基于WRF的南海海域蒸发波导中尺度数值模拟研究

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1、基于WRF的南海海域蒸发波导中尺度数值模拟研究MesoscaleNumericalSimulationofEvaporationDuctintheSouthChinaSeaBasedonWRF工程领域：仪器仪表工程作者姓名：吴超指导教师：钟莹副教授企业导师：林大明高工天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一七年十二月摘要大气波导环境的存在使电磁波正常的传播轨迹和范围发生变化，对雷达探测和无线电通讯产生了重要影响。特别地，蒸发波导是海上大气波导中发生概率最高、对海上舰艇和岸基雷达探测系统影响最大的一种波导类型，充分利用和有效避免蒸发波导效应已成为全球各国国防的热点，研究意义重大。本文基

2、于新一代中尺度大气数值模式WRF，与海上蒸发波导诊断模型NPS相耦合，开发了一种海上蒸发波导数值模拟系统。其中，利用NPS模型分析解决了空间垂直方向底层数据分辨率不足的问题。利用该数值模拟系统对我国南海海域指定区域和时间的海上蒸发波导进行数值模拟计算，并与南海搭建的蒸发波导探测系统实验平台实测数据以及其他文献统计结果进行了对比分析和验证，具体工作内容包括下面几点：（1）为了获取南海海域的实际大气修正折射率廓线和大气波导特征参数，利用了南海搭建的蒸发波导探测系统实验平台，及实测的气象数据，作为后续大气波导模型诊断分析和数值模拟的基础；研究了蒸发波导诊断模型的基本原理，推导了NPS模型

3、诊断过程，并进行诊断计算和误差分析。（2）研究大气数值模式的工作原理和WRF模式的组成模块及其执行流程，提出了大气波导数值模拟系统初步框架；在本地Linux服务器上安装搭建了基于WRF模式并耦合NPS模型的蒸发波导数值模拟系统，进行了一次样例数值模拟实验，验证了WRF模式开发环境的正确性。（3）利用该数值模拟系统对南海海域2014年11月1日~5日的5整日海上蒸发波导分别进行了数值模拟，并与探测系统实测数据进行对比分析，显示模拟结果与实测结果变化规律基本一致，统计计算这5日的蒸发波导高度平均误差为1.289m。此外，对南海海域2011年整年的蒸发波导进行数值模拟，得到了12个月的蒸

4、发波导时空分布特征，分析总结的规律与其它文献的研究结论基本一致。实验证明本文提出的新型蒸发波导数值模拟系统的可靠性和可行性，实现了中尺度的区域蒸发波导数值模拟，为后续的海洋蒸发波导数值模拟与预报研究，提供了理论参考和实践依据。关键词：蒸发波导，WRF模式，NPS模型，数值模拟IABSTRACTAtmosphericductenvironmentchangesthenormalpropagationpathandrangeofelectromagneticwave，andhasimportantinfluenceonradardetectionandradiocommunicatio

5、n.Especially,evaporationducthasthehighestoccurrencecomparedtoothertypesofatmosphericductoversea.Andithasthegreatestimpactonradardetectionsystemonnavalshipsandalongtheshore.Fullyutilizingandeffectivelyavoidingevaporationducteffecthasbecomethefocusofnationaldefenseallovertheworld,soitisveryneces

6、sarytostudyevaporationduct.BasedonanewmesoscaleatmosphericnumericalmodelWRFandcoupledwiththeevaporationductdiagnosticmodelNPSatsea,anumericalsimulationsystemforevaporationductatseaisdeveloped.Amongthem,theNPSmodelisusedtosolvetheproblemthattheresolutionoftheunderlyingdataintheverticaldirection

7、isinsufficient.ThenumericalsimulationsystemwasusedtosimulatetheevaporationductinthedesignatedareaandtimeoftheSouthChinaSea.AndNumericalsimulationresultsarecompared,analyzedandvalidatedbytheexperimentalsoundingdataoftheevaporationductdet