利用WRF模式實現風切變要素的模擬與驗證

王凱 李靜 達布希拉圖

（內蒙古氣象科學研究所，內蒙古 呼和浩特 010051）

利用WRF模式實現風切變要素的模擬與驗證

王凱 李靜 達布希拉圖

（內蒙古氣象科學研究所，內蒙古 呼和浩特 010051）

本文主要探討了利用中尺度數值預報模式開展風切變要素的數值預報方法，采用對垂直風切變和水平風切變以不同權重相加得到風切變指數的預報算法，分析了模式格點對風切變強度變化的影響，利用中尺度WRF數值模式實現了風切變要素的模擬與驗證，使得定量化的風切變預報方法得到了發展。結果表明：中尺度WRF數值模式對風切變的時空分布具有一定得預報能力，但模式的預報檢驗以及模式的預報精度還有待提高，定量化的氣象要素預報將成為航空氣象服務的發展趨勢。

航空氣象；風切變；中尺度數值模式

1 引言

風切變是一種大氣現象，指風向和風速在空中水平或垂直距離上的變化。風切變是導致飛行事故的重要因素，特別是低空風切變對飛機起飛和著陸安全威脅巨大，不僅能使飛機航跡偏離，而且會破壞飛機的穩定性。目前我國針對風切變的預報，一方面依賴于預報員的經驗預報［1-3］，另一方面來自飛行員的實際感受，預報結果基本都是定性的判斷，而不是定量化預報結果。國內對于風切變要素對航空飛行的影響的研究還比較薄弱［4-8］，尚缺乏不同條件下的經驗參數方法和臨界值判斷標準。近年來，隨著觀測技術的不斷完善和觀測資料的同化處理［9］，各種數值預報模式得到了長足的發展，其預報準確率的逐步提高，各類數值預報產品越來越多的應用在在航空氣象的預報中。翟菁等［10］航空氣象要素預報算法和個例研究，對風切變指數采用對垂直風切變和水平風切變以不同權重相加得到風切變指數的預報算法，實現了基于中尺度數值模式MM5產品的風切變的航空氣象要素的預報。李紅金等［11］直升機飛行危險天氣區數值建模方法研究，探討了直升機飛行氣象要素和危險天氣區--強風切變區的數值建模方法，形成了適用于直升機飛行訓練仿真的危險天氣數據模型。本文基于中尺度數值模式WRF產品，實現了風切變要素的預報與驗證，并對風切變天氣過程的模式預報結果與實際天氣進行了驗證，以此說明中尺度WRF數值模式實現風切變要素的預報能力。

2 中尺度數值模式WRF設計

本文所采用的模式為WRF的中尺度數值模式產品，以NCEP資料模式產品為初始場。模式采用三層嵌套，第一層分辨率為27km，涵蓋內蒙古全區；第二層分辨率為9km，主要覆蓋內蒙古中東部地區；第三層分辨率為3km，模擬區域為烏海機場附近。

3 風切變要素算法

根據預報員的習慣，將所算得的風切變數值轉換為風切變等級，主要分為五個等級，并給出不同等級風切變強度變化對飛行的影響，見表1。

表1 風切變要素強度及其對航空影響

4 風切變要素個例驗證

根據實際情況下出現大風天氣時，對WRF模式模擬結果進行分析，給出內蒙古烏海機場附近一出風切變數值模擬結果。

2013年5月14日內蒙古自治區烏海機場出現了一次嚴重的風切變事件，全天機場飛行管制區域內伴有風切變及顛簸。當日天氣實況為上午07：40為西風，平均風速12m/s，13：00 轉為西北風，17：30又轉為西風，平均風速17m/s，此后大風伴隨風切變的天氣一直維持到傍晚才結束。早起08：00，由圖1WRF模式模擬2013年5月14日08時500，700，850，925hpa全區風切變分布看出，高層風切變強度較弱，范圍也比較小；低層風切變強度較大，可達一級以上風切變，影響范圍可覆蓋全區。圖2給出了2013年5月14日08時500和700hpa烏海風切變分布情況，可以看出，烏海機場風切變模擬結果能達到1級風切變以上，局部地區較強，與實際情況較符。針對風切變的發生情況，WRF模式預報的風切變產品具有一定的預報能力。

圖1 2013年5月14日08時500和850hpa全區風切變分布

圖2 2013年5月14日08時500和700hpa烏海風切變分布5 總結

本研究主要是風切變要素模擬的一個初步嘗試，對風切變指數采用對垂直風切變和水平風切變以不同權重相加得到風切邊指數的預報算法，并對風切變的模擬結果進行了驗證。結果表明，基于中尺度大氣數值模式WRF的高分辨率模擬結果，對風切變的時空分布具有一定的預報能力，開展模式預報將是開展航空氣象強有力的技術手段，也是提高航空氣象服務的基礎。同時由于實際風切變不僅空間尺度小、存在時間短、變化大，而且風切變高度低，預報以臨近預報為主。因此利用WRF中尺度模式的風切變預報能力還存在許多不足，一方面，需要預報效果的長期積累來做一些統計；另一方面，中尺度數值模式對天氣過程的精細化程度還有待提高。

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王凱（1987.2-） ，男， 碩士， 助理工程師， 研究方向：人工影響天氣。

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1003-5168（2015）11-074-02