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利用 WRF 模式模擬探討熱力條件對台灣東部海面對流線之影響 PowerPoint PPT Presentation


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利用 WRF 模式模擬探討熱力條件對台灣東部海面對流線之影響. 研 究生:詹前烜 指導老師:林沛練 老師. Outline. 前言 選 取個案介紹 實驗設計 模式結果 敏 感度實驗 結論. Outline. 前言 選 取個案介紹 實驗設計 模式結果 敏 感度實驗 結論. Introduction. 在弱綜觀的環境條件下,常可由雷達觀測到東部海面上有平行海岸線的對流線生成。 由 Yu and Lin 2008的研究中可知,對流線 其發生季節大多為冬季,其次為春季及秋季 ,形成的時間 則多為 夜間。

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利用 WRF 模式模擬探討熱力條件對台灣東部海面對流線之影響

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Presentation Transcript


Wrf

利用WRF模式模擬探討熱力條件對台灣東部海面對流線之影響

研究生:詹前烜

指導老師:林沛練 老師


Outline

Outline

  • 前言

  • 選取個案介紹

  • 實驗設計

  • 模式結果

  • 敏感度實驗

  • 結論


Outline1

Outline

  • 前言

  • 選取個案介紹

  • 實驗設計

  • 模式結果

  • 敏感度實驗

  • 結論


Introduction

Introduction

  • 在弱綜觀的環境條件下,常可由雷達觀測到東部海面上有平行海岸線的對流線生成。

  • 由Yu and Lin 2008的研究中可知,對流線其發生季節大多為冬季,其次為春季及秋季,形成的時間則多為夜間。

  • 大部份的對流線發生在近岸區域(<30KM),強度和離岸距離有明顯日變化特性。少部份對流線發生在離岸較遠的區域(>40KM),且位置和強度無明顯日變化。


Introduction1

Introduction

  • 近岸對流線的成因可能為陸風和盛行風輻合,產生對流線。 (Yu and Jou2005).

  • 離岸對流線的成因則是盛行風受地形影響,激發出地形繞流、地形回流或地形噴流,並與盛行風輻合。(Yu and Hsieh 2009;Alpers et al 2010)

  • 對流線的離岸距離和強度受地形高度與地形斜率影響很大。(蔡 2012)


Introduction2

Introduction

  • 前人研究多著重在地形效應造成動力上的輻合作用,而較少討論此區域的熱力條件如:海氣交互作用,對對流線生成與發展的影響。

  • 由於海面上的觀測資料缺乏,故本篇研究使用WRF3.3.1模式模擬海上對流線個案的生成,探討熱力條件對離岸對流線生成的影響。


Outline2

Outline

  • 前言

  • 選取個案介紹

  • 實驗設計

  • 模式結果

  • 敏感度實驗

  • 結論


Case overview

CaseOverview

  • Start:2012/01/31Night

  • End:2012/02/02 Morning


Case overview1

CaseOverview

Stage1:

Southeast development stage(2/1 LST0200)

Stage2:

Northeast development stage

(2/1 LST1400)

Stage3:

Inner line development stage

(2/1 LST2200)

Stage4:

Inner line push out stage

(2/2 LST0200)


Analysis ncep utc013100z

Analysis:NCEPUTC013100Z

Preformation

Wind barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s


Analysis ncep utc013118z

Analysis :NCEPUTC013118Z

Stage1:

Southeast development stage(2/1 LST0200)

Wind barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s


Analysis ncep utc020106z

Analysis :NCEPUTC020106Z

Stage2:

Northeast development stage(2/1 LST0200)

Wind barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s


Analysis ncep utc020118z

Analysis :NCEPUTC020118Z

Stage4:

Inner line push out stage

(2/2 LST0200)

Wind barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s


Analysis ncep utc020100z

Analysis :NCEPUTC020100Z

對流線消散期

Wind barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s

東部海面的風場經歷了東北→東→東北的轉換過程


Sounding

Sounding

探空點選取位置

NCEP(N)

HL

NCEP(S)


Sounding 0201 1200utc

Sounding:0201 1200UTC

NCEP Virtual Sounding

S:CAPE=46J/Kg

N:CAPE=32J/Kg

上游風場有弱不穩定度

Hualien

CAPE=4.9J/Kg


Wrf

01/31 2000LST

To

01/02 2000LST

Stage1-3:本島測站日變化明顯

Stage4:東北季風增強

Wind barb:Flag=10m/s

Full=2m/s

Half=1m/s

海上測站在Stage1南北風速差明顯


Outline3

Outline

  • 前言

  • 個案介紹

  • 實驗設計

  • 模式結果

  • 敏感度實驗

  • 結論


Model simulation domain set

ModelSimulation: Domainset


Model simulation wrf 3 3 1 set

ModelSimulation: WRF 3.3.1 Set


Sensitivity test set

SensitivityTest Set

  • Halfterrain:-目的:探討地形高度和斜率對影響(from 蔡2012)-方法:降低地形50%

  • SSTtest:-目的:探討海溫在此扮演的角色- 方法 :降低海溫或改變海溫分佈

  • Fluxtest:-目的:探討海陸風及海面熱通量的影響- 方法:關閉可感熱通量及所有通量


Outline4

Outline

  • 前言

  • 實驗設計

  • 個案介紹

  • 模式結果

  • 敏感度實驗

  • 結論


Wrf

CTRLRUN:

回波比較

Wind barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s


Result reflectivity wind

Result:Reflectivity &wind

Stage 1

Wind barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s

近地形出現相對高壓,且風速沿著地形加速:地形噴流


Result reflectivity wind1

Result:Reflectivity &wind

Stage 2

Wind barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s

地形噴流消失

入流風場間有輻合


Result reflectivity wind2

Result:Reflectivity &wind

Stage 3 & 4

Wind barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s


Model sounding 0201 1200utc

ModelSounding:0201 1200UTC

NCEP Virtual Sounding

S:CAPE=237 J/Kg

N:CAPE=55J/kg

Hualien(Virtual Sounding)

CAPE=43 J/Kg


Hovm llor surface wind

Hovmöllor:Surface wind

Wind barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s

Color=Qrain

lat=24.75N

(宜蘭外海)

Stage3時間點

Time(LST):

From1/31 20Z

To2/2 20Z

Longitude:

From120.9°

To123.3°

500m

Coastline

500m


Stage3 cross section wind

Stage3crosssection:Wind


Stage3 cross section wind1

Stage3crosssection:Wind

Barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s

Shade:Qcloud

contour:w

水平風場輻合


Stage3 cross section e

Stage3crosssection:θe

Color:θe

Contour :RH>75%


Outline5

Outline

  • 前言

  • 實驗設計

  • 個案介紹

  • 模式結果

  • 敏感度實驗-地形-海溫-通量

  • 結論


Contrast terrain

Contrast:Terrain


Wrf

地形減半:

Stage2

相比CTRL弱且發展較近岸

Stage3內對流線沒有明顯的減弱

Wind barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s


Contrast stage 3

Contrast:Stage3

CTRL RUN

Halfterrain

Windbarb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s

Shade:Qcloud

Contour:w

風速增強


Contrast stage 31

Contrast:Stage3

Halfterrain

CTRL RUN

Color:θe

Contour:RH>75%

入流東風過山,西部潮濕


Wrf

無地形:

Stage1、2

對流線結構不明顯

Stage3、4東北季風與東風輻合

與地形無關

Wind barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s


Sst test

SSTTest

CTRL RUN

SST-1

SST-3

No Update RTG SST


Wrf

海溫降低1℃:

回波範圍相較CTRL小

Wind barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s


Contrast hfx

Contrast:HFX

CTRL RUN

SST-1

海面上可感熱通量略為下降


Contrast lh

Contrast:LH

CTRL RUN

SST-1

海面上潛熱通量明顯下降


Contrast

Contrast: 海氣溫差

CTRL RUN

SST-1

海氣溫差下降


Contrast stage 32

Contrast:Stage3

CTRL RUN

SST-1

Color:θe

Contour:RH>75%

海面上相當位溫略為下降,潛在不穩定度降低


Model sounding 0201 1200utc1

ModelSounding:0201 1200UTC

NCEP Virtual Sounding(S):CTRL

CAPE=237 J/Kg

NCEP Virtual Sounding(S):SST-1

CAPE=179 J/Kg


Wrf

海溫降低3℃:

回波範圍相較CTRL大幅縮小,內對流線不明顯

Wind barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s


Contrast hfx1

Contrast:HFX

CTRL RUN

SST-3

海面上可感熱通量略為下降


Contrast lh1

Contrast:LH

CTRL RUN

SST-3

海面上潛熱通量大幅下降


Contrast1

Contrast: 海氣溫差

CTRL RUN

SST-3

海氣溫差下降


Contrast wind

Contrast:Wind

CTRL RUN

SST-3

海風增強、陸風減弱


Contrast stage 33

Contrast:Stage3

CTRL RUN

No Sensible Heat

陸風現象消失


Contrast stage 34

Contrast:Stage3

CTRL RUN

SST-3

Color:θe

Contour:RH>75%

海面上相當位溫大幅下降,潛在不穩定度降低


Model sounding 0201 1200utc2

ModelSounding:0201 1200UTC

NCEP Virtual Sounding(S):CTRL

CAPE=237 J/Kg

NCEP Virtual Sounding(S):SST-3

CAPE=107 J/Kg


Wrf

不加入RTGSST:

Stage2

對流線結構南北不連續,整體範圍較小

Stage3模擬結果回波分佈和CTRL有不少差異

Wind barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s


Wrf

通量測試

可感熱關閉:

Stage2

對流線範圍大幅縮小

Stage3無明顯內對流線結構。


Contrast lh2

Contrast:LH

CTRL RUN

NoHFX

海面上潛熱通量下降幅度不大


Contrast stage 35

Contrast:Stage3

CTRL RUN

No Sensible Heat

陸風現象消失


Contrast stage 36

Contrast:Stage3

CTRL RUN

No Sensible Heat

Color:θe

Contour:RH>75%

海面上相當位溫大幅下降,潛在不穩定度降低


Model sounding 0201 1200utc3

ModelSounding:0201 1200UTC

NCEP Virtual Sounding(S):CTRL

CAPE=237 J/Kg

NCEP Virtual Sounding(S):NoHFX

CAPE=199 J/Kg


Wrf

通量測試

所有熱通量關閉:

對流線無法生成

Wind barb:

Full=5m/s

Half=2.5m/s


Outline6

Outline

  • 前言

  • 實驗設計

  • 個案介紹

  • 模式結果

  • 敏感度實驗

  • 結論


Wrf

Stage1

BarrierJet

HFX、LH

Stage1:入流的東北風受到山脈阻擋形成地形噴流,並與更外側的風場輻合。


Wrf

Stage2

HFX、LH

Stage2:對流線北段入流為東北風,南段轉成東風,風場轉換形成羽狀回波帶,此時阻擋區無地形噴流,由地形繞流為主導。


Wrf

Stage3

HFX、LH

Stage3:東北季風增強繞過東北角,在東部沿岸形成強風帶,並與外對流線北側入流的東北風形成內對流線,陸風在其中的作用是將繞流的東北季風推離蘭陽平原,使內對流線在近海岸線生成。


Wrf

Stage4

HFX、LH

Stage4:東北季風進一步增強,台灣地區開始受到東北季風主導,入流東風和對流線移出外海,對流線生命史結束。


Conclusion

Conclusion

  • Stage1、2時,地形對東部入流的偏東風產生阻擋效應,產生地形噴流及地形繞流,Stage3、4時,地形對增強的東北季風產生阻擋效應,改變東北季風的方向。

  • 海溫的高低影響海面上的相當位溫及不穩定度,間接影響對流線發展的強度,海溫的分佈也會影響對流線的發展形式。

  • 海面上的潛熱通量是對流線生成的主要原因,海面上的可感熱通量則會增加不穩定度,使得對流線較容易生成,並影響其發展強度。


Wrf

參考文獻

  • 蔡宗樺,2012: 利用WRF模式探討台灣東部海上對流線之個案研究。國立中央大學大氣物理研究所碩士論文。

  • Alpers, W., J, -P Chen, I. –I. Lin, and C. -C Lin, 2006: Atmospheric fronts along the east coast of Taiwan studied by   ERS synthetic aperture radar images. Mon. Wea. Rev., 64, 922-937.

  • Alpers, W., J.-P. Chen, C. -J. PI, and I. -I. Lin 2010: On the Origin of Atmospheric Frontal Lines off the East Coast of Taiwan Observed on Spaceborne Synthetic Aperture Radar Images. Mon. Wea.   Rev., 138 , 475-496.

  • Yu, C. -K., and B. J. -D. Jou, 2005: Radar observation of diurnally forced, offshore convective lines   along the southeastern coast of Taiwan. Mon. Wea. Rev., 133,1613-1636.

  • Yu, C. -K., and C. -Y. Lin, 2008 : Statistical location and timing of the convective Lines off the   mountainous coast of southeastern Taiwan from long-term radar observations. Mon .Wea. Rev.,136, 5077-5094.

  • Yu, C. -K., and Y. -H. Hsieh,2009: Formation of the convective Lines off the mountainous coast of   southeastern Taiwan : A case study of 3 January 2004. Mon. Wea. Rev., 137, 3072-3091.


Thank you

Thank you!


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