830 0.855 0.830 0.728 0.771 0.811 0.823
    T2 MBE -0.34 -0.50 -0.48 -0.34 -0.12 -0.15 -0.34 0.08
    RMSE 0.76 0.70 0.62 0.85 0.48 0.50 0.71 0.36
    σdiff 0.68 0.48 0.39 0.77 0.46 0.48 0.62 0.35
    IA 0.982 0.984 0.987 0.976 0.993 0.993 0.985 0.996
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    表  3  三亚站模拟的2 m温度和10 m风速的统计结果检验

    方案 YSU MYNN2.5 MYNN3 ACM2 BouLac UW SH GBM
    WS MBE -1.75 -1.73 -1.66 -1.52 -1.66 -1.60 -1.80 -1.53
    RMSE 2.15 2.11 2.10 1.94 1.90 2.01 2.13 2.12
    σdiff 1.19 1.14 1.24 1.16 0.86 1.16 1.06 1.42
    IA 0.596 0.588 0.604 0.591 0.475 0.563 0.564 0.669
    T2 MBE 0.93 0.94 0.98 1.22 1.07 1.17 0.88 1.18
    RMSE 1.13 1.13 1.16 1.37 1.18 1.32 1.07 1.36
    σdiff 0.61 0.59 0.59 0.55 0.46 0.57 0.59 0.62
    IA 0.883 0.881 0.864 0.845 0.884 0.853 0.889 0.837
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-02
  • 修回日期:  2018-11-18
  • 刊出日期:  2019-04-01

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