您所在的位置:首页 >> 业务系统 >> 海浪模式

中国气象局数值预报中心原全球海浪数值预报系统,基于海浪模型WAVEWATCH III2.22,以全球中期数值天气预报模式T213提供气象背景场,分辨率为1o×1o,于20073月实现准业务化运行,并实现产品下发。2008年,为保障精细奥运服务,开发了一套高分辨率区域海浪数值预报系统,模式采用双重嵌套,分别覆盖中国近海和黄、渤海海域,系统实时运行并向中国气象局台风与海洋气象中心提供产品。随着海洋气象服务产品的需求不断提升,海浪数值预报技术的不断发展以及提供气象背景场的大气模式系统的更新换代,海浪数值预报系统亟待进行升级。

2013年,针对现有业务中的海浪数值预报系统存在的问题开展了一系列的升级改进工作。包括将全球海浪系统和区域海浪系统整合为一套三重嵌套运行的海浪数值预报系统,海浪基础模式版本由WW3_2.22升级为WW3_3.14,驱动海浪模式的大气模式从T213WRF升级为T639GRAPES_TYM;同时模式中增加了反映岛屿次网格效应的技术方案。通过对模式预报性能的检验显示改进后模式的预报效果较旧系统有明显改善,拟在此基础上对海浪系统进行业务升级。

2.1  模式基础版本升级

海浪模式版本由WAVEWWATCH3-2.22升级到WAVEWWATCH3-3.14版本。新版本的模式相比2.22版本主要升级之处有以下几点:(1)发展了一个海浪模块多重计算网格驱动程序,可在不同分辨率网格间实现模式的双向交互作用。(2)源函数项新的物理参数化方案的引入;包含风的线性输入、波浪破碎等新的源函数项处理包;非线性相互作用项WRT方案升级到version5WAM4模式的输入方案和耗散作用方案的引入。(3)为适应多重网格计算方案,引入了新的动力数据结构。(4)发展了一个移动网格模式版本,可适于台风浪的计算。(5)海浪谱输出数据可进行分离,增加了提供风浪和涌浪变量的输出。

2.2 次网格岛屿地形的引入

WW3_3.14中,使用一套MATLAB地形生成模块对所需的岛屿地形文件进行计算。在本次升级过程中,我们引入了该MATLAB地形生成模块来计算和生成次网格岛屿地形数据,制作WAVEWATCH III的地形输入文件。采用岛屿次网格效应方案可充分体现海岸和多岛屿地形对海浪传播的影响,主要是对低频海浪能量的抑制和阻碍作用,对模式计算结果会有明显改善作用。

2.3 输入大气模式的升级

    大气模式提供的气象场尤其是风场的质量对海浪预报的精度至关重要。本次改进将全球海浪模式的背景场由T213L31升级为T639L60提供,区域海浪模式(包括西北太平洋区域和中国近海区域)的背景场由WRF模式提供升级为区域台风模式GRAPES_TYM提供。由于T639L60已实现与全球台风模式一体化运行,因此在海浪模式的背景场中都考虑了台风涡旋的处理,对台风浪的预报质量必然有所提高。

2.4 模式嵌套运行方案

海浪数值预报系统采用三重嵌套运行,模式区域划分分别为全球海域、西北太平洋海域和中国近海海域,全球海域模式分辨率由原来的1o×1o提升为0.5o×0.5o;西北太平洋海域模式范围扩大为90o~170oE0o~51oN,分辨率提升为1/6o×1/6o;精细高分辨率模式由原来的黄、渤海范围扩大到中国近海范围,分辨率为1/15o×1/15o。其区域划分情况如图2.1;其基本参数设置如表2.1

整个模式系统为单向三重嵌套,由全球海浪模式为西北太平洋海浪模式提供边界条件,由西北太平洋海浪模式为中国近海海浪模式提供边界条件。全球T639模式为全球海浪模式提供气象背景场,区域台风模式GRAPES_TYM为西北太平洋和中国近海海浪模式提供气象背景场。三个不同海域模式使用同一模式前12小时预报的海浪场作为初始条件。

 

2.1 海浪数值预报系统区域划分情况

 

 

2.1 海浪数值预报系统基本设置

参数

全球海域

西北太平洋海域

中国近海海域

范围

0o360oE

78oS78oN

90o170oE

0oN51oN

105o130oE

7oN42oN

分辨率

0.5×0.5

1/6o×1/6o

1/15o×1/15o

格点数

720×311

481×307

376×526

预报时效

240小时

120小时

72小时

背景场

T639

GRAPES_TYM

GRAPES_TYM

边界条件

全球海浪提供

西北太平洋海浪提供

最小水深

2.5

2.5

2.5

积分时间步长

3600s,480s,1800s,

30s

1800s450s900s15s

600s185s300s15s

物理参数化方案

海浪传播方案:ULTIMATE QUICKEST propagation scheme

源函数项消减:Tolman and Chalikov source term package

波-波非线性相互作用:Discrete interaction approximation

底摩擦方案:  JONSWAP  bottom friction formulation.