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科研成果

单层城市冠层模式在上海的参数敏感性检验和优化

发布时间:2022-07-04 14:30:14   作者: 敖翔宇

随着计算资源的丰富,数值预报模式的分辨率已经提高到了公里级别,耦合更为精细独立的城市陆面模式显得尤为必要。其中单层城市冠层模式(SLUCM)相较于平板模式和多层城市冠层模式具有简单高效,易于与中尺度天气预报模式耦合的优点,在过去二十年间发展迅速,运用更为广泛。目前上海区域数值预报系统尚未考虑城市冠层的影响,为满足更精细化城市天气预报,改进和优化适用于上海本地的城市冠层模式具有重要现实意义。

近期,上海台风研究所敖翔宇博士和南京大学张宁教授基于上海城区一整年地表通量观测资料离线驱动SLUCM模式,应用OAT(One At a Time)方法进行了一系列参数敏感性检验,确定了各参数的相对重要性,建立了一组适合高密度城区的城市冠层模式优化参数集,并评估其对模拟效果的改进作用。模式结果表明,净辐射通量(Q*)和感热通量 (QH)对反照率均呈线性变化趋势,对屋顶反照率最为敏感,其次为墙面反照率,而对路面反照率相对不敏感(图1)。Q*和QH对放射率的敏感性不如反照率强,变化趋势同样为线性变化,与反照率类似,各通量对屋顶放射率最为敏感。热力参数对通量的影响表现为对数形态(图2)。地表通量对几何参数的敏感性无特定变化规律。经过参数优化之后,四个季节Q*的RMSE降低了大约3.4-18.7 W m-2。向上长波辐射通量 (L↑)的RMSE降低了大约1.2-7.87 W m-2,QH的RMSE降低了大约2-5 W m-2(表1)。该研究为SLUCM应用于上海区域数值预报系统提供了前期准备,对于城市冠层模式物理过程改进及城市气候风险应对具有重要科学意义。

图1 净辐射通量(Q*),感热通量(QH),向上长波(L↑)和短波(K↑)辐射通量相对各表面反照率(ALB)的敏感性曲线, R, B, G分别表示屋顶,墙壁和路面


图2 同图1,但为对热力参数热导率的敏感性曲线


论文信息:Ao, X, and N. Zhang, 2022: Parameter sensitivity analysis and optimization of the Single-Layer Urban Canopy Model in the Megacity of Shanghai. Advances in Meteorology, 2022: 1-15.