ISSN 1004-4965

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基于CloudSat卫星的台风“彩云”(0914)云微物理结构模拟研究

王俐俐 蒋文泽 辛渝 刘琼 陈勇航 张蕾 赵兵科 陈淑仪

王俐俐, 蒋文泽, 辛渝, 刘琼, 陈勇航, 张蕾, 赵兵科, 陈淑仪. 基于CloudSat卫星的台风“彩云”(0914)云微物理结构模拟研究[J]. 热带气象学报, 2020, 36(6): 821-833. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.073
引用本文: 王俐俐, 蒋文泽, 辛渝, 刘琼, 陈勇航, 张蕾, 赵兵科, 陈淑仪. 基于CloudSat卫星的台风“彩云”(0914)云微物理结构模拟研究[J]. 热带气象学报, 2020, 36(6): 821-833. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.073
Li-li WANG, Wen-ze JIANG, Yu XIN, Qiong LIU, Yong-hang CHEN, Lei ZHANG, Bing-ke ZHAO, Shu-yi CHEN. MICROPHYSICAL STRUCTURE SIMULATION OF TYPHOON CHOI-WAN (0914) BASED ON CLOUDSAT SATELLITE[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2020, 36(6): 821-833. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.073
Citation: Li-li WANG, Wen-ze JIANG, Yu XIN, Qiong LIU, Yong-hang CHEN, Lei ZHANG, Bing-ke ZHAO, Shu-yi CHEN. MICROPHYSICAL STRUCTURE SIMULATION OF TYPHOON CHOI-WAN (0914) BASED ON CLOUDSAT SATELLITE[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2020, 36(6): 821-833. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.073

基于CloudSat卫星的台风“彩云”(0914)云微物理结构模拟研究

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2020.073
基金项目: 

科技部国家重点研发计划 2018YFC1506305

灾害天气国家重点实验室开放课题 2018LASW-B11

科技部国家重点研发计划 2017YFA0603502

国家自然科学基金项目 41975029

详细信息
    通讯作者:

    辛渝,女,重庆市人,研究员级高级工程师,从事应用气象与数值模拟研究。E-mail: Dearnerxy@163.com

  • 中图分类号: P444

MICROPHYSICAL STRUCTURE SIMULATION OF TYPHOON CHOI-WAN (0914) BASED ON CLOUDSAT SATELLITE

  • 摘要: 使用NCEP (National Centerfor Environmental Prediction) FNL (Final Operational Global Analysis)资料作为初始场和边界条件,用WRF(Weather Research and Forecasting model)模式对西太平洋超强台风“彩云”(0914)进行数值模拟,结合CloudSat卫星数据产品评估Lin、WSM6、Thompson和WDM6四种云微物理参数化方案对热带气旋模拟的适用性。结果表明:不同参数化方案模拟的环流形式区别不大,但对于热带气旋中心的最低气压模拟有差别。WSM6与WDM6模拟的热带气旋云量最多,Lin方案最少。但不同参数化方案模拟的热带气旋云系位置比较一致。不管从模拟的云冰剖面图还是剖面平均的云冰含量看,Thompson方案对云冰的模拟效果都是最优。雷达反射率强回波区域与云冰含量的高值区相对应,但高值区的强度、中心高度均大于CloudSat观测。水成物分布特征表明,Lin方案模拟的冰晶粒子与雪粒子较其他方案分布高度更高且含量偏小,雪粒子大部分由冰晶粒子碰并过程形成; Thompson方案中冰晶粒子快速向雪粒子转换导致冰晶含量非常小; WSM6方案与WDM6方案模拟的水成物分布接近,但WSM6的垂直速度明显大于WDM6方案,由雪粒子、霰粒子融化形成的雨水含量更高。

     

  • 图  1  热带气旋“彩云”2009年9月12日00:00—20日18:00最佳路径及强度和WRF模拟区域

    图  2  2009年9月12日06时ECMWF再分析资料500 hPa环流形势(a)与四种参数化方案模拟环流形势(b~e)

    图  3  2009年9月15日06时ECMWF再分析资料500 hPa环流形势(a)与四种参数化方案模拟环流形势(b~e)

    图  4  MASTR-1R卫星观测2009年9月12日02:33云图(a)与四种参数化方案模拟的2009年9月12日03:00总云量图(b~e)及CloudSat卫星过境轨迹(红线)

    图  5  MASTR-1R卫星观测2009年9月15日04:33云图(a)及四种参数化方案模拟的2009年9月12日04:00总云量图(b~e)及CloudSat卫星过境轨迹(红线)

    图  6  CloudSat卫星在2009年9月12日03:18观测的冰水含量垂直剖面图(a)与四种参数化方案03:00时模拟的冰水含量-高度剖面图(b~e)

    图  7  CloudSat卫星在2009年9月15日03:53观测的冰水含量垂直剖面图(a)与四种参数化方案04时模拟的冰水含量-高度剖面图(b~e)

    单位:mg/m3

    图  8  CloudSat卫星观测观测及四种参数化方案03:00模拟的剖面平均冰水含量-高度廓线图

    a. 2009年9月12日03:18;b. 2009年9月15日03:53。

    图  9  CloudSat卫星在2009年9月12日03:18沿轨的雷达反射率剖面图(a)与四种参数化方案03:00时模拟的雷达反射率(b~e)(单位:dBZ)及模拟的冰云云顶与云底高度(黑星)

    图  10  CloudSat卫星在2009年9月15日03:53沿轨的雷达反射率剖面图(a)与四种参数化方案04:00时模拟的雷达反射率(b~e)(单位:dBZ)及模拟的冰云云顶与云底高度(黑星)

    图  11  四种参数化方案2009年9月12日03:00时沿轨模拟的水成物剖面图(填色,单位:mg/kg)、等温线(红线,单位:℃)与垂直速度(黑线,单位:m/s)

    图  12  四种参数化方案2009年9月15日04:00时沿轨模拟的水成物剖面图(填色,单位:mg/kg)、等温线(红线,单位:℃)与垂直速度(黑线,单位:m/s)

    表  1  QuickBeam参数设置

    参数 type phase cP apm bpm rho P1 P2 P3
    1 1 0 0 524 3.0 -1 0.1×106 -1 2
    2 1 0 0 524 3.0 -1 -1 1 000 2
    3 1 1 0 52 2.6 -1 -1 1 000 2
    4 1 1 0 209 2.6 -1 -1 1 000 2
    5 1 1 0 261 2.7 -1 -1 1 000 2
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    表  2  云微物理参数化方案特征

    参数化方案名称 主要特征
    Lin 单参数方案,计算水汽、云水、雨、冰晶、雪和霰,属于比较复杂的云微物理参数化方案,适用于高分辨率的实际数据数值模拟
    WSM6 单参数方案,在WSM5的基础上增加了霰粒子及相关物理过程,其中与霰相关的一些物理过程与Lin方案一致
    Thompson 双参数方案,微观物理过程的参数化计算了雪和霰的总和,计算的流动区域中的冰晶的数量偏低
    WDM6 双参数方案,与WSM6方案具有相同的冰相部分,仅在水成物的谱型、暖云物理过程参数化部分有所差别
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-01-10
  • 修回日期:  2020-08-18
  • 刊出日期:  2020-12-01

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