Định hình bầu không khí bằng hệ thống bay không người lái SUMO: một góc nhìn mới cho việc đánh giá các mô hình khí quyển quy mô nhỏ

Meteorology and Atmospheric Physics - Tập 116 - Trang 15-26 - 2010
Stephanie Mayer1, Anne Sandvik2, Marius O. Jonassen1, Joachim Reuder1
1Geophysical Institute, University of Bergen, Bergen, Norway
2Institute of Marine Research, Bergen, Norway

Tóm tắt

Lần đầu tiên, các phép đo của hệ thống bay không người lái (UAS) được thu thập bởi quan trắc viên khí tượng nhỏ không người lái (SUMO) được sử dụng để đánh giá các sơ đồ tham số hóa lớp ranh giới khí quyển (ABL) được nhúng trong mô hình Dự báo và Nghiên cứu Thời tiết Tiên tiến (AR-WRF). Các vị trí quan sát nằm trong khu vực gần ngọn núi Hofsjökull có hình dạng gần như hoàn hảo, ở Trung Iceland. Các hồ sơ của SUMO cung cấp dữ liệu về nhiệt độ, độ ẩm tương đối và tốc độ gió lên đến độ cao tối đa 3 km trên mặt đất. Hai trường hợp được nghiên cứu, một trong số đó có điều kiện gió yên tĩnh và phát triển một lớp ranh giới khí quyển đối lưu và một trường hợp có gió vừa phải và sóng trọng lực trên Hofsjökull. Đối với mô phỏng độ phân giải cao với AR-WRF, ba miền lồng hai chiều được chọn với kích thước lưới lần lượt là 9, 3 và 1 km. Trong thử nghiệm khí tượng đầu tiên, SUMO đã chứng tỏ giá trị to lớn của nó trong việc điều tra sự phát triển theo chu kỳ ngày đêm của ABL và xác định các đặc điểm quy mô trung bình nằm trên ABL, chẳng hạn như sự tụt xuống.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Ágústsson H, Ólafsson H (2007) Simulating a severe windstorm in complex terrain. Meteorol Z 16(1):111–122 Ágústsson H, Cuxart J, Mira A, Ólafsson H (2007) Observations and simulation of katabatic flows during a heatwave in Iceland. Meteorol Z 16(1):99–110 Ahmadov R, Gerbig C, Kretschmer R, Koerner S, Neininger B, Dolman A, Sarrat C (2007) Mesoscale covariance of transport and CO2 fluxes: Evidence from observations and simulations using the WRF-VPRM coupled atmosphere–biosphere model. J Geophys Res Atmos 112(D22):14 Dudhia J (1989) Numerical study of convection observed during the winter monsoon experiment using a mesoscale two-dimensional model. J Atmos Sci 46(20):3077–3107 Egger J, Bajrachaya S, Heinrich R, Kolb P, Lämmlein S, Mech M, Reuder J, Schäper W, Shakya P, Schween J, Wendt H (2002) Diurnal winds in the Himalayan Kali Gandaki Valley. Part III: remotely piloted aircraft soundings. Mon Weather Rev 130:2042–2058 Garratt J (1994) The atmospheric boundary layer. Cambridge University Press, Cambridge Hong S, Kim S (2007) Stable boundary layer mixing in a vertical diffusion scheme. The Korea Meteorological Society, Fall conference, Seoul, Korea, Oct 25–26 Hong S, Pan H (1996) Nonlocal boundary layer vertical diffusion in a medium-range forecast model. Mon Weather Rev 124(10):2322–2339 Hong S, Dudhia J, Chen S (2004) A revised approach to ice microphysical processes for the bulk parameterization of clouds and precipitation. Mon Weather Rev 132(1):103–120 Hong S, Noh Y, Dudhia J (2006) A new vertical diffusion package with an explicit treatment of entrainment processes. Mon Weather Rev 134(9):2318–2341 Holland G, Webster P, Curry J, Tyrell G, Gauntlett D, Brett G, Becker J, Hoag R, Vaglienti W (2001) The Aerosonde robotic aircraft: a new paradigm for environmental observations. Bull Am Meteorol Soc 82(5):889–901 Janjic Z (1990) The step-mountain coordinate: physical package. Mon Weather Rev 118(7):1429–1443 Janjic Z (1996) The surface layer in the NCEP eta model. 11th conference on numerical weather prediction, American Meteorological Society, pp 354–355 Janjic Z (2002) Nonsingular implementation of the Mellor-Yamada Level 2.5 Scheme in the NCEP meso models. NCEP Office Note No. 437, 61 p Jonassen M (2008) The small unmanned meteorological observer (SUMO)—characterization and test of a new measurement system for atmospheric boundary layer research. Master’s thesis, Geophysical Institute, University of Bergen Konrad T, Hill M, Rowland J, Meyer J (1970) A small, radio-controlled aircraft as a platform for meteorological sensors. Appl Phys Lab Tech Digest 10:11–19 Ma S, Chen H, Wang G, Pan Y, Li Q (2004) A miniature robotic plane meteorological sounding system. Adv Atmos Sci 21(6):890–896 Mlawer E, Taubman S, Brown P, Iacono M, Clough S (1997) Radiative transfer for inhomogeneous atmosphere: RRTM, a validated correlated-k model for the longwave. J Geophys Res 102(D14):16,663–16,682 Pleim J (2007) A combined local and nonlocal closure model for the atmospheric boundary layer. Part I: model description and testing. J Appl Meteorol Climatol 46(9):1383–1395 Reuder J, Ablinger M, Águstsson H, Brisset P, Brynjólfsson S, Garhammer M, Johannesson T, Jonassen M, Kühnel R, Lämmlein S, de Lange T, Lindenberg C, Malardel S, Mayer S, Müller M, Ólafsson H, Rögnvaldsson O, Schäper W, Spengler T, Zängl G, Egger J (2009a) FLOHOF 2007: an overview of the mesoscale meteorological field campaign at Hofsjökull, Central Iceland. Meteorol Atmos Phys (this issue) Reuder J, Brisset P, Jonassen M, Müller M, Mayer S (2009b) The small unmanned meteorological observer SUMO: a new tool for atmospheric boundary layer research. Meteorol Z 18(2):141–147 Sandvik A, Furevik B (2002) Case study of a coastal jet at Spitsbergen—comparison of SAR and model estimated wind. Mon Weather Rev 130:1040–1051 Skamarock W, Klemp J, Dudhia J, Gill D, Barker D, Wang W, Powers J (2005) A description of the advanced research WRF version 2. NCAR Tech Notes 468+ STR Spiess T, Bange J, Buschmann M, Vörsmann P (2007) First application of the meteorological Mini-UAV M2AV. Meteorol Z 16(2):159–169 Steeneveld G, Mauritsen T, de Bruijn E, Vilà-Guerau de Arellano J, Svensson G, Holtslag A (2008) Evaluation of limited-area models for the representation of the diurnal cycle and contrasting nights in CASES-99. J Appl Meteorol Climatol 47(3):869–887 Stensrud D (2007) Parameterization schemes: keys to understanding numerical weather prediction models. Cambridge University Press, Cambridge Stull R (1988) An introduction to boundary layer meteorology. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht Teixeira J, Stevens B, Bretherton C, Cederwall R, Doyle J, Golaz J, Holtslag A, Klein S, Lundquist J, Randall D, Siebesma A, Soares P (2008) Parameterization of the atmospheric boundary layer: a view from just above the inversion. Bull Am Meteorol Soc 89(4):453–458 Troen I, Mahrt L (1986) A simple model of the atmospheric boundary layer; sensitivity to surface evaporation. Bound Layer Meteorol 37:129–148