朱國明　趙家華

摘 要：該文利用中尺度WRF模式，結(jié)合實(shí)況探空資料，對2次強(qiáng)降水過程進(jìn)行數(shù)值模擬的對比分析，結(jié)果表明：不同試驗(yàn)的模擬結(jié)果中于高原模擬的大值雨帶范圍偏大，而盆地的大值雨帶整體向西南偏移。模擬結(jié)果中出現(xiàn)誤差原因之一都表現(xiàn)為500hPa高度場上出現(xiàn)低壓中心偏移；在溫度和水汽的垂直廓線中，高原和盆地的模擬結(jié)果都與實(shí)況探空站的變化趨勢一致。不同點(diǎn)表現(xiàn)為：溫度和水汽模擬的垂直廓線中，高原的平均誤差小于盆地。

關(guān)鍵詞：垂直廓線；WRF模式；數(shù)值模擬

中圖分類號 P426.51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）01-0095-03

數(shù)值模式在氣象研究中被廣泛應(yīng)用，如魏建蘇等[1]利用中尺度WRF模式對發(fā)生在江蘇地區(qū)的一次強(qiáng)降水過程進(jìn)行模擬分析，結(jié)果表明模式能夠較好的模擬降水落區(qū)，對于強(qiáng)降水系統(tǒng)有較好的預(yù)報(bào)能力。宋雯雯等[2]利用MM5模式對2009年發(fā)生在高原的一次低渦過程進(jìn)行模擬，結(jié)果表明模式能較好的模擬出降水落區(qū)、強(qiáng)度和低渦結(jié)構(gòu)。袁有林等[3]利用WRF模式對2013年7月12—13日的一次暴雨過程進(jìn)行了模擬，結(jié)果表明不同資料在次天氣尺度中存在著差異，進(jìn)而造成模擬結(jié)果的差異，反映了WRF模式對初、邊界條件的敏感性。本文利用中尺度WRF模式，結(jié)合實(shí)況探空資料，對2次強(qiáng)降水過程進(jìn)行數(shù)值模擬的對比分析，探討數(shù)值的模擬能力。

1 降水過程選取

2011年8月2—5日西藏中東部地區(qū)出現(xiàn)了一次強(qiáng)降水過程，8月3日08時(shí)，已有8個(gè)站24h降水量達(dá)到了10mm以上，其中3個(gè)站超過了20mm，雨區(qū)范圍和強(qiáng)度進(jìn)一步擴(kuò)大和加強(qiáng)，截至4日08時(shí)，14個(gè)站24h降水量超過了10mm。5日開始雨區(qū)開始減弱消失。選取3日08時(shí)至4日08時(shí)降水最強(qiáng)的時(shí)間段作為高原強(qiáng)降水過程進(jìn)行模擬。

2010年7月22—25日在四川盆地東北部地區(qū)出現(xiàn)了一次強(qiáng)對流過程，22日以中到大雨為主，此后強(qiáng)度和范圍不斷擴(kuò)大，24日08時(shí)至25日08時(shí)，降水的強(qiáng)度和范圍達(dá)到最大，個(gè)別站出現(xiàn)了大暴雨，其中仁壽24h降水量達(dá)到了257mm。選取24日08時(shí)至25日08時(shí)降水最強(qiáng)的時(shí)間段作為盆地強(qiáng)降水過程進(jìn)行模擬。

2 模擬方案設(shè)計(jì)

本文選取中尺度WRF（Weather Research Forecast）模式進(jìn)行模擬，采用雙重嵌套，水平格距分別為30km和10km，初始場資料采用NCEP資料，短波輻射方案為采用Dudhia方案，長波輻射方案采用RRTM方案，邊界層方案采用YSU方案，近地面方案采用Monin-obukhov方案，陸面過程采用熱量擴(kuò)散方案。

通過不同分辨率、微物理過程和積云對流方案的反復(fù)模擬，降水量模擬結(jié)果略，我們發(fā)現(xiàn)在高原水平分辨為10km的LG方案（微物理過程為Lin方案，積云對流方案為Grell-Devenji）模擬的效果要優(yōu)于其他試驗(yàn)結(jié)果，盆地水平分辨為30km的LG3方案（微物理過程為Lin方案，積云對流方案為New Grell）模擬的效果要優(yōu)于其他試驗(yàn)結(jié)果。下面為了進(jìn)一步分析模擬效果，本文針對上述2個(gè)方案進(jìn)行物理量診斷分析。

3 模擬方案分析

3.1 高原模擬結(jié)果的高度場分析 根據(jù)高原各時(shí)刻500hPa高度場實(shí)況和模擬結(jié)果，08時(shí)在高原中部，存在一個(gè)低壓中心，模式成功模擬出了低壓中心，并且強(qiáng)度相當(dāng)，因此模擬的降水強(qiáng)度的平均誤差較小，但模式在低壓的東北部多模擬出一個(gè)小的高壓中心。14時(shí)低壓減弱，并向東移，模式模擬出了這一過程，但低壓中心開始出現(xiàn)偏移，較實(shí)況的中心偏西。20時(shí)北方低壓南侵，與高原東部低壓匯合，模式模擬出這一過程，但模式模擬584線進(jìn)一步向西伸。4日02時(shí)584線開始向西伸，但沒有模式模擬的西伸幅度大，并且模式在西藏中部地區(qū)模擬出2個(gè)小低壓，4日08時(shí)，這2個(gè)低壓進(jìn)一步擴(kuò)大。低壓中心偏移、584線的提前西伸、西伸幅度偏大和西藏中部的兩個(gè)小低壓造成了降水模擬結(jié)果中的偏差。

3.2 盆地模擬結(jié)果的高度場分析 根據(jù)盆地各時(shí)刻500hPa高度場實(shí)況和模擬結(jié)果，08時(shí)在盆地北部，成功模擬出了低壓中心，但模擬的低壓強(qiáng)度偏弱，因此模擬的降水強(qiáng)度的平均誤差為負(fù)（模擬值小于觀測值）。14時(shí)低壓減弱，范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，模式模擬出了這一過程。20時(shí)成功模擬出低壓向南發(fā)展，但低壓中心開始發(fā)生偏移，低壓在實(shí)況低壓的西南。25日02時(shí)，低壓進(jìn)一步向南發(fā)展，低壓中心外圍的586線與南部的586線合并。模式模擬出了低壓發(fā)展。25日08時(shí)，低壓中心發(fā)展，南部的584線東伸，而模式將低壓中心的584線與南部的584線合并，模擬的低壓范圍偏大。開始低壓中心強(qiáng)度偏弱，隨后位置出現(xiàn)偏移，最后模擬范圍偏大，這些共同造成了降水模擬結(jié)果中的偏差。

3.3 流場分析

3.3.1 高原模擬結(jié)果的流場分析 高原各時(shí)刻500hPa流場實(shí)況和模擬結(jié)果可知，08時(shí)冷、暖空氣匯合主要發(fā)生在那曲-索縣一帶，模式成功模擬出了冷、暖空氣匯合帶。14時(shí)，匯合帶向南壓，最南在30.5°N附近，而模式模擬的匯合帶較實(shí)況偏南，在30°N附近。20時(shí)，在西藏中部形成了一條橫穿西藏地區(qū)的一條匯合帶，在30°N附近，模式模擬的匯合帶仍偏南。4日02時(shí)，冷、暖空氣匯合帶最南端維持在30°N附近，模式模擬的匯合帶與實(shí)況相近。4日08時(shí)，在西藏地區(qū)形成大的渦旋，模式也模擬出了這一過程。綜上所述，實(shí)況中冷、暖空氣匯合帶主要出現(xiàn)在30°N附近，而模式模擬的匯合帶也大致出現(xiàn)30°N附近，因此模擬的雨帶與實(shí)況相差不錯(cuò)，但由于各時(shí)刻中匯合帶出現(xiàn)偏差，所以造成了模擬降水中心個(gè)數(shù)、位置和范圍出現(xiàn)偏差。

3.3.2 盆地模擬結(jié)果的流場分析 盆地各時(shí)刻500hPa流場實(shí)況和模擬結(jié)果可知，08時(shí)在四川北部存在一個(gè)氣旋性的渦旋，14時(shí)渦旋進(jìn)一步發(fā)展，模式成功的模擬出了這一過程。20時(shí)渦旋向東南方向發(fā)展，而模式模擬出的渦旋向西南發(fā)展。25日02時(shí)渦旋進(jìn)一步發(fā)展，南方的暖濕空氣在四川東部平直的向北輸送，而模式模擬的南方暖濕空氣先輸送到四川中部地區(qū)，再轉(zhuǎn)向東北輸送，20時(shí)和02時(shí)的發(fā)展這就導(dǎo)致了模式模擬出的雨帶向西南偏移。25日20時(shí)在四川西部，形成一個(gè)水汽匯合帶，模式也模擬出了這個(gè)匯合帶。endprint

3.4 溫度垂直廓線分析

3.4.1 高原模擬結(jié)果的溫度垂直廓線分析 圖1給出了高原那曲探空站各時(shí)刻溫度垂直廓線的實(shí)況和模擬結(jié)果，探空站模擬結(jié)果由模式的格點(diǎn)溫度插值得到。從圖1可知，模式輸出的各層溫度廓線與探空站輸出結(jié)果變化趨勢一致，最大平均誤差出現(xiàn)在20時(shí)，為0.212℃。

3.4.2 盆地模擬結(jié)果的溫度垂直廓線分析 圖2給出了盆地溫江探空站各時(shí)刻溫度垂直廓線的實(shí)況和模擬結(jié)果，探空站模擬結(jié)果由模式的格點(diǎn)溫度插值得到。從圖2可知，模式輸出的各層溫度廓線與探空站輸出結(jié)果變化趨勢一致，最大平均誤差出現(xiàn)在20時(shí)，為0.481℃。

3.5 水汽垂直廓線分析

3.5.1 高原模擬結(jié)果的水汽垂直廓線分析 圖3給出了高原那曲探空站各時(shí)刻混合比垂直廓線的實(shí)況和模擬結(jié)果，探空站模擬結(jié)果由模式的格點(diǎn)溫度插值得到。從圖3可知，模式輸出的各層溫度廓線與探空站輸出結(jié)果變化趨勢一致，但在20時(shí)模式在300hPa以下，模擬的水汽含量偏少，300hPa以上偏高。

3.5.2 盆地模擬結(jié)果的水汽垂直廓線分析 圖4給出了盆地探空站各時(shí)刻混合比垂直廓線的實(shí)況和模擬結(jié)果，探空站模擬結(jié)果由模式的格點(diǎn)溫度插值得到。從圖4可知，模式輸出的各層溫度廓線與探空站輸出結(jié)果變化趨勢一致，但在08時(shí)模式在500hPa以下，模擬的水汽含量偏高，500hPa以上偏低。

4 結(jié)論

（1）模擬結(jié)果中出現(xiàn)誤差原因之一都表現(xiàn)為500hPa高度場上出現(xiàn)低壓中心偏移；在溫度和水汽的垂直廓線中，高原和盆地的模擬結(jié)果都與實(shí)況探空站的變化趨勢一致。

（2）模擬結(jié)果中500hPa高度場上高原表現(xiàn)為584線的提前西伸、西伸幅度偏大和在西藏中部形成兩個(gè)小低壓，而盆地表現(xiàn)為模擬中心氣壓強(qiáng)度偏弱和范圍偏大。500hPa流場上，高原表現(xiàn)為在各時(shí)刻冷、暖空氣匯合帶偏移致使模擬降水中心偏差，而盆地表現(xiàn)為水汽輸送路徑的差異致使出現(xiàn)降水中心偏差；溫度和水汽模擬的垂直廓線中，高原的平均誤差小于盆地。

參考文獻(xiàn)

[1]魏建蘇，陳鵬，孫燕，等.WRF模式對江蘇一次強(qiáng)降水過程的模擬分析[J].大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34（2）：232-238.

[2]宋雯雯，李國平.一次高原低渦過程的數(shù)值模擬與結(jié)構(gòu)特征分析[J].高原氣象，2011，30（2）：267-276.

[3]袁有林，楊秀洪，楊必華，等.不同初始場及其擾動對WRF模式暴雨的影響[J].沙漠與綠洲氣象，2017，11（1）：67-75.

（責(zé)編：張宏民）endprint