Чувствительность модели прогноза волн к параметризациям пограничного слоя атмосферы
https://doi.org/10.7868/S2073667319040014
Аннотация
Исследуется влияние разных вариантов параметризации планетарного пограничного слоя атмосферы в системе «морские волны – атмосферная циркуляция» на качество воспроизведения эволюции ветрового волнения. Описывается система, состоящая из модели WAVEWATCH (морские волны) третьего поколения и модели региональной циркуляции WRF (атмосфера), адаптированная для региона Балтийского моря. Рассматриваются схемы параметризации планетарного пограничного слоя атмосферы, используемые в модели WRF. Из всех проведенных экспериментов представлены два наиболее показательных случая со штормовыми условиями, наблюдающимися в 2014 году: 11—20 августа и 4—10 октября. Сравнивается среднеквадратическая ошибка воспроизведения высоты доминантной волны, рассчитанной по данным с 4 автоматизированных буев, принадлежащих FMI (Finnish Meteorological Institute), которые расположены в центре Балтийского моря, в северной и южной части Ботнического залива и в Финском заливе. Оценивается чувствительность воспроизведения высоты значительной волны к разным способам задания планетарного пограничного слоя атмосферы. Рассматривается эволюция штормового волнения в каждой точке, где находится буй. Обосновывается выбор параметризации, при которой наиболее точно воспроизводится ветровое волнение.
Ключевые слова
При поддержке: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 16-17-00124) (подготовка совместной модели атмосфера / морские волны) и в рамках государственного задания 0149-2019-0015 (выбор штормовых случаев, проведение серии экспериментов с совместной моделью, их анализ)
Об авторах
Я. В. Стригунова
Российский государственный гидрометеорологический университет
Россия
Россия
Санкт-Петербург
К. Ю. Булгаков
Институт океанологии им П.П. Ширшова РАН
Россия
Россия
Москва
Список литературы
1. Heikkilä U., Sandvik A., Sorteberg A. Dynamical downscaling of ERA-40 in complex terrain using the WRF regional climate model // A. Clim. Dyn. 2011. V. 37. P. 1551—1564. DOI: 10.1007/s00382-010-0928-6
2. Chalikov D.V. Numerical simulation of the boundary layer above waves // Bound. Layer Met. 1986. V. 34. Issue 1—2. P. 63—98.
3. Chalikov D. The parameterization of the wave boundary layer // J. Phys. Oceanogr. 1995. V. 25. P. 1335—1349.
4. Chalikov D., Rainchik S. Coupled numerical modelling of wind and waves and the theory of the wave boundary layer // Boundary.Layer Meteorol. 2010. V. 138. Issue 1. P. 1—41.
5. Чаликов Д.В., Булгаков К.Ю. Ветровые волны как элемент гидродинамической системы океан–атмосфера // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2015. Т. 51, № 3. С. 386—391.
6. Michalakes J., Dudhia J., Gill D., Henderson T., Klemp J., Skamarock W., Wang W. The Weather Reseach and Forecast Model: Software Architecture and Performance // Proceedings of the 11th ECMWF Workshop on the Use of High Performance Computing In Meteorology, 25—29 October 2004, Reading U.K. Ed. George Mozdzynski.
7. Tolman H.L. User manual and system documentation of WAVEWATCH III version 3.14. Technical Report. NOAA/NWS/NCEP/MMAB. May 2009.
8. William C. Skamarock, Joseph B. Klemp, Jimy Dudhia et al. A Description of the Advanced Research WRF Version 3 TECHNICAL NOTE. NCAR. June 2008.
9. Street I.S. Modeling the wave climate in the Baltic sea // Journal of Water Management and Research. 2014. V. 70. P. 19—29.
10. National Centers for Environmental Prediction/National Weather Service/NOAA/U.S. Department of Commerce, NCEP FNL Operational Model Global Tropospheric Analyses, continuing from July 1999. Research Data Archive at the National Center for Atmospheric Research, Computational and Information Systems Laboratory, Boulder, CO. 2000. P. 11—14. DOI: 10.5065/D6M043C6
11. Булгаков К.Ю., Стригунова Я.В. Схема расчета притока энергии от ветра к волнам для моделей прогноза ветровых волн // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2017. Т. 10, № 2. С. 1—5.
12. Soomere T., Behrens A., Tuomi L., Nielsen J.W. Wave conditions in the Baltic Proper and in the Gulf of Finland during windstorm Gudrun // Natural Hazards & Earth System Sci. 2008. V. 8, N 1. P. 37—46.
13. Arno Behrens, Heinz Gunther. Operational wave prediction of extreme storms in Northern Europe // Nat Hazards. 2009. V. 49. P. 387—399. DOI: 10.1007/s11069-008-9298-3
14. Jan-Victor Björkqvist, Laura Tuomi, Niko Tollman, Antti Kangas, Heidi Pettersson, Riikka Marjamaa, Hannu Jokinen, and Carl Fortelius. Brief communication: Characteristic properties of extreme wave events observed in the northern Baltic Proper, Baltic Sea // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2017. V. 17. P. 1653—1658. DOI: 10.5194/nhess-17-1653-2017
15. Xiao-Ming Hu., John W., Nielsen-Gammon, Fuqing Zhang. Evaluation of Three Planetary Boundary Layer Schemes in the WRF Model // J. Appl. Meteorol. Clim. 2010. V. 49. P. 1831—1844. DOI: 10.1175/2010JAMC2432.1
16. Hyeyum Hailey Shin, Song-You Hong. Intercomparison of Planetary Boundary-Layer Parametrizations in the WRF Model for a Single Day from CASES-99 // Boundary-Layer Meteorol. 2011. V. 139. P. 261—281. DOI: 10.1007/s10546-010-9583-z
17. Ariel E. Cohen., Steven M. Cavallo, Michael C. Coniglio and Harold E. Brooks. A Review of Planetary Boundary Layer Parameterization Schemes and Their Sensitivity in Simulating Southeastern U.S. Cold Season Severe Weather Environments // Weather Forecast. June 2015. V. 30. P. 591—612. DOI: 10.1175/WAF-D-14-00105
18. Honkola Maija-Liisa, Kukkurainen Nina, Saukkonen Lea, Petäjä Anu, Karasjärvi Janna, Riihisaari Tarja, Tervo Roope, Visa Mikko, Hyrkkänen Juhana, Ruuhela Reija. The Finnish Meteorological Institute: final report for the open data project. Finnish Meteorological Institute (Erik Palménin aukio 1), P.O. Box 503. December 2013. P. 38.
Рецензия
Для цитирования:
Стригунова Я.В., Булгаков К.Ю. Чувствительность модели прогноза волн к параметризациям пограничного слоя атмосферы. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2019;12(4):3-13. https://doi.org/10.7868/S2073667319040014
For citation:
Strigunova Ya.V., Bulgakov K.Yu. Sensitivity of wave forecast model to parametrizations of planetary boundary layer. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2019;12(4):3-13. (In Russ.) https://doi.org/10.7868/S2073667319040014
Просмотров:
99
Послать статью по эл. почте 