WRF模式對(duì)2013年7月四川盆地一次暴雨過(guò)程的數(shù)值模擬

潘品言 徐強(qiáng) 湯啟友 陳薇 柏靈 李春忱 賴易 昊男

摘 要：為了更好的研究2013年7月8日—10日四川盆地一次暴雨過(guò)程，利用WRF模式對(duì)本次強(qiáng)對(duì)流天氣的中尺度天氣系統(tǒng)與大尺度環(huán)流形勢(shì)及強(qiáng)降水的分布空間進(jìn)行模擬，分析發(fā)現(xiàn)，此次暴雨過(guò)程中的水汽來(lái)自孟加拉灣及南海的暖濕空氣和四川盆地以東地帶的東南氣流，龍門山脈地形的阻擋作用為暴雨過(guò)程提供了充足的水汽積累，低層低壓氣流輻合，近地面高溫以及強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)使得暴雨過(guò)程能夠持續(xù)進(jìn)行。模擬結(jié)果與觀測(cè)事實(shí)基本一致，因此，WRF模式可作為研究暴雨過(guò)程的有效方法。

關(guān)鍵詞：暴雨；強(qiáng)對(duì)流天氣；數(shù)值模擬

位于長(zhǎng)江中上游地區(qū)的四川盆地是中國(guó)暴雨的多發(fā)地區(qū)之一，造成盆地夏季暴雨天氣的影響系統(tǒng)受到其復(fù)雜的地形條件和所處青藏高原東側(cè)的特殊地理位置影響而變得較為復(fù)雜。暴雨天氣對(duì)人類生產(chǎn)生活和國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著重要影響，因此，對(duì)四川盆地暴雨過(guò)程的研究一直是國(guó)內(nèi)氣象學(xué)者的研究重點(diǎn)。

數(shù)值模擬是根據(jù)大氣的運(yùn)動(dòng)方程組，在一定初始條件和邊界條件下，通過(guò)數(shù)值計(jì)算，用計(jì)算機(jī)求解描寫天氣演變過(guò)程的大氣運(yùn)動(dòng)方程組，得到未來(lái)天氣狀況和大氣運(yùn)動(dòng)變化狀態(tài)的方法。

中尺度天氣預(yù)報(bào)模式（Weather Research Forecast ，WRF）是由美國(guó)多個(gè)研究部門及大學(xué)的科學(xué)家共同參與開(kāi)發(fā)研究的新一代中尺度預(yù)報(bào)模式和同化系統(tǒng)， 集科研與業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)于一體， 給理想化的動(dòng)力學(xué)研究、業(yè)務(wù)天氣預(yù)報(bào)及區(qū)域氣候模擬、空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)提供了公用的模式框架， 系統(tǒng)將成為改進(jìn)從云尺度到天氣尺度等不同尺度重要天氣特征預(yù)報(bào)精度的工具。

2013年7月7日晚，孟加拉灣和南海的水汽形成的東南低空急流抵達(dá)四川盆地，龍門山脈山地地形對(duì)氣流起到抬升作用，促進(jìn)空氣垂直運(yùn)動(dòng)，而高空溫度低，地面溫度高，水汽凝結(jié)在空中形成雨。副熱帶高氣壓穩(wěn)定在川東一帶，因此，處于龍門山一帶的廣元、成都、綿陽(yáng)、德陽(yáng)、雅安等地暴雨不斷。

1 資料和方法

對(duì)本次四川盆地暴雨過(guò)程研究所用的資料為NCEP FNL（National Center for Environmental Prediction， global final analysis）全球1°X1°再分析資料（時(shí)間分辨率為6h），數(shù)據(jù)從1000hPa到10hPa ， 共26 層， 所提供的資料包括：地表氣壓， 海平面氣壓， 位勢(shì)高度， 溫度， 海表面溫度， 土壤值， 冰面覆蓋， 相對(duì)濕度， u、v 風(fēng)場(chǎng)， 垂直運(yùn)動(dòng)， 渦度和臭氧， 主要用于模擬本次暴雨天氣過(guò)程。

2 模擬方案設(shè)計(jì)

為進(jìn)一步探討此次暴雨過(guò)程的物理機(jī)制， 用WRF模式對(duì)此進(jìn)行了模擬。模式的初始條件和側(cè)邊界條件均采用NCEP每6h一次的全球再分析資料（FNL資料），積分區(qū)域中心經(jīng)緯度為東經(jīng)105°，北緯32°，投影方式為墨卡托投影。采用伴有兩個(gè)輸入文件的雙向嵌套， 利用氣象和地形場(chǎng)資料數(shù)據(jù)作為嵌套區(qū)域的輸入資料， 高分辨率地形場(chǎng)對(duì)嵌套區(qū)域有益；缺點(diǎn)是嵌套區(qū)域必須和母域同時(shí)開(kāi)始積分。

3 模擬結(jié)果

3.1 比濕分布

根據(jù)2013年7月8日08時(shí)（北京時(shí)，下同）的比濕條件顯示，比濕極大值區(qū)域主要沿南北走向，覆蓋綿陽(yáng)、德陽(yáng)、成都、資陽(yáng)、自貢、內(nèi)江等城市部分地區(qū)，位置相對(duì)偏東，比濕值超過(guò)20g/kg，濕度較大，水汽豐富。

3.2 相對(duì)濕度分布及流場(chǎng)

結(jié)合各層相對(duì)濕度分布及流場(chǎng)圖可知，本次暴雨過(guò)程的主要水汽通道主要有兩個(gè)：一是來(lái)自孟加拉灣和南海的暖濕空氣經(jīng)西南氣流進(jìn)入四川盆地，另一條是四川盆地以東地帶向盆地輸送水汽。8日08時(shí)，川東南地區(qū)沿龍門山脈一帶850hPa相對(duì)濕度可達(dá)85%，部分地區(qū)超過(guò)95%，充沛的水汽為暴雨過(guò)程的持續(xù)創(chuàng)造了有利的條件。

3.3 地面風(fēng)場(chǎng)與溫度場(chǎng)及海平面氣壓分布

8日20時(shí)，沿著龍門山脈一帶的海平面氣壓梯度較大。105°E，29°N附近為海平面氣壓極小值，中心氣壓值低于992hPa，對(duì)應(yīng)溫度的極大值區(qū)域，最高溫度超過(guò)32℃。較高的溫度使得地面低壓進(jìn)一步加強(qiáng)，進(jìn)而使風(fēng)場(chǎng)輻合加強(qiáng)，有利于對(duì)流的持續(xù)發(fā)展。

3.4 850hPa垂直速度

9日02時(shí)，在成都與雅安接壤地帶的850hPa垂直速度w的值超過(guò)1×10-2m/s，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)促進(jìn)對(duì)流發(fā)展，繼續(xù)為暴雨過(guò)程降水創(chuàng)造條件。

4 實(shí)況對(duì)比

對(duì)比2013年7月8日08時(shí)-9日08時(shí)實(shí)際觀測(cè)和數(shù)值模擬的24小時(shí)降水可知，模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)較為符合，綿陽(yáng)、德陽(yáng)、成都、雅安等地區(qū)大范圍內(nèi)24小時(shí)降水超過(guò)50mm，部分地區(qū)超過(guò)100mm，模擬暴雨區(qū)域與觀測(cè)事實(shí)基本一致，但盆地西北部分地區(qū)降水偏高。

對(duì)比2013年7月9日08時(shí)-10日08時(shí)實(shí)際觀測(cè)和數(shù)值模擬的24小時(shí)降水可知，模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)存在一定偏差，實(shí)際暴雨落區(qū)主要仍集中在德陽(yáng)、成都、雅安等地并呈南北一線走向，模擬結(jié)果暴雨區(qū)域分散在綿陽(yáng)、雅安及阿壩州地區(qū)，且24小時(shí)降水超過(guò)100mm的極大值區(qū)域不一致。易知盆地北部阿壩州一帶存在大量的虛假降水，可能是與地形的因素有關(guān)，導(dǎo)致模式模擬效果不夠理想，希望以后能夠通過(guò)資料的同化改善模擬效果。

5 結(jié)論

通過(guò)WRF中尺寸數(shù)值模式模擬了2013年7月8日—10日四川盆地的一次暴雨過(guò)程，得到以下結(jié)論：1）在本次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程的數(shù)值試驗(yàn)中，對(duì)中尺度天氣系統(tǒng)與大尺度環(huán)流形勢(shì)及強(qiáng)降水的分布空間的模擬較為成功，結(jié)果與事實(shí)基本符合。2）根據(jù)模擬結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，來(lái)自孟加拉灣及南海的暖濕空氣和四川盆地以東地帶的東南氣流不斷向盆地輸送水汽，地形的阻擋作用為暴雨過(guò)程提供了充足的水汽積累，沿強(qiáng)降水地帶的海平面氣壓梯度較高，氣流輻合強(qiáng)度大，近地面高溫以及強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)成為暴雨持續(xù)進(jìn)行的必要條件。本次強(qiáng)對(duì)流天氣過(guò)程對(duì)四川盆地沿龍門山脈一帶地區(qū)造成了大量降水，局部地區(qū)24小時(shí)累積降水量超過(guò)100mm。3）通過(guò)WRF模式可以模擬暴雨發(fā)生的天氣系統(tǒng)和環(huán)流形勢(shì)，是對(duì)暴雨研究的一種有效方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 余卓晟.成都“2008 .9 .24”暴雨的中尺度數(shù)值模擬.成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2012.

作者簡(jiǎn)介：潘品言（1995-），男，四川樂(lè)山人，本科。