基本介紹
概念,中尺度天氣系統,利用中尺度天氣預報模式預報大氣光學湍流,研究背景,MM5模式,研究結論,
概念
中尺度天氣分析所用資料，有以下各項：1．氣壓——用轉速較快，靈敏度較高的自記氣壓計，一般是半日或一日轉動一周者。用這種材料作氣壓分布，變化及氣壓梯度的分析。並且根據正式發報台站的每小時氣壓記錄，訂正其他各站的海平面氣壓。
2．溫度——半日及7日轉動一周的自記儀器和溫度表，由於12小時的溫度自記記錄，其精確度較差，故還需用其他溫度記錄加以校正。
3．風——地面觀測、特殊觀測和校正觀測的三種記錄。
4．降水——日降水量、每小時降水量及降水起迄時間。
5．雲——地面觀測記錄。
6．雷達報告。
7．高空觀測——測風，探空報告等。
8．風暴報告——報紙或其他報告中關於風暴的報告，多采自國家綜合出版的氣候記錄，當其發生地點與時間已知時。
中尺度天氣系統
已經知道的中尺度天氣系統有以下幾種：雷暴高壓、中高壓(脊)、中低壓(槽)，尾低壓、氣壓偶、偽冷鋒、颼線，氣壓跳躍線、龍捲氣旋等。
中尺度天氣系統的發生和發展，與一定的大尺度天氣條件及地理環境等有關，如颮線中約有70%以上在冷鋒鋒前或冷鋒附近，台線的產生多數與高空冷空氣活動有關。在中、低緯度及暖濕地區所發現的中、小系統要比高緯度多，這雖不能就認為是高緯度的中、小系統一定就比較少，但有人認為中，低緯度的中尺度系統可能比高緯度活躍。中尺度系統以在冷鋒附近、低氣壓區及暖區中發生較多，尤其是暖舌頂端。此外，中系統常發生於對流性不穩定，低空潮濕而上空乾燥，低層有較強的偏南或暖濕氣流，高空有冷空氣等情況下。不過，在冷空氣中亦有中系統，並可移入暖區，如貝吉隆(Bergeron)即曾發現冶鋒後的氣壓跳躍線，這箇中系統越過冷鋒繼續向前推進。
中尺度天氣系統的水平尺度一般為15—300公里，其中，中高、低壓等出現初期的直徑約10—100公里，後期可擴展到約二、三百公里，大的可達500公里。個別的中尺度槽及颮線或氣壓跳躍線等。其長度達幾百以至上千公里。其垂直尺度，多不超過5公里，系近地面層的天氣系統。在國內中低壓的分析中發現，中低壓最強時其垂直尺度可高達700毫巴，其他時間則不到700毫巴，中低壓到700毫巴層時大為減弱，到400毫巴層完全消失。雷暴高壓的冷中心到5000尺處消失，另一例子的分析，地面中尺度低壓槽到850毫巴幾乎完全消失。
中尺度天氣系統的要素場梯度，一般很大，超出我們對大尺度系統所具有的概念。如水平氣壓梯度約4mb/8.5公里，水平溫度梯度約3℃/16公里，甚至5℃/16公里的水平溫度梯度也常見。中低壓移過時曾出現過氣壓下降6mb/1小時，5mb/15分鐘及2.3mb/4分鐘等記錄，按這樣強大的水平氣壓梯度推算，其相應的地轉風速可達200—500米/秒(自然，在中系統中，按地轉風關係來推算是不合適的)，因此，在中系統過境時，常遇到強烈的破壞性大風。中系統的露點梯度可達1.5℃/1.6公里，局地加速一般比大尺度系統大一級，達10米/秒。
利用中尺度天氣預報模式預報大氣光學湍流
研究背景
第五代中尺度模式MM5是近年來由美國大氣研究中心(NCAR)和賓夕法尼亞大學(PSU)在MM4基礎上聯合研製發展起來的中尺度數值預報模式，已被廣泛套用於熱帶風暴、中緯度氣旋鋒面系統、暴雨、中尺度對流系統等中尺度現象的研究，是氣象領域套用最廣泛的中尺度數值預報模式之一。運用中尺度天氣預報模式進行光學湍流的預報研究是一項具有挑戰性的工作。90年代末美國空軍研究實驗室開展了將MM5套用到大氣光學湍流預報的研究。其基本思路是採用適合的光學湍流參數化模型，結合MM5輸出的常規氣象參數預報光學湍流。運用Dewan提出的外尺度參數化公式實現了光學湍流的預報。由於受MM5模式空間解析度的限制，該方法還只能對光學湍流進行粗略估算。為解決這一問題，提出在運行MM5模式時應結合大渦模擬和動態適應格點方法，以得到高空間解析度的常規氣象參數，提高光學湍流的預報精度．光學湍流預報的另一種思路是解湍流動能e(TKE)的收支方程，得到湍流動能耗散率￡，預報出Cn(h)。將MESO-NH中尺度模式用於光學湍流廓線以及天文參數的預報，取得相當成功的效果。國內關於這方面的研究尚未見報導。研究簡要介紹MM5模式，並結合Dewan光學湍流參數化方法預報了合肥、庫爾勒和東山三地的Cn48小時變化情況。
MM5模式
圖1是整個MM5模式系統的結構框架圖，給出了模式的模組次序、數據流程以及各模組主要功能的簡短說明．其中主要模組為TERRAIN，REGRID，LITTLE—R或RAWINS，IN—TERPF，MM5，其餘還有GRAPH或RIP，NEST—DOwN，INTERPB．TERRAIN用來確定模式運行區域、格線大小和地表參數等，地形解析度從1°到30”共有6種，最細的為30”，約0.925km；REGRID用於把來自全球或者大區域模式的等壓面資料插入到TERRAIN確定的中尺度格點形成初始場；LITTLE—R與RAWINS都是為了利用各種觀測資料對初始場進行訂正，做客觀分析；INTERPF功能是把等壓面資料變換到MM5運行所需要的等盯面上，並確定模式運行時垂直方向的解析度，形成模式的初始場和邊界條件；MM5是模式的核心部分，在這個模組中進行各種參數化設定，做數值預報；INTERPB是將MM5的輸出從盯層面插值到P層面；GRAPH與RIP模組產生簡單的診斷量和某些標準氣象變數的圖形；NESTDOWN模組用於對盯坐標數據從粗格線到細格線的水平插值。
圖1MM5模式系統流程圖
研究結論
簡要介紹中尺度天氣預報模式MM5，結合Dewan光學湍流參數化模式預報了合肥、庫爾勒和東山這三個代表副熱帶內陸、沙漠和東南沿海典型地區的48h折射率結構常數，結果體現了折射率結構常數隨高度變化的一般規律，取得了一定成果。然而由於觀測數據的缺乏，並未作客觀分析和數據同化，而模式解析度尤其是垂直方向較低可能是影響預報效果的重要因素，該初步嘗試、尚未與實測湍流探測做對比，其正確性有待深入研究，此外物理參數化設定未參考當地氣象部門，這也可能導致預報不準確。
