遼寧東部地形對降水影響的數(shù)值試驗

吳荷 譚政華 孫越峰

摘要 ? ?利用WRF模式和中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)降水資料對遼寧東部地區(qū)一次暴雨天氣個例進行地形敏感性試驗，分析模式對遼寧東部暴雨模擬與實況的差異，并分析地形的存在對遼寧東部強降水分布特征的影響。結(jié)果表明，WRF模式控制性試驗?zāi)茌^好地模擬出強降水的雨帶分布和降水量級，對強降水中心范圍和落區(qū)模擬能力仍需增強;地形對此次強降水的整體雨量和雨帶分布影響不大，但對強降水中心的數(shù)量和落區(qū)有顯著影響。

關(guān)鍵詞 ? ?地形;降水;數(shù)值模擬;遼寧東部

中圖分類號 ? ?P456 ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2019）23-0196-02 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

遼寧地處東亞季風(fēng)區(qū)，夏季暴雨頻發(fā)，對人民生命安全和農(nóng)業(yè)糧食生產(chǎn)造成不利影響。遼寧地區(qū)地形復(fù)雜，夏季降水不僅在時間上有明顯的變化特征[1]，在空間分布上也存在顯著差異[2]。遼寧夏季年平均降水量由東南向西北遞減[3]，且暴雨、大暴雨日數(shù)空間分布極不均勻。地形是影響降水的重要因素之一[4]，不僅對環(huán)流形勢和大范圍降水有重要影響[5]，在局地降水形成和發(fā)展中也起著重要作用[6-7]。周天軍和錢永甫[8]研究指出，在數(shù)值模式中引入合理的模式地形是改善降水預(yù)報質(zhì)量的有效途徑之一。本文利用WRF模式對遼寧一次暴雨過程進行了地形敏感性試驗，以期了解遼寧東部地形對暴雨強度和落區(qū)的影響，為提高預(yù)報準(zhǔn)確度提供參考依據(jù)。

1 ? ?研究方法

1.1 ? ?天氣背景及降水實況

本文選取的個例是2015年8月3日20：00至4日20：00（北京時）的一次暴雨過程。此次強降水過程主要受西太平洋副熱帶高壓北側(cè)的西南暖濕氣流和高空低渦南側(cè)鋒區(qū)共同影響，遼寧東部地區(qū)出現(xiàn)暴雨到大暴雨過程，其存在1個強降水中心，最大降雨量出現(xiàn)在遼寧省本溪市桓仁縣，雨帶沿遼寧東部山區(qū)迎風(fēng)坡呈東北—西南帶狀分布，雨量分布由西北向東南逐漸增強。

1.2 ? ?試驗方案設(shè)計

本文所用模式是WRF3.7.1，格點數(shù)74×61，中心點在（42°N，125°E），垂直方向50層，水平分辨率：15 km×15 km，積分時間步長為90 s，模式頂高50 hPa，地形精度30 s，邊界條件輸入時間為21 600 s，使用蘭勃特投影，驅(qū)動模式的資料選用NCEP/NCAR提供的1°×1°每日4次的再分析資料作為模式的初始場和側(cè)邊界條件。物理過程參數(shù)化方案包括WSM3微物理方案、RRTM長波輻射方案、Dudhia短波輻射方案（輻射方案時間間隔為15 min）、YSU邊界層方案、淺對流Kain-Fritsch（new Eta）積云參數(shù)化方案（每5 min調(diào)用1次）、Noah陸面參數(shù)化方案，考慮地面熱量和水汽通量。降水?dāng)?shù)據(jù)為中國自動站與CMORPH降水融合產(chǎn)品，來自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)，空間分辨率為0.1°×0.1°，時間分辨率為1 h。敏感性試驗是無地形試驗，將123°E以東地形高度整體去掉，以便突出地形的整體效果。

2 ? ?結(jié)果與分析

圖1（a）和圖1（b）分別是2015年8月3日20：00至4日20：00累積降雨實況和模擬結(jié)果。可以看出，WRF模擬的降雨與實況相似，雨帶沿東北—西南向分布。實況有1個100 mm以上降水中心，位于本溪市桓仁縣為155.4 mm;模擬試驗中的第1個降水中心模擬較好，但降水中心范圍較實況向東北方向延伸，所模擬的降水中心范圍較大。總體來講，WRF描述了本次暴雨的主要特征，結(jié)果比較可靠。

在敏感性試驗中，去掉了長白山地形，將范圍內(nèi)地形高度都降為0 m，以此來觀察當(dāng)遼寧東部地區(qū)地形去掉后，影響降水的主要物理量變化情況，進而分析對遼寧東部降水的強度和落區(qū)的影響。從圖1（c）降水分布特征可以看到，去掉地形后降水雨帶仍然呈現(xiàn)東北—西南向分布，降水中心向東北方向偏移，強降水中心范圍增大。從圖1（d）控制試驗和敏感性試驗降水差值也可以看出，遼寧東部的地形使得遼寧東部降水增多，沿東北方向降水量減少，吉林境內(nèi)強降水中心消失，即去掉地形后，遼寧東部地區(qū)降水減少，沿雨帶東北方向降水增多，強降水中心范圍向東北方向擴大。綜上，遼寧東部地形對整體雨帶分布特征影響不大，對強降水中心數(shù)量和落區(qū)有顯著影響。

3 ? ?結(jié)論與討論

為分析模式對遼寧東部暴雨模擬與實況的差異，研究遼寧東部地形對強降水的影響，本文利用WRF模式通過對一次暴雨過程進行數(shù)值試驗研究，得到了一些有意義的結(jié)論：一是WRF模式控制性試驗?zāi)茌^好地模擬出強降水的雨帶分布和降水量級，對強降水中心范圍和落區(qū)模擬能力仍需增強;二是地形對此次強降水的整體雨量和雨帶分布影響不大，但對強降水中心的數(shù)量和落區(qū)有顯著影響。

應(yīng)當(dāng)指出的是，由于本文對地形的處理過于理想，且只研究了1個暴雨個例，采用了1種模式進行模擬，必然有其局限性，只有在大量試驗的基礎(chǔ)上，對模式中地形處理更加完善，才能更清楚地認(rèn)識地形對暴雨的作用機制，從而提高暴雨的預(yù)報準(zhǔn)確度。

4 ? ?參考文獻

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[2] 孫瑩，萬麗巖，江靜.遼寧降水分區(qū)變化特征及夏季降水影響因子分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報，2008，24（3）：18-23.

[3] 趙春雨，張運福，王穎.遼寧省近44年夏季降水變化及區(qū)域特征分析[J].干旱區(qū)地理，2008，31（1）：56-61.

[4] 崔春光，閔愛榮，胡伯威.中尺度地形對“98·7”鄂東特大暴雨的動力作用[J].氣象學(xué)報，2002，60（5）：602-612.

[5] 閔莉，張志剛，劉文菁，等.區(qū)域氣候模式對地形影響東亞大氣環(huán)流季節(jié)變化的數(shù)值模擬研究[J].氣象科學(xué)，2008，28（2）：155-162.

[6] 廖菲，洪延超，鄭國光.地形對降水的影響研究概述[J].氣象科技，2007，35（3）：309-316.

[7] 林必元，張維恒.地形對降水影響的研究[M].北京：氣象出版社，2001.

[8] 周天軍，錢永甫.地形效應(yīng)影響數(shù)值預(yù)報結(jié)果的試驗研究[J].大氣科學(xué)，1996，20（4）：452-462.