袁成松，王秋云，包云軒，嚴(yán)明良

(1.江蘇省氣象科學(xué)研究所，江蘇南京210008;2.江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210044;3.南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院，江蘇南京210044)

0 引言

2009年9月17日江蘇省南部各城市都出現(xiàn)了大暴雨，這是進(jìn)入9月以來(lái)最強(qiáng)的一次降雨過(guò)程，大雨幾乎持續(xù)了一整天。這場(chǎng)暴雨來(lái)得突然，給生產(chǎn)和生活帶來(lái)諸多不便。由于這場(chǎng)暴雨發(fā)生在交通高峰期，因此，對(duì)江蘇南部地區(qū)的交通產(chǎn)生了巨大影響，使交通一度癱瘓。暴雨是影響人類(lèi)的嚴(yán)重災(zāi)害性天氣之一，所以對(duì)暴雨的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)顯得十分重要(Molinari and Dudek，1992;孫建華等，2004)。

目前暴雨的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)難度較大，而暴雨的研究主要基于實(shí)測(cè)資料和數(shù)值模擬兩種途徑(張曉紅等，2009;張羽等，2010)。近年來(lái)，已經(jīng)有很多學(xué)者利用MM5或WRF中尺度氣象數(shù)值預(yù)報(bào)模式來(lái)模擬暴雨天氣過(guò)程，結(jié)果表明:利用中尺度數(shù)值模式對(duì)降雨天氣過(guò)程的模擬具有一定的能力(陳業(yè)國(guó)和農(nóng)孟松，2010;沈桐立等，2010)。在我國(guó)由于計(jì)算機(jī)條件的限制，利用高分辨率數(shù)值模式進(jìn)行暴雨等中尺度天氣現(xiàn)象的研究還比較困難，采用多重嵌套是在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)條件下盡可能提高重點(diǎn)預(yù)報(bào)區(qū)域分辨率的有效途徑(Cui et al.，2007;史薈燕等，2009)。王建捷和李澤椿(2002)對(duì)1998年6月的一次梅雨鋒暴雨中尺度系統(tǒng)進(jìn)行了模擬和診斷分析;張小玲等(2002)研究表明，中尺度系統(tǒng)強(qiáng)烈發(fā)展引發(fā)了1998年7月20—21日武漢地區(qū)的突發(fā)性暴雨，并確認(rèn)了暴雨發(fā)生時(shí)期的中小尺度特征;王智等(2003)對(duì)一次西南渦及其伴隨低空急流的發(fā)展演變進(jìn)行了數(shù)值模擬，揭示了西南渦和低空急流與1999年初夏江淮流域多日持續(xù)性暴雨的關(guān)系。但是以上研究所采用的模式分辨率都較低，且著重分析某一大范圍區(qū)域暴雨的中尺度特征，并沒(méi)有針對(duì)暴雨對(duì)公路交通能見(jiàn)度變化的影響進(jìn)行探討。

本文利用新一代中尺度天氣研究和預(yù)報(bào)模式WRF，對(duì)2009年9月17日發(fā)生在江蘇南部地區(qū)、覆蓋滬寧高速公路的一次大暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，與過(guò)去的研究相比，分辨率大大提高。文中結(jié)合相關(guān)實(shí)測(cè)資料與模式輸出的物理量，分析了暴雨形成的環(huán)流背景和水汽、動(dòng)力、熱力條件等，從而為公路交通降雨預(yù)報(bào)提供了一些定量化的參考指標(biāo)。

1 雨情概況及大尺度環(huán)流背景

1.1 雨情概況

根據(jù)江蘇省地面氣象觀測(cè)網(wǎng)提供的實(shí)測(cè)降水資料，2009年9月17日江蘇大部普降大到暴雨。圖1給出了2009年9月17日08—19時(shí)南京站的逐時(shí)降水量，可知南京站12 h累積降雨量超過(guò)了50 mm。降水主要在17日08—09時(shí)、13—15時(shí)集中發(fā)生，下班高峰期(17時(shí)左右)也出現(xiàn)了較強(qiáng)降雨。

圖1 南京站2009年9月17日08—19時(shí)實(shí)測(cè)的逐時(shí)降雨量(單位:mm)Fig.1 Observed hourly precipitation at Nanjing station from 08:00 BST to 19:00 BST 17 September 2009(units:mm)

根據(jù)AWMS系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，圖2給出了2009年9月17日02時(shí)—18日02時(shí)24 h滬寧高速公路黃粟墅、河陽(yáng)、常州北三站的水平能見(jiàn)度變化曲線(xiàn)。17日06時(shí)之前，河陽(yáng)站水平能見(jiàn)度在3 000～3 500 m范圍內(nèi)波動(dòng)，此時(shí)未降雨;07時(shí)開(kāi)始，降雨發(fā)生，能見(jiàn)度陡降至500 m以下，之后能見(jiàn)度小幅度緩慢回升，但仍維持在1 000 m以下;11時(shí)左右，雨勢(shì)轉(zhuǎn)小，能見(jiàn)度開(kāi)始上升;13時(shí)左右，雨勢(shì)開(kāi)始增強(qiáng)，能見(jiàn)度隨之降低;隨后能見(jiàn)度維持在1 000 m左右。黃粟墅站在17日09時(shí)、13時(shí)、17時(shí)出現(xiàn)的能見(jiàn)度低谷，正好對(duì)應(yīng)著3個(gè)降雨高峰期。常州北站的能見(jiàn)度也在多個(gè)時(shí)段出現(xiàn)了1 000 m以下的低值。由于各站所處的局地地形不同，出現(xiàn)降雨的時(shí)段不同，所以它們的能見(jiàn)度變化存在一些差異，但總體來(lái)說(shuō)，能見(jiàn)度大小與降水強(qiáng)度存在著明顯的反相關(guān)關(guān)系。

1.2 大尺度環(huán)流背景

圖2 2009年9月17日02時(shí)—18日02時(shí)滬寧高速公路自動(dòng)氣象站觀測(cè)的水平能見(jiàn)度逐時(shí)變化(單位:m)Fig.2 Hourly change of horizontal visibility by auto-meteorological monitoring stations in the Shanghai-Nanjing expressway from 02:00 BST 17 to 02:00 BST 18 September 2009(units:m)

圖3給出了2009年9月17日02時(shí)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)與850 hPa風(fēng)場(chǎng)?？梢?jiàn)，暴雨發(fā)生前，高緯度烏拉爾山至西西伯利亞地區(qū)和俄羅斯遠(yuǎn)東至鄂霍次克海地區(qū)分別為強(qiáng)大穩(wěn)定的阻塞高壓所占據(jù)，中、東西伯利亞上空為一大低渦控制，極地冷空氣強(qiáng);中低緯地區(qū)，帶狀副熱帶高壓位于日本以南西北太平洋至我國(guó)東南沿海地區(qū)，脊線(xiàn)位于33°N附近。副高西北側(cè)盛行的西南低空急流將大量暖濕空氣不斷地輸送到江淮地區(qū)，與從極渦中分裂南下的干冷空氣相遇，從而為暴雨的產(chǎn)生提供了極為有利的條件。

圖3 2009年9月17日02時(shí)500 hPa位勢(shì)高度場(chǎng)(綠色實(shí)線(xiàn);單位:gpm)與850 hPa風(fēng)矢量場(chǎng)(箭矢;單位:m·s－1)(彩色區(qū)表示風(fēng)速大于12 m·s－1;灰色區(qū)表示地形高于1 500 m)Fig.3 Geopotential height at 500 hPa(green solid lines;units:gpm)and wind vector at 850 hPa(arrows;units:m·s－1)at 02:00 BST 17 September 2009(color shaded areas denote the wind speed greater than 12 m·s－1and gray shaded areas the terrain above 1 500 m)

2 資料來(lái)源與模式簡(jiǎn)介

2.1 資料來(lái)源

實(shí)測(cè)資料來(lái)源于江蘇省氣候中心提供的常規(guī)觀測(cè)資料以及江蘇省氣象科學(xué)研究所自主研發(fā)、并在滬寧高速公路上按每10 km布設(shè)1套的自動(dòng)天氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(AWMS)每分鐘實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的氣象數(shù)據(jù)，包括降水、大氣水平能見(jiàn)度、氣壓、氣溫、地溫、相對(duì)濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象要素(吳贊平等，2006)。

運(yùn)行WRF模式所用的NCEP資料來(lái)自NCAR/NCEP(美國(guó)國(guó)家大氣研究中心和國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心)每日4個(gè)時(shí)次(02、08、14、20時(shí))的1°×1°氣象再分析資料。

2.2 WRF模式簡(jiǎn)介

由美國(guó)國(guó)家大氣研究中心(NCAR)和美國(guó)環(huán)境預(yù)測(cè)中心(NCEP)等單位聯(lián)合開(kāi)發(fā)的新一代中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式WRF(Weather Research and Forecast Model)，在目前世界的天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)和大氣科學(xué)研究中得到了廣泛應(yīng)用(章國(guó)材，2006)。該模式不僅具有獨(dú)特的數(shù)值化動(dòng)力框架，還提供了多種可供耦合的先進(jìn)的物理過(guò)程方案。與前一代中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)模式MM5相比，WRF模式考慮了比較詳細(xì)的陸面過(guò)程，能描述不同下墊面的熱量、水分等要素的傳輸過(guò)程，并將其耦合到邊界層參數(shù)化方案中，加強(qiáng)了邊界層物理過(guò)程的模擬，進(jìn)而改善了整個(gè)模式的模擬性能(Joseph，2004;Janjic，2004;Paula et al.，2005)。

本文應(yīng)用了中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)模式WRF2.2(Weather Research and Forecast Model for version 2.2)。模式采用雙重嵌套方式，水平范圍以(120.0°E，33.0°N)為中心，模擬區(qū)域包括了116～124°E、30～36°N，且覆蓋滬寧高速公路。粗網(wǎng)格格距為9 km，格點(diǎn)數(shù)為75×75;細(xì)網(wǎng)格格距為3 km，格點(diǎn)數(shù)為121×91;積分步長(zhǎng)為60 s。在模式微物理過(guò)程的參數(shù)選擇上，粗細(xì)網(wǎng)格均采用Ferrier(new Eta)方案;長(zhǎng)波輻射均選用RRTM方案;短波輻射均選用Dudhia方案;近地面方案選用Monin-Obukhov方案;陸面過(guò)程采用Noah陸面參數(shù)化方案，并耦合了城市冠層模型;積云參數(shù)化方案粗網(wǎng)格選擇Betts-Miller-Janjic方案，細(xì)網(wǎng)格不采用積云參數(shù)化方案;邊界層方案選擇MRF方案。模式模擬個(gè)例的時(shí)間為2009年9月17日02時(shí)(北京時(shí)間，下同)至18日02時(shí)共24 h，粗網(wǎng)格每3 h輸出一次結(jié)果，細(xì)網(wǎng)格每1 h輸出一次結(jié)果。

3 數(shù)值模擬結(jié)果與診斷分析

3.1 降水模擬結(jié)果的驗(yàn)證

圖4 2009年9月17日02時(shí)至18日02時(shí)的24 h累積降水量(單位:mm)a.實(shí)況;b.模擬Fig.4 Distribution of 24-hr accumulated precipitation from 02:00 BST 17 to 02:00 BST 18 September 2009(units:mm)a.observed;b.simulated

評(píng)價(jià)一個(gè)中尺度天氣模式的好壞，主要看它對(duì)降水的模擬和預(yù)報(bào)能力。圖4a、b分別是實(shí)測(cè)和模擬的2009年9月17日02時(shí)至18日02時(shí)的24 h累積降水量?？煽闯瞿Ｊ綄?duì)雨帶走向、降雨落區(qū)和雨量大小的模擬比較好，與實(shí)況基本一致。但是在整個(gè)模擬區(qū)域內(nèi)，WRF模擬的降水量比實(shí)況偏低10 mm左右;且對(duì)于(120.0°E，32.4°N)附近的降雨落區(qū)，WRF模擬出幾個(gè)虛中心;此外，WRF未模擬出位于(120.3°E，32.0°N)的降水中心;對(duì)于(121.3°E，31.7°N)附近的暴雨中心，模擬的位置略偏西北，比實(shí)況范圍偏小;在(119.3°E，31.6°N)、(119.7°E，31.0°N)、(118.9°E，30.9°N)等附近的降水模擬都與實(shí)況存在一些微小差異。這可能是模式地形與實(shí)際情況存在誤差、地面實(shí)測(cè)站點(diǎn)有限且分布不均勻等因素有關(guān)?？傮w來(lái)說(shuō)模擬結(jié)果基本體現(xiàn)了此次暴雨過(guò)程的主要特征，模擬效果較為理想。

3.2 暴雨的流場(chǎng)特征診斷

分析不同高度的水平流場(chǎng)可發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江中下游地區(qū)存在一個(gè)β中尺度渦旋的發(fā)展、移動(dòng)過(guò)程。2009年9月17日12時(shí)有一氣旋性渦旋在119.8～120.4°E、31.2～31.5°N生成(圖5a)，北緣緊逼滬寧高速公路中段，其水平尺度在70 km左右，垂直尺度為10 km左右(結(jié)合模式輸出的多層位勢(shì)高度場(chǎng)和水平流場(chǎng)估算得到)，形態(tài)比(即中尺度系統(tǒng)的垂直尺度H與水平尺度L之比H/L;陸漢城和楊國(guó)祥，2000)約為0.143，700 hPa高度渦旋區(qū)內(nèi)最大水平氣壓梯度約為2.0 hPa/(10 km)，此渦旋屬于典型的β中尺度渦旋，與此次暴雨過(guò)程降水的加強(qiáng)、維持關(guān)系密切;之后的4 h內(nèi)渦旋有明顯增強(qiáng)，并緩慢東移，于16時(shí)達(dá)到最強(qiáng)(圖5b)，此時(shí)，渦旋位于119.6～120.5°E、30.8～31.4°N，水平尺度達(dá)110 km以上，垂直尺度達(dá)11 km左右，形態(tài)比(H/L)約為0.1，700 hPa高度渦旋區(qū)內(nèi)最大水平氣壓梯度約為1.3 hPa/(10 km)，影響區(qū)覆蓋整個(gè)蘇南丘陵地區(qū)，此時(shí)蘇南中西部暴雨強(qiáng)度達(dá)最強(qiáng);17時(shí)前后渦旋開(kāi)始明顯減弱，渦旋有一短時(shí)加速東移過(guò)程，影響范圍也東移，18時(shí)以后移速趨緩，渦旋區(qū)范圍達(dá)最小，降水強(qiáng)度明顯減弱;至20時(shí)(圖5c)，渦旋位于120.8～121.2°E、30.8～31.0°N，水平尺度只有45 km左右，垂直尺度不到6 km，形態(tài)比(H/L)約為0.133，700 hPa高度渦旋區(qū)內(nèi)最大水平氣壓梯度不到1.1 hPa/(10 km)，此時(shí)它對(duì)這場(chǎng)暴雨的影響也接近尾聲，蘇南地區(qū)的降水也漸漸停止;21時(shí)以后，它完全東移入海，對(duì)此次降水過(guò)程的影響徹底終止。由此可見(jiàn):β中尺度渦旋對(duì)此次暴雨過(guò)程的加強(qiáng)與維系起著重要的作用，這一結(jié)果與史小康等(2007)的研究發(fā)現(xiàn)一致。

圖5 模擬的9月17日12時(shí)(a)、16時(shí)(b)和20時(shí)(c)850 hPa流場(chǎng)Fig.5 The simulated streamline at 850 hPa at(a)12:00 BST，(b)16:00 BST，and(c)20:00 BST 17 September

3.3 暴雨的水汽條件診斷

圖6為2009年9月17日08時(shí)相對(duì)濕度沿120°E的垂直剖面?？梢?jiàn)，對(duì)流層中低層相對(duì)濕度高達(dá)80%～95%，暴雨區(qū)上空中低層的潮濕空氣為大暴雨的形成提供了較好的水汽條件。在整個(gè)暴雨過(guò)程中，江淮流域一直存在著水汽輸送帶。模擬結(jié)果顯示:2009年9月17日08時(shí)對(duì)流低層(850 hPa、925 hPa)有兩支明顯的東西向的水汽輸送通道存在，一支在暴雨區(qū)西南側(cè)，從西南向東北輻合進(jìn)入暴雨區(qū)，另一支從偏東向西呈扇形向暴雨區(qū)輻合(圖略);到17日14時(shí)，850 hPa水汽通量場(chǎng)中江蘇的沿江和蘇南地區(qū)(即暴雨區(qū))成為極顯著的水汽匯聚區(qū)(圖略)，之后一直源源不斷的有水汽向該區(qū)域輸送，為暴雨的增強(qiáng)與維持創(chuàng)造了條件。水汽通量散度場(chǎng)能更好地反映這一點(diǎn)，2009年9月17日08時(shí)850 hPa沿江和蘇南地區(qū)開(kāi)始出現(xiàn)水汽輻合區(qū)，到了14時(shí)，水汽輻合達(dá)最強(qiáng)(圖7)。圖8為17日14時(shí)的水汽通量散度沿120°E的垂直剖面，可看出水汽輻合帶在500 hPa以下非常顯著，且隨高度增加水

3.4 暴雨的動(dòng)力條件診斷

汽輻合帶向北傾斜，在暴雨區(qū)形成了深厚的高濕環(huán)境，為對(duì)流的不穩(wěn)定增長(zhǎng)以及暴雨的維持奠定了基礎(chǔ)(易軍等，2009)。

3.4.1 垂直速度

大氣中能量的輸送主要是通過(guò)空氣運(yùn)動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)，垂直運(yùn)動(dòng)對(duì)水汽、熱量、動(dòng)量等物理量的輸送及對(duì)天氣系統(tǒng)的發(fā)展都起著極為重要的作用(Hoskins，1974)。由2009年9月17日14時(shí)垂直速度沿120°E的垂直剖面(圖9)可知，暴雨區(qū)低層到高層都出現(xiàn)了較為強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動(dòng)。500～700 hPa是對(duì)流發(fā)展最旺盛的大氣層，其垂直運(yùn)動(dòng)的速度大小反映了系統(tǒng)對(duì)流運(yùn)動(dòng)狀況并影響高層的垂直運(yùn)動(dòng)。對(duì)模擬結(jié)果診斷分析發(fā)現(xiàn):17日14時(shí)前后，垂直運(yùn)動(dòng)發(fā)展迅速，500～700 hPa垂直運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度最強(qiáng)、范圍最廣。強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動(dòng)使得大氣層結(jié)不穩(wěn)定能量快速釋放，致使對(duì)流天氣增強(qiáng)并得以維系。

3.4.2 渦度和散度

圖6 模擬的2009年9月17日08時(shí)相對(duì)濕度沿120°E的經(jīng)向垂直剖面(單位:%)Fig.6 Latitude-height cross-section of simulated relative humidity along 120°E at 08:00 BST 17 September 2009(units:%)

圖7 模擬的2009年9月17日14時(shí)850 hPa的水汽通量散度(單位:10－8g·cm－2·hPa－1·s－1)Fig.7 Simulated divergence of moisture flux at 850 hPa at 14:00 BST 17 September 2009(units:10－8g·cm－2·hPa－1·s－1)

圖8 模擬的2009年9月17日14時(shí)的水汽通量散度沿120°E的經(jīng)向垂直剖面(單位:10－8g·cm－2·hPa－1·s－1)Fig.8 Latitude-height cross-section of simulated divergence of moisture flux along 120°E at 14:00 BST 17 September 2009(units:10－8g·cm－2·hPa－1·s－1)

從高低空渦度、散度場(chǎng)的配置來(lái)看:暴雨開(kāi)始前(17日02時(shí))，低層正渦度的強(qiáng)度較弱、范圍較小，中層500 hPa為弱輻散區(qū);08時(shí)，800～900 hPa的正渦度開(kāi)始增大，500 hPa仍為弱輻散區(qū)，但高層200 hPa上輻散增強(qiáng)，低層900 hPa附近出現(xiàn)小范圍的輻合;之后的幾小時(shí)內(nèi)，低空正渦度隨著降水的增強(qiáng)而增強(qiáng)，輻合層逐漸加厚、輻合中心加強(qiáng);到了14時(shí)，在暴雨區(qū)上空900 hPa散度場(chǎng)出現(xiàn)高達(dá)－40×10－5s－1的強(qiáng)輻合中心(圖10)，200 hPa附近存在20×10－5s－1的強(qiáng)輻散中心，可見(jiàn)暴雨所在地具備中尺度環(huán)境下有利于對(duì)流發(fā)展的低層輻合、高層輻散的動(dòng)力配置結(jié)構(gòu)(陳紅專(zhuān)和湯劍平，2009)。同時(shí)，暴雨區(qū)上方850 hPa上正渦度顯著增強(qiáng)并達(dá)到最大值(圖11)，在200 hPa附近的負(fù)渦度中心仍高達(dá)－10×10－5s－1，中心位于120.3°E、31.4°N附近，正渦度區(qū)從900 hPa一直向高層延伸到350 hPa，在暴雨區(qū)形成了一個(gè)從下到上的正渦管，促使強(qiáng)對(duì)流發(fā)展。說(shuō)明渦度場(chǎng)與散度場(chǎng)在垂直結(jié)構(gòu)配置上一致，對(duì)于暴雨的加強(qiáng)和維持有重要的促進(jìn)作用。

圖9 模擬的2009年9月17日14時(shí)垂直速度沿120°E的經(jīng)向垂直剖面(單位:cm·s－1)Fig.9 Latitude-height cross-section of simulated vertical velocity along 120°E at 14:00 BST 17 September 2009(units:cm·s－1)

圖10 2009年9月17日14時(shí)900 hPa的散度場(chǎng)(單位:10－5s－1)Fig.1 0Divergence field at 900 hPa at 14:00 BST 17 September 2009(units:10－5s－1)

3.5 暴雨的熱力條件診斷

圖11 2009年9月17日14時(shí)850 hPa渦度場(chǎng)(單位:10－5s－1)Fig.1 1Vorticity field at 850 hPa at 14:00 BST 17 September 2009(units:10－5s－1)

假相當(dāng)位溫θse是在大氣的干、濕絕熱過(guò)程中都守恒的一個(gè)重要特征參數(shù)，θse的垂直分布可以反映大氣的對(duì)流性不穩(wěn)定。當(dāng)氣層中θse隨高度減小時(shí)，整層空氣抬升后，氣層表現(xiàn)為整層位勢(shì)不穩(wěn)定;反之，當(dāng)θse隨高度增大時(shí)，整個(gè)氣層被抬升后，氣層能量將會(huì)變得更加穩(wěn)定(朱乾根等，2000)。由17日14時(shí)θse沿120°E的垂直剖面(圖12)可知，對(duì)流層中部500～700 hPa近似等于零，大氣為中性層結(jié);而低層＜0，為位勢(shì)不穩(wěn)定大氣，所以氣層內(nèi)有對(duì)流發(fā)展。注意到31.8～32.0°N附近，500 hPa以下θse幾乎不變，表明該地區(qū)中低層垂直方向上有強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，使低層水汽、能量向上混合輸送。

3.6 暴雨的配置場(chǎng)特征診斷

圖13模擬了暴雨天氣過(guò)程中動(dòng)力和水汽條件的配置情況。在31.8～32.2°N的暴雨區(qū)附近，1 000～400 hPa形成一條狹長(zhǎng)的垂直運(yùn)動(dòng)帶，上升運(yùn)動(dòng)劇烈，中心速度達(dá)到60 cm·s－1(圖13a)。同時(shí)，在此區(qū)域內(nèi)，出現(xiàn)大范圍水汽通量輻合(圖13b)，可見(jiàn)強(qiáng)烈上升運(yùn)動(dòng)和充分水汽條件的合理配置對(duì)該區(qū)的暴雨發(fā)生至關(guān)重要(王巍巍等，2007)。

4 結(jié)論與討論

應(yīng)用中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)模式WRF2.2，結(jié)合常規(guī)氣象觀測(cè)資料、AWMS系統(tǒng)監(jiān)測(cè)資料、NECP氣象再分析資料，模擬分析了2009年9月17日發(fā)生在江蘇大部(包括滬寧高速公路在內(nèi))的一次暴雨天氣過(guò)程。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果診斷分析，得到如下結(jié)論:

1)分析不同高度的水平流場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江中下游地區(qū)存在一個(gè)β中尺度渦旋的發(fā)展、移動(dòng)過(guò)程，此β中尺度渦旋對(duì)暴雨過(guò)程降水的加強(qiáng)、維持起著重要的作用。

圖12 模擬的2009年9月17日14時(shí)假相當(dāng)位溫沿120°E的經(jīng)向垂直剖面(單位:K)Fig.1 2Latitude-height cross-section of simulated pseudoequivalent temperature along 120°E at 14:00 BST 17 September 2009(units:K)

2)暴雨區(qū)上空對(duì)流中低層空氣潮濕，為大暴雨的形成提供了較好的水汽條件。水汽輻合帶在500 hPa以下非常顯著，且隨高度增加水汽輻合帶向北傾斜，在暴雨區(qū)形成了深厚的高濕環(huán)境，為對(duì)流的不穩(wěn)定增長(zhǎng)以及暴雨的維持奠定了基礎(chǔ)。

圖13 模擬的2009年9月17日14時(shí)垂直速度(a;cm·s－1)和水汽通量散度(b;10－8g·cm－2·hPa－1·s－1)沿120°E的經(jīng)向垂直剖面Fig.1 3Latitude-height cross-sections of simulated(a)vertical velocity(cm·s－1)and(b)divergence of moisture flux(10－8g·cm－2·hPa－1·s－1)along 120°E at 14:00 BST 17 September 2009

3)雨區(qū)低層到高層都出現(xiàn)了較為強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動(dòng)，使得大氣層結(jié)不穩(wěn)定能量快速釋放，致使對(duì)流天氣增強(qiáng)并得以維系。暴雨區(qū)低層輻合、高層輻散，低空為正渦度、高空為負(fù)渦度，且前期隨著降水的增強(qiáng)，低空正渦度逐漸增強(qiáng)，輻合層逐漸加厚、輻合中心加強(qiáng)。渦度場(chǎng)與散度場(chǎng)在垂直結(jié)構(gòu)配置上一致，對(duì)暴雨的加強(qiáng)和維持有重要的促進(jìn)作用。

4)暴雨區(qū)對(duì)流層中低層有強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)，促使低層水汽、能量等向上混合輸送。對(duì)流層中層大氣為中性層結(jié)，而低層大氣為位勢(shì)不穩(wěn)定，所以整層大氣有對(duì)流發(fā)展，有利于暴雨的形成。

通過(guò)個(gè)例研究發(fā)現(xiàn):水汽條件、動(dòng)力條件和熱力條件是暴雨形成的重要物理基礎(chǔ)，調(diào)整WRF模式中的相關(guān)參數(shù)可以成功地模擬高速公路上的暴雨天氣過(guò)程，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以較好地預(yù)測(cè)高速公路暴雨災(zāi)害產(chǎn)生的時(shí)間、范圍和強(qiáng)度等，為交通氣象部門(mén)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)道路災(zāi)害性天氣提供科學(xué)依據(jù)。模擬的降雨分布與實(shí)況基本一致，因此，可以認(rèn)為對(duì)此次天氣過(guò)程的模擬是較成功的。當(dāng)然，模擬也與實(shí)測(cè)之間存在一些誤差，這是由于WRF模式是針對(duì)中尺度天氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，再者，NCEP資料的時(shí)空分辨率較粗，也導(dǎo)致了模式輸出與實(shí)測(cè)之間有一定的誤差。對(duì)于模式數(shù)值試驗(yàn)中存在的誤差，未來(lái)將從下列兩個(gè)方面力求改進(jìn):一是對(duì)模式的初始場(chǎng)資料進(jìn)行加密、同化和調(diào)整以提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率;二是對(duì)模式物理過(guò)程和參數(shù)化方案不斷進(jìn)行試驗(yàn)、選擇，找出最佳配置以便更精確、更科學(xué)、更合理地反映實(shí)際發(fā)生的狀況。

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