一个随机多云对流参数化方案的发展与验证
批准号:
42075152
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
韩瑛
依托单位:
学科分类:
大气数据与信息技术
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
韩瑛
中文摘要
准确描述云在天气-气候系统中的作用,是数值模式发展面临的最大挑战之一。以往的对流参数化方案对次网格云的描述能力有限,这被认为是数值模式误差和不确定性的重要来源。本项目拟将一个以全新思路构建的随机多云(SMCM)对流参数化方案耦合到WRF模式中。SMCM对流参数化方案中,充分考虑次网格尺度不同类型云的随机过渡过程,使其可以准确描述不同尺度云在多时空尺度上的相互作用。在SMCM对流参数化方案中进一步引入对流动量传输过程,以更准确地模拟次网格尺度对流系统与大尺度环境场之间的能量双向传递过程。在统一的WRF框架下,比较不同对流参数化方案的性能差异和适用性,总结新的SMCM对流参数化方案的优缺点以及区域适用性。通过项目研究,提高模式对云和对流降水的模拟能力,推进数值模式的发展,为提高天气、气候的预测水平提供支撑。
英文摘要
The simulation of cloud-related processes is one of the major challenges in the development of a numerical model. Previous convection parameterization schemes showed insufficient ability to capture the variability of different types of clouds at sub-grid scales, which is an important source of model errors and uncertainties. To overcome this problem, we will couple a new stochastic multi-cloud model (SMCM) convective parameterization to the WRF model. The SMCM scheme can well capture the statistical features of sub-grid clouds and the transition of different types of clouds. We will further introduce the convective momentum transport (CMT) into the SMCM scheme to describe the exchange of momentum and energy between the sub-grid scale and large scales. We will also compare the SMCM scheme with the other convective parameterization schemes of WRF to summarize the advantages and limitations of the SMCM scheme as well as its regional applicability. The implementation of this project is expected to advance the development of numerical models in terms of the simulation of cloud and convection processes, and in turn, improve the numerical weather-climate forecasting.
本研究成功将随机多云(SMCM)对流参数化方案以模块化的方式耦合到WRF模式中。作为新一代积云对流参数化方案,SMCM在理论框架上具有显著优势,能够精确表征热带多尺度对流系统中的各类云型(包括浅积云、积云、深对流及层状云),并实现跨尺度双向传递作用的定量描述。在方案耦合过程中,创新性地引入机器学习领域的马尔可夫跳跃随机模型,用于计算积云和层云的随机面积参数,显著提升了热带对流参数化方案的物理合理性。研究表明,对流动量通量(CMT)在热带对流系统的组织机制、波动形成及能量传递过程中发挥着关键作用,尤其是在中尺度对流系统倾斜过程中表现出独特的双向调节功能。基于这一发现,本研究构建了新型CMT计算模型,并将其有机整合至SMCM方案中,最终发展出改进的积云参数化方案SMCMcmt。通过系统的敏感性试验验证,SMCMcmt方案在多个方面展现出显著优势:首先,能够更精确地刻画次网格尺度云和对流过程;其次,显著提升了对热带有组织对流云特征及其相互作用的模拟能力;最后,有效改善了模式在模拟热带对流耦合波、MJO、热带气旋等热带有组织天气系统方面的性能。这些改进为热带天气系统的精细化模拟提供了重要的技术支持,为深入研究热带对流系统的多尺度相互作用及其气候效应奠定了坚实基础。本研究的创新点在于将机器学习方法引入对流参数化方案的设计中,同时通过CMT机制的量化改进,显著提升了模式对热带天气系统的模拟能力。未来,该方案可进一步应用于气候模式和高分辨率数值天气预报中,为热带天气和气候研究提供更可靠的工具。
基于一个改进的动力降尺度方法预估未来西北太平洋热带气旋的变化特征
-
批准号:41675105
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:68.0万元
-
批准年份:2016
-
负责人:韩瑛
-
依托单位:
对流动量传输在热带Kelvin波演变过程中的特征及其影响研究
-
批准号:41105039
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:25.0万元
-
批准年份:2011
-
负责人:韩瑛
-
依托单位:
国内基金
海外基金