ISSN 1004-4965

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模式网格均匀性对涡旋系统数值模拟的影响研究

黄寅 彭新东 陈思源

黄寅, 彭新东, 陈思源. 模式网格均匀性对涡旋系统数值模拟的影响研究[J]. 热带气象学报, 2026, 42(3): 331-342. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.027
引用本文: 黄寅, 彭新东, 陈思源. 模式网格均匀性对涡旋系统数值模拟的影响研究[J]. 热带气象学报, 2026, 42(3): 331-342. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.027
HUANG Yin, PENG Xindong, CHEN Siyuan. Impact of the Grid Uniformity on Numerical Simulation of Vortices[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2026, 42(3): 331-342. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.027
Citation: HUANG Yin, PENG Xindong, CHEN Siyuan. Impact of the Grid Uniformity on Numerical Simulation of Vortices[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2026, 42(3): 331-342. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.027

模式网格均匀性对涡旋系统数值模拟的影响研究

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2026.027
基金项目: 

国家自然科学基金 42375153

国家自然科学基金 42075151

中国气象科学研究院科技发展基金 2023KJ038

中国气象科学研究院科技发展基金 2026KJ014

详细信息
    通讯作者:

    彭新东,男,河南省人,研究员,主要从事数值天气预报研究。E-mail: pengxd@cma.gov.cn

  • 中图分类号: P457.8

Impact of the Grid Uniformity on Numerical Simulation of Vortices

  • 摘要: 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。

     

  • 图  1  不同分辨率模式模拟涡旋位置(a)和涡旋强度(b)及移动速度(c)变化

    a中实线为0.25 °模式模拟涡旋轨迹,涡旋初始位置为91.75 °E,3.25 °N。

    图  2  模式网格旋转示意图

    a.无旋转,b.旋转45°,c.旋转90 °。涡旋路径由粗实线表示,阴、阳网格分别由长、短虚线表示。

    图  3  不同分辨率模式中三种旋转网格模拟涡旋位置

    图  4  不同分辨率和坐标旋转情况下的涡旋强度变化

    图  5  台风“蒲公英”(2021)模拟网格旋转示意图

    a.未旋转的传统经纬度网格,b.台风沿阳网格赤道运动,c.台风沿阳网格低纬度经线运动,d.台风沿阳网格高纬度经线运动。图中粗实线为观测台风路径,粗点线为网格局地坐标赤道,细点线表示间隔为10 °的经、纬度网格。

    图  6  观测与模拟台风路径及台风位置

    a、b、c、d分别对应图 5中网格旋转方案,图例左侧数字表示台风中心位置平均绝对误差(单位:km)。黑色表示观测台风路径及位置,红色和蓝色分别表示0.25 °和0.5 °分辨率下模拟台风路径及位置。

    图  7  台风水平环流观测(左上)与第24 h模式模拟结果对比

    a、b、c、d分别对应图 5中网格旋转方案,下标1和2分别对应0.25 °网格、150 s时间步长和0.5 °网格、300 s时间步长。填色与矢量箭头分别表示850 hPa风场(单位:m·s-1)与相对涡度(单位:10-5 s-1),右上角红色数字表示相对涡度最大值。

    图  8  实际(左上)与模式模拟的24 h累计降水(单位:mm)空间分布对比

    a、b、c、d分别对应图 5中网格旋转方案,下标1和2分别对应0.25 °网格、150 s时间步长和0.5 °网格、300 s时间步长。每幅图右上角红色数字代表100 mm以上降水的TS评分。

    表  1  台风个例模拟的模式设置

    模式参数设置值
    水平分辨率/时间步长0.25 °×0.25 °/150 s, 0.5 °×0.5 °/300 s
    垂直分辨率60层非均匀分层, 顶高36 km
    辐射方案RRTMG长短波辐射方案
    近地层混合方案基于莫宁-奥布霍夫相似性理论
    边界层方案MRF方案
    积云对流方案NSAS方案
    云微物理方案双参数混合相云参数化方案
    陆面过程CoLM陆面方案
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-12-24
  • 修回日期:  2025-04-14
  • 刊出日期:  2026-06-20

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