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低空大气波导数值模拟研究

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第一章绪论

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究历史及发展趋势

1.3本文主要内容

第二章大气波导基础理论

2.1大气折射与大气折射指数

2.2决定大气折射指数的气象因子

2.3大气折射类型与大气波导

2.4大气波导的类型与波导强度

第三章WRF中尺度数值模式介绍

3.1概述

3.2 WRF ARW模式控制方程

3.3物理问题参数化

3.3.1微物理过程参数化

3.3.2积云对流参数化

3.3.3陆面过程参数化

3.3.4行星边界层参数化方案

3.3.5大气辐射方案

3.4数值问题求解

3.4.1空间离散化

3.4.2时间离散化

3.5 WRF-Var三维变分同化模式简介

3.5.1 3D-Var目标泛函形式

3.5.2 WRF-Var运行结构

第四章利用WRF模式对大气波导的数值模拟分析

4.1 WRF对大气波导模拟的可行性分析

4.1.1方案设计

4.1.2与雷达回波及探空资料比较的模拟结果分析

4.2同化地面自动气象站资料对大气波导模拟的影响

4.2.1初始场与模拟时间的选择

4.2.2模式设置

4.2.3波导发生区域与类型的模拟结果对比分析

4.2.4探空曲线分析

第五章基于WRF的海上蒸发波导数值模拟研究

5.1海上蒸发波导高度的确定

5.1.1 Babin模式

5.1.2通量算法

5.2海上蒸发波导数值模拟分析

5.2.1模式方案设计

5.2.2模拟结果分析

第六章总结与展望

6.1本文主要结论

6.2本文创新之处

6.3研究展望

参考文献

学术论文撰写与发表情况

致谢

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摘要

大气波导作为一种特殊的大气层结,会对电磁波在大气中的传播产生显著的影响。根据实际大气环境和海洋环境数据分析、预测和预报大气波导,具有十分重要的意义。随着数值预报模式的不断发展,利用中尺度数值预报模式开展大气波导的预报研究是该领域目前的热点。WRF模式作为新一代的中尺度数值模式,具有可移植、易维护、可扩充、高效率、方便等诸多特性。应用数值模式对波导发生的区域进行模拟研究,这样便突破了以往的单点研究,并且其垂直分辨率和水平分辨率较高,对于大气波导的模拟研究来说具有很大的优势。
   本文首先对大气波导的基础理论和WRF中尺度数值模式做了一个系统的介绍,然后利用WRF对两次发生在陆地上空的大气波导过程进行数值模拟试验,最后对Babin蒸发波导模式进行介绍,提出利用WRF模式近地层输出参量代入Babin模式中对蒸发波导高度进行反演。结果表明:
   (1)WRF模式可以反映出大气边界层内的逆温和湿度锐减,从而模拟出大气波导层结。以雷达超折射回波发生的时间和区域作为参考,WRF模式给出的波导发生区域与雷达回波基本一致;
   (2)WRF模式同化了自动站资料后的模式预报结果,在大气低层比未同化的有明显的改善。通过同化前后模拟出温、湿和修正折射指数廓线与探空资料的对比发现,同化自动站资料模拟出的波导范围扩大、波导强度增强,与雷达回波的一致性更好;
   (3)与FNL再分析资料计算的蒸发波导高度进行对比,认为:WRF模拟结果与FNL资料计算结果从波导高度分布情况看基本一致,WRF模拟的波导高度偏低一些;48小时之内WRF模拟结果与FNL计算结果拟合的较好,并且变化规律基本一致。本研究为数值模式同化卫星遥感资料并应用于大气波导监测预报提供了研究基础。

著录项

  • 作者

    王喆;

  • 作者单位

    南京信息工程大学;

  • 授予单位 南京信息工程大学;
  • 学科 大气遥感科学与技术
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 王振会;
  • 年度 2010
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 大气结构;
  • 关键词

    大气结构; 蒸发波导; 波导层结; WRF模式;

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