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基于大涡模拟改进台风边界层过程参数化方法

台风模拟，边界层参数化方案，数值模拟

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.1 地球系统模式与模拟

数值模式中的边界层方案通常是基于低风速条件开发的，因此在高风速条件下，如热带气旋（TC），通常会表现出明显的偏差。利用大涡模拟（LES），求解了TC的湍流结构。基于LES数据，对广泛使用的KPP方案--YSU方案的参数化进行了修改，以提高其在TC模拟中的性能。修改后的边界层方案引入了适用于高风速条件的整体理查森数，并将扩散系数形状参数调整为随高度线性变化。在9公里和3公里分辨率下对台风杜鹃（2015）进行了离线诊断和真实台风模拟，以比较YSU和修改后的方案。结果表明，修改后的方案在模拟湍流动量通量方面优于YSU方案，尤其在高风速条件（30-40米/秒）下，将切向通量偏差降低至可忽略水平。此外，修改后的方案能更准确地模拟台风边界层的湍流扩散系数和边界层高度。对台风"杜鹃"（2015）的模拟对比进一步显示，该改进方案虽存在分辨率依赖性，但性能显著提升。在3公里分辨率下更好捕捉强度演变过程，在9公里分辨率下改进路径预测精度。针对2024年13个西北太平洋台风的数值实验表明，相较于YSU方案，修改后的方案可将路径预报误差减小约30公里，中心气压偏差降低约5百帕。这些结果证明，通过对YSU方案中湍流扩散特性的改进，可有效提升热带气旋边界层模拟精度，从而提高台风预报准确性。