نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه هوانوردی پژوهشکده هواشناسی

2 پژوهشکده هواشناسی

10.30467/nivar.2021.298864.1199

چکیده

در این مطالعه، به بررسی تاثیر تفکیک افقی و قائم مدل WRF بر پیش‌بینی بارش پرداخته شده است. بدین منظور، شبیه‌سازی بارش‌های سنگین رخ داده در منطقه غرب ایران با استفاده از داده‌های GFS به عنوان شرایط مرزی و اولیه در مدل پیش‌بینی عددی میان‌مقیاس WRF و با پیکربندی ارائه شده در جدول 1 با دو تفکیک افقی و چهار ترکیبِ متفاوت در موقعیت و تعداد ترازهای قائم انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد در روزهایی که شدت بارش رخ‌داده قابل توجه است، با افزایش تفکیک افقی نتایج شبیه‌سازی بارش بهبود می‌یابد. اما اگر مقدار بارش قابل توجه نباشد میانگین نتایج شبیه‌سازی با افزایش تفکیک افقی اجرای مدل تغییر چندانی را نشان نمی‌دهد. همچنین افزایش تفکیک مدل در راستای قائم لزوما منجر به افزایش مهارت پیش‌بینی بارش نمی‌شود و گاهی منجر به فراپیش‌بینی نیز می‌شود. به طور کلی با افزایش تفکیک قائم در بالای لایه ذوب مهارت پیش‌بینی افزایش می‌یابد. همچنین افزایش تفکیک قائم در لایه زیرین وردسپهر تنها در بارش‌های سنگین منجر به افزایش مهارت پیش‌بینی می‌گردد. بنابراین تاثیر افزایش تفکیک مدل بر مهارت پیش‌بینی به شدت به موقعیت افزایش ترازها و شدت بارش بستگی دارد. علاوه بر این روابط جداسازی عامل‌هایِ موثر در بالای لایه ذوب و لایه زیرینِ لایه ذوب نشان می‌دهد که با افزایش تفکیک مدل در سرتاسر لایه وردسپهر، به‌طور کلی مهارت پیش-بینی در حالت میانگین کاهش می‌یابد. این مطلب به علت برهمکنش منفیِ فرآیندهای موثر در وردسپهر زیرین و فرآیندهای خردفیزیکی بالای لایه ذوب است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the impact of horizontal and vertical resolution of the WRF model on precipitation forecast: several cases study

نویسندگان [English]

  • sakineh khansalari 1
  • majid azadi 2

1 Assistant professor

2 Associate professor, Atmospheric Science and Meteorological Research Center, Tehran, Iran

چکیده [English]

In this study, the effect of horizontal and vertical resolution on the precipitation forecast has been investigated. For this purpose, in this study, heavy rainfall occurred in the western region of Iran using GFS data as boundary and initial conditions in the WRF mesoscale numerical forecasting model with two horizontal resolutions and four combinations of position and number of vertical levels has been simulated. The results of this study show that on days when the intensity of precipitation is significant, the results of precipitation simulation improve with increasing horizontal resolution. Also, increasing the resolution of the model in the vertical direction does not necessarily lead to an increase in precipitation forecasting skills and sometimes over-predicted rainfall. Skills of forecasting improved for all rainfall thresholds when the resolution above the melting level was increased. And this is because of better prediction microphysical processes. Also, increasing the resolution of the model in the lower layer of troposphere only in heavy rainfall leads to an increase in forecasting skills. Therefore, the effect of increasing the resolution of the model on forecasting skills is strongly related to the height of added levels and rainfall intensity. In addition, the factor separation methodology shows that with increasing the resolution of the model throughout the troposphere layer, the prediction skill generally decreases in the mean state, and this subject is due to the negative interaction between lower-tropospheric processes and microphysical processes above melting level.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Extreme rainfall
  • Horizontal resolution
  • Vertical resolution
  • WRF
  • Melting layer
  • Factor separation
آزادی، م.، و خان‌سالاری، س.، 1398، خدمات مشاوره،پشتیبانی سامانه هشدار سریع سیل حوضه‌های مرزی غرب ایران، طرح پژوهشی (شماره طرح: 1704-16L0014132996324)، پژوهشگاه هواشناسی و علوم جو. آزادی، م.، رضازاده، پ.، میرزایی، ا.، و وکیلی، غ.، 1382، پیش‌بینی عددی سیستم‌های زمستانی روی ایران: مطالعه مقایسه پارامترهای فیزیکی. هشتمین کنفرانس دینامیک شاره‌ها، شهریور ماه، دانشگاه تبریز. امینی ل.، پرهیزکار، د.، و خاکیان، غ. ر. ، 1393، نقش مدل عددی WRF در عددی نمودن پیش‌بینی بارش‌های سنگین در استان اصفهان با درجه تفکیک 27 و 9 و 3 کیلومتر، دومین کنفرانس ملی مدیریت و مهندسی سیلاب با رویکرد سیلاب‌های شهری. خورشیددوست، ع. م.، مفیدی، ع.، رسولی، ع. ا.، و آزرم، ک.، 1396، ارزیابی میزان حساسیت مدل RegCM4 به طرحواره‌های پارامترسازی همرفت در مدل‌سازی بارش‌های بهارۀ شمال‌غرب ایران: (مطالعۀ موردی سال 2004) فیزیک زمین و فضا، (3) 43، 671-651. صفر، م.، و احمدی گیوی، ف.، 1396، گزینش طرحوارۀ همرفت بهینه برمبنای داده‌‌‌های رادار در حین اجرای مدل WRF برای پیش‌‌‌بینی کوتاه‌مدت بارش: فیزیک زمین و فضا، (3) 43، 585-600. کریم‌خانی، م.، جمشیدی خزلی، ت.، آزادی، م.، و فتاحی، ا.، 1396، تاثیر تفکیک افقی بر دقت پیش‌بینی بارش با استفاده از مدل WRF منطقه مورد مطالعه: حوضه‌های آبریز کرخه و کارون، فصلنامه علمی پژوهشی اکوبیولوژی تالاب، سال نهم، شماره 34، 74-55. گودرزی، ل.، بنی حبیب، م. ا.، و غفاریان، پ.، 1397، ارزیابی عملکرد مدل WRF در شبیه‌سازی بارش‌های سنگین (مطالعه موردی: حوضه آبریز رودخانه کن)، نشریه پژوهش-های حفاظت آب و خاک، (1) 25. Aligo, E., Gallus Jr., W., and Segal, M., 2009, On the impact of WRF model vertical grid resolution on Midwest summer rainfall forecasts: Weather and Forecasting, 24, 575–594. Chen, S. H., and Sun, W. Y., 2002, A one-dimensional time dependent cloud model: Meteorological Society of Japan, 80 (1), 99-118. Chu, Q., Xu, Z., Chen, Y., and Han, D., 2018, Evaluation of the ability of the Weather Research and Forecasting model to reproduce a sub-daily extreme rainfall event in Beijing, China using different domain configurations and spin-up times: Hydrol. Earth Syst. Sci., 22, 3391–3407. Dudhia, J., 1989, Numerical study of convection observed during the Winter Monsoon Experiment using a mesoscale two–dimensional model: Journal of the Atmospheric Sciences, 46, 3077-3107. Hamill, T. M., Whitaker, J. S., and Mullen, S. L., 2006, Reforecasts: An important dataset for improving weather predict ions. Bull. Amer. Meteor. Soc., 87, 33-46. Iga, S., Tornita, H., Satoh, M., and Goto, K., 2007, Mountain-wave-like spurious waves associated with simulated cold fronts due to inconsistencies between horizontal and vertical resolutions: Monthly Weather Review, 135, 2629-2641. Janjic, Z. I., 1994, The Step–Mountain Eta Coordinate Model: Further developments of the convection, viscous sublayer, and turbulence closure schemes: Monthly Weather Review, 122, 927–945. Janjic, Z. I., 2002, Nonsingular implementation of the Mellor-Yamada Level 2.5 Scheme in the NCEP Meso model: NCEP Office Note No. 437, 61 pp. Kain, John S., 2004, The Kain–Fritsch convective parameterization, An update: Applied Meteorology and Climatology, 43, 170–181. Konor, C. S., and Randall, D. A., 2018: Impacts of the horizontal and vertical grids on the numerical solutions of the dynamical equations – Part 2: Quasi-geostrophic Rossby modes: Geoscientific Model Development, 11, 1785-1797. Lindzen, R. S., and Fox-Rabinovitz, M., 1989, Consistent vertical and horizontal resolution: Monthly Weather Review, 117, 2575–2583. Martius, O., Schwierz, C., and Davies, H. C., 2006, A refined Hovmoller diaram: Tellus, 58, 221-226. Mlawer, Eli. J., Taubman, Steven. J., Brown, Patrick. D., Iacono, M. J., and Clough, S. A., 1997, Radiative transfer for inhomogeneous atmospheres: RRTM, a validated correlated–k model for the longwave: Geophysical Research, 102, 16663–16682. Murphy. A. H., 1993, What Is a Good Forecast? An Essay on the Nature of Goodness in Weather Forecasting: Weather and Forecasting, 8, 281-293. Pecnick, M. J., and Keyser, D., 1989, The effect of spatial resolution on the simulation of upper-tropospheric frontogenesis using a sigma-coordinate primitive-equation model: Meteorology and Atmospheric Physics, 40,137–149. Persson, P. O. G., and Warner, T. T., 1991, Model GENERATION of spurious gravity waves due to the inconsistency of the vertical and horizontal resolution: Monthly Weather Review, 119, 917–935. Shin, H. H., Ming, Y., Zhao, M., Chen, X., Lin, S., 2019, Improved Surface Layer Simulation Using Refined Vertical Resolution in the GFDL Atmospheric General Circulation Model: Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11 (1), 905-917. Snyder, C., Skamarock, W. C., and Rotunno, W. C., 1993, Frontal dynamics near and following frontal collapse: Atmospheric Sciences, 50, 3194-3211. Stein, U., and Alpert, P., 1993, Factor separation in numerical simulations: Journal of the Atmospheric Sciences, 50, 2107-2115. Warner, T. T., 2011, Numerical Weather and Climate Prediction: Cambridge University Press, Cambridge, UK. ISBN: 978-0-521-51389-0. Hardback, 526 PP. Wu, Z., Jiang, C., Deng, B. et al., 2019, Sensitivity of WRF simulated typhoon track and intensity over the South China Sea to horizontal and vertical resolutions: Acta Oceanologica Sinica, 38, 74–83.