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user: 4. 数值模拟试验结果分析 4.1. 热带气旋的路径模拟效果 图3和表2分别为JTWC年鉴资料和两组“Anggrek”数值模拟试验的热带气旋移动路径对比图及各时次误差统计情况。Control控制试验基本上模拟出了热带气旋的东南转西南路径走向，移速略快于实况；前48 h模拟路径对比实况略偏南偏西，后24 h模拟路径略偏东偏北；数值积分24 h、48 h、72 h热带气旋模拟路径误差分别为21.9 km，10.9 km，34.0 km。在初始场中加入人造涡旋的Bogus模拟试验中，热 图1. 南印度洋1102号热带气旋“Anggrek” JTWC最佳移动路径(a)及11月02日10时MODIS卫星云图(b) 图2. “Anggrek”数值模拟试验区域范围及地形 Table 1 Parameters setting of tropical cyclone Anggrek’s numerical simulation tes 模拟时间 2010年10月31日00时~11月02日00时 WRF 区域中心位置 (97.306˚E， 13.812˚S) 区域格点 300 × 400 水平分辨率 15 km 垂直分层 36层 (δ = 1.0000， 0.993， 0.983， 0.97， 0.954， 0.934， 0.909， 0.88， 0.8396642， 0.7993284， 0.7589927， 0.7186569， 0.6473546， 0.5817537， 0.5214738， 0.4661563， 0.4154626， 0.3690737， 0.3266889， 0.2880251， 0.252816， 0.2208107， 0.1917736， 0.1654834， 0.1417321， 0.1203246， 0.1010779， 0.08382033， 0.06839109， 0.05463948， 0.04242424， 0.03161281， 0.02208052， 0.0137094， 0.006386437， 0.00) 时间步长 60 s 参数化方案 微物理方案：New Thompson et al.方案 积云参数化方案：Kain-Fritsch方案 边界层参数化方案：YSU方案 表层参数化方案：Monin-Obukhov方案 长波辐射方案：RRTM方案 短波辐射方案：Goddard短波方案 陆面方案：5-layer热扩散方案 表1. 热带气旋“Anggrek”数值模拟试验参数设置 带气旋路径模拟效果较差：前24 h基本模拟出热带气旋的东南路径走向，略偏东偏南，移速明显快于实况，在随后的模拟中路径与实况差别较大；数值积分24 h、48 h、72 h热带气旋模拟路径误差分别为65.7 km，87.0 km，129.5 km。 4.2. 热带气旋的强度模拟效果 图4和表3显示了热带气旋“Anggrek”模拟试验和观测资料的海平面最低气压随时间变化及其误差统计情况。 数值积分前45 h中，两个试验均模拟出了热带气旋发展加强过程中海平面气压不断下降的趋势，其中，bogus方案模拟效果好于control试验，气压下降过程更加稳定，没有出现类似于control试验中spinup 图3. “Anggrek”热带气旋移动路径 图4. 热带气旋“Anggrek”海面最低气压随时间变化 Table 2 Track error statistics of tropical cyclone Anggre 方案 时次/h 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 Control 22.0 11.0 21.9 43.9 21.9 21.8 10.9 21.8 10.9 0.0 21.7 32.5 34.0 Bogus 55.0 66.0 98.8 98.7 65.7 54.6 32.7 65.4 87.0 141.1 151.7 119.1 129.5 表2. 热带气旋“Anggrek”移动路径误差统计(单位：km) Table 3 Error statistics of tropical cyclone Anggrek’s simulating sea-level lowest pressur 方案 时次/h 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 Control 2.5 −3.5 −7.6 −13.5 −8.0 −8.4 −5.4 −2.8 −6.6 −10.0 −10.4 −14.7 −26.2 Bogus 8.1 −2.2 −6.0 −4.5 −2.3 −3.5 −5.1 −3.6 −11.0 −18.5 18.8 −19.4 −22.1 表3. 热带气旋“Anggrek”模拟海面最低气压误差统计(单位：hPa) 过程中气压急剧下降的情况；对于数值积分45~72 h热带气旋出现的减弱趋势，两试验模拟效果较差，bogus试验在模拟最后6 h呈现出气压上升的趋势，而control试验则完全没有模拟出该趋势。Control和bogus方案的24、48和72小时模拟气压与观测资料偏差分别为−8.0、−6.6、−26.2 hPa和−2.3、−11.0、−22.1 hPa。 除了海面最低气压，我们还常采用海表10 m最大风速来代表热带气旋的强度，如图5和表4。对于数值积分0~24 h热带气旋加强阶段，两个试验均模拟出海面风速不断增加的趋势，其中，bogus试验模拟的最大风速增加稳定，较为接近实况，而control试验中海面10 m最大风速增强过于急剧，说明采用再分析资料作为初始场不利于模拟风场的稳定发展；数值积分24~48 h热带气旋成熟稳定阶段中，两试验效果一般，bogus试验模拟效果好于control试验；数值积分48~72 h热带气旋衰减阶段中，两试验均未模拟出最大风速衰减的趋势，其中bogus试验误差更大些。Control和bogus方案海面10 m最大风速的24、48和72小时模拟气压与观测资料偏差分别为14.4、3.9、17.6 m/s和2.1、4.2、19.0 m/s。 4.3. 热带气旋的动力结构 下文以control试验模拟结果为例，对热带气旋“Anggrek”的动力热力特征进行初步分析。 图6分别显示了为热带气旋“Anggrek”850、500、300、200 hPa风场分布。850 hPa和500 hPa风场分布均呈现明显的气旋式辐合；在300 hPa风场分布中，气旋式运动也很明显，但是没有明显的辐合特征；而200 hPa风场分布中出现了明显的气旋式辐散现象。这说明，WRF模式很好的模拟了热带气旋成熟阶段底层流入、高层流出的流场分布。 图5. 热带气旋“Anggrek”海面10 m最大风速随时间变化 Table 4 Error statistics of tropical cyclone Anggrek’s simulating 10 m maximum win 方案 时次/h 0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 72 Control 0.1 5.4 10.3 17.3 14.4 13.4 11.5 8.9 3.9 5.0 7.5 11.3 17.6 Bogus 2.4 2.6 1.0 -1.2 2.1 3.3 7.7 4.2 4.2 12.5 14.4 05.6 19.0 表4. 热带气旋“Anggrek”模拟海面10 m最大风速误差统计(单位：m/s) 图6. 积分36 h热带气旋“Anggrek”(a) 850 hPa、(b) 500 hPa、(c) 300 hPa、(d) 200 hPa风速分布 4.4. 热带气旋的热力结构 在温度场方面，热带气旋在中高层主要表现为暖心结构，暖心结构的形成一方面是由于热带气旋中心区的辐合上升气流中水汽凝结释放大量潜热，另一方面也是热带气旋中心下沉气流绝热增温作用的结果。 图7中显示了热带气旋“Anggrek”12 h、24 h、36 h、48 h时，过气旋中心的温度距平纬向垂直分布。对比各时次暖心结构可知，气旋发展阶段(12~24 h)高空温度距平区域逐渐增大，距平强度逐步增大；气旋成熟阶段(24~36 h)高空暖心结构范围扩张的最大，强度增强且温度距平高值区向上扩展到250~150 hPa，暖心高度达到最高；衰减起始阶段(48 h)高空温度距平极值区高度下降到400 hPa或以下，同时距平强度也逐步降低。