不同垂直分辨率对台风数值模拟影响的敏感性试验

省 交界 处 登 陆 。
基 金项 目：国家科 技部科 技支撑项 目（ 号 ：０ ２ Ａ Ｏ Ｂ ４ ； 编 ２ １Ｂ Ｋ ９ ０ ）江西 省科 技支 撑计划项 目（ 号 ：０ １ Ｂ Ｇ ０３ — ） 科技部 公益性行业 （ 编 ２１１ Ｂ ７０１４ ； 气
象） 科研专 项（ 编号 ： ＨＹ ０ １６ ０ ） ＧＹ ２ １０ ０ ３ ． 作者简 介 ：邓莲堂 （９ ３ ）男 ， 士 ， １７ 一 ， 博 主要从事 中尺度数值 天气预报． — ａｌｄｎ ｌ ｍ ． ｖｃ Ｅ ｍ ｉ：ｅｇｔ ａｇ ．ｎ ＠ｃ ｏ
风 的天气背景 ， ３ 第 节将介绍试验方案设计 ， ４ 第
节 是结 果分 析 ， 后是 结 论 和讨论 。 最
１ 模式介绍 和“ 罗莎 ” 台风实况
文 中使 用 新一 代 数值 预报 模 式 Ａ Ｗ（ ｄａｃ Ｒ Ａ ｖｎｅ Ｒ ｓａｃ Ｆ 是 完全 可 压非 静力 模 式 。模式 的水 ｅｅｒｈＷＲ ） 平 分 辨 率 为 １ ｍ， 图投 影 为 兰 勃 托 投 影 ， 式 ５ｋ 地 模
的垂直坐标为地形追随气压坐标 ：
ｏ＝Ｐ － ｈ） ｒ （ｈｐ 其中 ，
ｐｈ■ ｐ
（） １
式 中 ， 为静 力 气 压 ， 和 Ｐ ＝ ０ｈ ａ分 别 指 地 Ｐ Ｐ （５ Ｐ ）
垂直方 向不 同部分进行层次加密后对 台风强度 的 影响。 其中 ， Ｌ ３ 在低于 Ｏ ９的低层加密为间 Ｈ Ｔ６ ． ８ 隔 为 ０１的等 距 层 ，在 ＝ ． ． ０ ８的高 度 以 上 与 ６ Ｌ Ｌ ３方 案相 同 ， ｏ ０８ Ｒ２ 在 － ． ＝ ９和 ｏ ０６ － ．８之 间 为一 渐 ＝ 变 区 ； Ｕ ３ 在高于 ＝ ． Ｈ Ｔ６ ０１ ３的高层加密为 间隔为
案相 同， 在 ０１ 和 ｏ ０３ 之间为一渐变区。 ． ３ ＇． － ＝ ５
３ 结果分析
模拟结果表明 ， 各个试验方案模拟“ 罗莎” 台风
菲律宾 以东洋面 ，在 １ ２时升级为热带 风暴 ，８ １ 时 达 到 台风 强度 。在 ５ 日加 强 为超 强 台风 ， 中心最 低
气 压 达 到 ９ ５ｈ ａ ６日在 日本 的 与那 国岛 观 测 到 ２ Ｐ ， 海面 最大 风速 为 ６ ．ｍ ｓ “ 莎 ” ３ ／。 罗 ２ 台风在 ｌ ０月 ６日 两 次经 过 台湾 岛 的北 部 ， 然后 西移 人 台 湾海 峡 。受 到 台湾 岛的地 表摩 擦 和 台湾 海峡 的低 海 温影 响 ， 台 风 强度 减 弱 。 日 ０ ７ ７时 ， 台风再 次在 浙 江 和福建 两
文 中将 利用新一代数值 预报模式 Ａ Ｗ（ ｄ Ｒ Ａ—
ｖｎｅＲ ｓａｃ Ｆ） ａｃ ｅｅｒｈＷＲ 重点 研究 垂 直分 辨 率 的变 化 对“ 莎” 罗 台风 的影响 ， ２节 将 介绍 模式 和 罗莎 台 第
案具 有 ４ 不 等距 半层 ，因此 以后 标示 此 方 案 为 ６个 Ｃ Ｉ 。为 了研 究 不 同垂直 分辨 率 对 台风 强度 和 内 ＴＡ６ 核 结构 的影 响 ， 设计 了 ４个 不 同 的垂直 层 次实 验方 案 ：Ｒ ２ ， Ｌ９ ＨＬ ３ ， Ｕ ３ （ １ 。其 中 ， Ｌ Ｌ ３ ＨＲ ６ ， Ｔ ６ Ｈ Ｔ ６ 图 ） Ｌ Ｌ ３ 在 控制 实验 的基础 上 均匀 地 减少 ２ 得 Ｒ２ 是 ３层
水 总量 对 模 式 格 点非 常敏 感 。Ｙ ｕ等 利用 分 辨率 一
利用二维静力原始方程模式 ，ｅｎｃ 等 的研 Ｐ ｃｉ ｋ
究 表 明 同 时提 高 水 平 和 垂 直 分 辨 率 可 以得 到更 好 的锋 面结 构 ；如 果 水 平 分 辨 率 和 垂 直 分辨 率 不 匹
配 ， 么 在锋 区会 出现 一 个虚 假 的波 状特 征 。 那
到２ ４个不等距 ｏ层（３ ｒ ２ 个半层 ）用于考察模式在 ， 垂直方 向低分辨率时的预报性能 。Ｈ Ｌ ９是在控 Ｒ６
制 实验 的基 础 上 添加 ２ 得 到 ７ 不 等 距 层 ３层 ０个
（９ ６ 个半层 ） ，用于考察模式在垂直方 向高分辨率 时 的预报 性能 。 过分析 “ 莎” 通 罗 台风在 ２０ ８０ｋ ０— ０ ｍ
半 径范 围 内的平 均风 速 廓线 特 征 （ ２ ， 以看 出 图 ）可 风 速 的垂直 廓线 存 在 ２个风 速切 变 大值 区 ： 个 是 一 在 ： ． 上 区 域 ，另一 个 是 在 ＝ ． 下 的 区 ０３以 ０８以 域。 因此 ， Ｌ ３ Ｈ Ｔ ６和 Ｈ Ｔ ６两 个方 案 是 为 了研究 在 Ｕ３
的平 滑 和 阻尼 技术 的缘故 。
是 台风灾 害 的 三大 主要 成 灾 因素 。 确预 报 台风 具 准
有 重要 的学术 和社 会 意义 。
最近 ２ ０年 中 ，在数 值 模式 预 报 台风方 面取 得 较 大 进展 。其 中 ， 于 模 式水 平 分辨 率 方 面 的研 究 关 是 目前数 值 天气 预 报 的一 个 重要 研 究方 向 。 用 数 利 值模 式 来模 拟 天 气 系统 的 细致 结 构 ， 是对 台风 强 度
不 同垂直 分辨 率对 台风数值 模拟 影响 的敏 感性试 验
邓莲 堂 ，周 嘉林
１ 中国气象 局数 值预报 中心 ， ． 北京 １ ０ ８ ００ １
２ 上饶市气象 台 ， 西 上饶 ． 江 ３ ４ ０ ３０ ０
摘
要 ：利用新 一代数值 预报模式 Ａ Ｗ（ ｄ ａｃ ｅｅｒｈＷＲ ）模拟 试验 了在不 同垂直分辨 率条件下模 式对 Ｒ Ａ ｖｎｅＲ ｓａｃ Ｆ ，
关 键词 ：垂直层次 ， 数值模拟 ， Ｒ 模式 ，罗莎” Ａ Ｗ “ 台风 。
中 图 分 类 号 ：Ｐ ３ ４５ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ７ ９ ３ （ ０ ２ ０ — ０ ７ ０ １０ — ０ ３ ２ １ ）１ ０ １— ４
影 响 ， 究 表 明 ， 平 分 辨 率 提 高 使 每 一 时 步 的 累 研 水
“ 罗莎” 台风 的预报性能 。试验结果 表明 ， 数值 模式 的垂 直分 辨率变化对 台风路径预报效果 的影 响不大 ， 对台风 但 强 度和结构 的预报效 果有 明显影 响。但是 ， 于一定 的水 平分辨率 而言 ， 对 有一个 与之匹配 的垂 直分辨率 ， 垂直分
辨 率低于或者高 于这 个相 配 的阈值 ， 式的预报性能都会 下降 。 模
分 别 为 ３ ，２４ｋ 的第 一版 ＭＭ ６ １ ， ｍ ５模 式 ，研 究 了 模 式 水 平 分 辨 率 对 萨斯 奎 汉 纳 河 流 域 降 水 模 拟 的
收 稿 日期 ：２ ｌ － １ Ｏ ． Ｏ ２０一 ８
Ｚ ａｇ等 ０ 最 高 分模 式 ＭＭ５ 进行 了垂 直 分辨 率 变 化 对 “ ， 安
Ｏ ｕ ｈｖ ｂ ｋｏ 近地 层方案 ， ａ — ｒｓｈ积云参 数化 方 Ｋ ｉ Ｆｉｃ ｎ ｔ
案 ，ｉ Ｌｎ微物 理 方 案 。 初 始场 和边 界 条 件 由 中国气
象局 国家气象 中心的 Ｔ １ （ ２３ 台风 ） 式提供 ， 拟 模 模
的起始 时间为 ２０ ０７年 ｌ ７日 ０ （ Ｔ ， 同 ） ０月 ０时 Ｕ Ｃ下 ， 预报 时 效为 ７ 。 ２ｈ “ 莎” 罗 台风 于 ２ ０ ０７年 １ ０月 ２Ｅ ０ ｔ ０时生 成 于
和 移动 路 径预 报 研究 的重 要手 段 。当 区域 模 式 的 ］
水平分辨率足够高时 ， 模式则能抓住 台风的细致结
构 。 随着模 式 水 平分 辨 率 的提 高 ， 形特 征 和 次 网 地 格 物理 过程 的描 述也 更 加精 确 。另 外 ， 值 模 式 中 数 的 物 理 过 程参 数 化 也对 水 平 分 辨 率 的 变化 非 常 敏 感 。 ｒ ｈａ ｕｔ 用 不 同水 平分 辨 率 全球 谱 模式 Ｋ ｉ ｎｍ ｒ 利 ｓ ｉ ｒ 做 季 风 预报 时 ， 现分 辨 率 越高 模 式 预报 越接 近实 发 况 。 ｉｒｉ 口通 过敏 感 性试 验 发 现 ， Ｇｏｇ等 模式 模 拟 的 降
０ 引 言
台风是 破 坏性 最 大 的气 象灾 害 之 一 ， 给人 们 的
生 命 和财 产 带来 致 命性 的灾 难 。 风 、 强 暴雨 、 风暴 潮
积 降 水 量 和降水 率 都会 增 加 。 与此 同时 ， 数值 预 报模 式 垂直 分 辨率 的问题 也 日益 被重 视 ， 些研 究 也表 明单独 提 高模 式 的水 平 一 分 辨 率 并 不 是一 定 能得 到 好 的预 报 结 果 。Ｌｎ ｚｎ ｉｄｅ 等 Ｅ推 导 出一 个 基 于 准地 转 大 气 的水 平 分 辨 率 与 ５ ３ 垂 直分 辨 率之 间 的一 致 性 匹配 关 系 。他们 认 为 ， 垂 直 分辨 率 和水 平 分辨 率 应该 符 合一 定 的 比例 ， 热 且 带 地 区 的垂直 分 辨率 应 该要 高 些 。 果不 考 虑垂 直 如 分 辨 率 ， 是 单 纯 提 高 水 平分 辨 率 ， 会 给模 式 预 而 就 报结 果 带来 噪声 ，并 且 降低 模式 预 报结 果 的精 度 。 不过 ， 现在 的业 务数值 预 报模 式 中尽 管 水平 分 辨 率 和垂 直 分辨 率 不 匹配 ， 仍然 可 以得 到 一个 合 理 的 但 预报 结 果 。他 们认 为 ， 是 由于模 式 中使用 了大量 这
１ ８
气 象 与 减 灾 研 究
０９ ０， ． ９ ， ．５ ， ．２ ０ ７ ５， ．５ ， ． １ ０ ６ ０， ．１ ０ ８ ０ ０８ ５ ０８ ０， ．８ ０ ７ ０ ０ ７ ５， ． ８ ０ ６ ５， ． １ ０ ５ ５ ０５ ０ ０５ ５ ０ ４ ０， ．４ ０ ４ ０， ．４ ０ ６ ０， ． ７ ， ． ４ ， ．０ ， ．７ ０ ４ ０， ． １ ０ ３ ０， ．５ ０ ３ ５ ０３ ０ ０２ ５ ０ ２ ０， ．３ ０ ２ ０， ．８ ０ ３ ０， ． ２ ， ． ０ ， ．７ ， ．５ ０ ２ ０， ． １ ０ １ ０， ．７ ０ １ ５ ０ １ ０ ０ １ ５ ０ １ ０， ．９ ０ ０ ０， ．９ ０ １ ０， ．５ ， ． ４ ， ． ２ ， ． １ ０ ０ ５， ．８