摘要運(yùn)用WRFV3.3模式通過(guò)設(shè)定模擬區(qū)域、兩重嵌套網(wǎng)格以及針對(duì)各種物理過(guò)程選用參數(shù)化方案等，對(duì)青海東部地區(qū)2007年8月26～27日發(fā)生過(guò)的一次大暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬研究，并與實(shí)測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)WRFV3.3模式在青海地區(qū)的模擬效果進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明，從降水量的模擬結(jié)果來(lái)看，模式對(duì)于微物理過(guò)程和積云參數(shù)化方案敏感，對(duì)陸面過(guò)程、長(zhǎng)波輻射、短波輻射、近地面層和邊界層方案不敏感；對(duì)2007年8月26日青海東部地區(qū)暴雨過(guò)程的模擬結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，西寧、化隆、尖扎、清水河、黃南各站的12 h降水量平均誤差分別為-86.5、-75.5、-71.0、-14.0、-100.5 mm；降水落區(qū)面積偏大；積分時(shí)間為0～12、12～24、 24～36、36～48 h的模擬值和觀測(cè)值相關(guān)系數(shù)分別為0.66、0.57、0.60、0.51，平均相關(guān)系數(shù)0.58。

關(guān)鍵詞WRF；青海東部地區(qū)；暴雨；數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)S161；P422文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）21-07133-03

Numerical Simulation of Rainstorm in Eastern Qinghai by WRF

ZHANG Haihong et al （Qinghai Institute of Meteorological Science， Xining， Qinghai 810001）

AbstractUsing WRFV3.3 to set area with 2 nested grids and choosing all kinds of parameterized methods， a rainstorm during Aug 26-27， 2007 in eastern Qinghai was simulated and analyzed with observed data and the effect of WRFV3.3 used in Qinghai was estimated. The results show that WRFV3.3 was sensitive with microphysics process and cumulus parameterization but not sensitive with land surface process， longwave radiation， shortwave radiation， ground layer and boundary layer parameterization based on precipitation. The average errors of 12 hours precipitation in Xining， Hualong， Jianzha， Qingshuihe and Huangnan were -86.5， -75.5， -71.0， -14.0， -100.5 mm. The precipitation area was vaster. The correlation coefficients of 0-12， 12-24， 24-36， 36-48 are 0.66， 0.57， 0.60， 0.51 and average correlation coefficient was 0.58.

Key words WRF； Eastern Qinghai； Rainstorm； Numerical simulation

基金項(xiàng)目國(guó)家科技支撐計(jì)劃子課題（2012BAC09B05）。

作者簡(jiǎn)介張海宏（1984-），男，青海西寧人，助理級(jí)工程師，碩士，從事青藏高原地區(qū)大氣數(shù)值模擬研究。

收稿日期20140623數(shù)值模式目前已成為研究大氣運(yùn)動(dòng)過(guò)程的一種重要工具。當(dāng)前國(guó)內(nèi)利用數(shù)值模式進(jìn)行的研究主要針對(duì)各種典型天氣過(guò)程的模擬和分析[1-4]、空氣污染物擴(kuò)散方面的應(yīng)用[5-8]以及對(duì)城市邊界層效應(yīng)的模擬和研究[9-11]。青藏高原位于歐亞大陸的中南部，平均海拔高達(dá)4 000 m以上。高原在地勢(shì)上的巨大隆起產(chǎn)生的動(dòng)力及熱力作用不僅在很大程度上控制著青藏高原及鄰近地區(qū)的天氣氣候，且高原地區(qū)大范圍的熱力異常及地氣物理過(guò)程對(duì)全球氣候異常與東亞大氣環(huán)流及中國(guó)災(zāi)害性天氣的發(fā)生、發(fā)展均有重大的影響[12-13]。2007年8月26～27日，青海東部地區(qū)發(fā)生了一次較大規(guī)模的降水過(guò)程，西寧、化隆、尖扎、清水河、黃南有不同程度的中到大雨發(fā)生，部分地區(qū)24 h降雨量超過(guò)40 mm，此次降雨過(guò)程伴隨著高原低渦的東移，來(lái)自孟加拉灣的濕潤(rùn)氣流和祁連山北麓的干冷氣流在青海東部地區(qū)上空相遇，形成了一次較大規(guī)模的降水。筆者采用Advanced Research WRFV3.3模式對(duì)此次暴雨過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬研究。

1資料與方法

1.1WRF模式簡(jiǎn)介WRF（Weather Research and Forecasting Model）是目前國(guó)際上較為先進(jìn)的中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式，由美國(guó)國(guó)家大氣研究中心（NCAR）、國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）聯(lián)合其他幾所大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)，在整合了過(guò)去的各種模式的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)，為完全可壓縮非靜力模式，水平方向采用Arakawa C網(wǎng)格點(diǎn)，垂直方向采用地形跟隨質(zhì)量坐標(biāo)，積分計(jì)算時(shí)采用三階或四階Runge-Kunta算法。其主要原理為根據(jù)大氣運(yùn)動(dòng)所遵循的物理規(guī)律構(gòu)建大氣運(yùn)動(dòng)基本方程組，將各個(gè)偏微分方程差分化后利用計(jì)算機(jī)程序去實(shí)現(xiàn)，在給定了初始條件、邊界條件的情況下，可以積分計(jì)算出各物理量（風(fēng)速，氣壓，溫度，濕度等）在各時(shí)次的數(shù)值解，從而預(yù)報(bào)出未來(lái)時(shí)刻的大氣狀態(tài)。

1.2 數(shù)值試驗(yàn)設(shè)計(jì)筆者將WRFV3.3模式用于青海省數(shù)值天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域，通過(guò)設(shè)定模擬區(qū)域、兩重嵌套網(wǎng)格對(duì)青海東部地區(qū)2007年8月26日發(fā)生過(guò)的一次大暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬研究。外層區(qū)域的范圍包括了整個(gè)青藏高原地區(qū)，范圍3 030 km×1 530 km，網(wǎng)格設(shè)置為102×52，網(wǎng)格間距30 km；內(nèi)層區(qū)域的范圍包括了青海省地區(qū)，范圍1 200 km×720 km，網(wǎng)格設(shè)置為121×73，網(wǎng)格間距10 km（圖1）。初始場(chǎng)采用美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心1°×1° NCEP再分析資料，模擬起訖時(shí)間為2007年8月25日12：00～28日12：00，在對(duì)2007年8月26日青海東部地區(qū)暴雨過(guò)程進(jìn)行了數(shù)圖1 模擬區(qū)域的范圍值模擬的過(guò)程中，針對(duì)各種物理過(guò)程的參數(shù)化方案等分別選取微物理過(guò)程Lin（水汽、雨、雪、云水、冰雹）方案、陸面過(guò)程熱量擴(kuò)散方案、長(zhǎng)波輻射rrtm方案、短波輻射Dudhia方案、近地面層MYJ Monin-Obukhov方案、邊界層TKE湍流動(dòng)能方案、積云參數(shù)化Betts-Miller-Janjic方案。

2結(jié)果與分析

2.1 天氣系統(tǒng)的模擬從2007年8月26～27日青藏高原上空500 hPa溫度場(chǎng)、高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的演變情況（圖2）可以看出，2007年8月26日上午青藏高原西部地區(qū)有一個(gè)低渦逐步發(fā)展變化并向東移動(dòng)，自西藏中部逐漸移動(dòng)至青海南部，27日上午移至四川西部，在高原低渦東移的過(guò)程中，來(lái)自孟加拉灣的濕潤(rùn)水汽和來(lái)自祁連山區(qū)北麓的干冷氣流相遇，在青海東部地區(qū)形成了降水有利條件。注：a～j依次為25日12：00、18：00、26日00：00、06：00、12：00、18：00、27日00：00、06：00、12：00、18：00。比分析，對(duì)WRFV3.3模式在青海地區(qū)的模擬效果進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明，從降水量的模擬結(jié)果來(lái)看，模式對(duì)于微物理過(guò)程和積云參數(shù)化方案敏感，對(duì)陸面過(guò)程、長(zhǎng)波輻射、短波輻射、近地面層和邊界層方案不敏感；從WRFV3.3模式對(duì)青海東部地區(qū)2007年8月26～27日大暴雨天氣過(guò)程的模擬效果來(lái)看，西寧、化隆、尖扎、清水河、黃南各站的12 h降水量平均誤差分別為-86.5、-75.5、-71.0、-14.0、-100.5 mm，模式輸出的降雨量場(chǎng)降水落區(qū)面積偏大；積分時(shí)間為0～12、12～24、24～36、36～48 h的模擬值和觀測(cè)值相關(guān)系數(shù)分別為0.66、0.57、0.60、0.51，各時(shí)次平均相關(guān)系數(shù)0.58。

參考文獻(xiàn)

[1] 張新榮，張鐵軍，陶健紅，等.利用MM5模式對(duì)河西暴雪的數(shù)值模擬分析[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2010（1）：53-60.

[2] 朱慶亮，江灝，王可麗，等.WRF模式物理過(guò)程參數(shù)化方案對(duì)黑河流域降水模擬的影響[J].干旱區(qū)研究， 2013，30（3）：462-469.

[3] 鄭祚芳，張秀麗.邊界層急流與北京局地強(qiáng)降水關(guān)系的數(shù)值研究[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，2007， 30（4）：457-462.

[4] 王培，沈新勇，高守亭.一次東北冷渦過(guò)程的數(shù)值模擬與降水分析[J].大氣科學(xué)， 2012，36（1）：130-144.

[5] 陳德輝，胡志晉，徐大海，等.CAMS大氣數(shù)值預(yù)報(bào)模式系統(tǒng)研究[M].北京：氣象出版社，2004：35-66.

[6] 尚可政，達(dá)存營(yíng)，付有智，等.蘭州城區(qū)穩(wěn)定能量及其與空氣污染的關(guān)系[J].高原氣象， 2001， 20（1）：76-81.

[7] 呂夢(mèng)瑤，劉紅年，張寧，等.南京市灰霾影響因子的數(shù)值模擬[J].高原氣象， 2011， 30（4）：929-941.

[8] 馬明亮，申紅艷，張加昆，等.西寧地區(qū)污染氣象條件的數(shù)值模擬研究[J].高原氣象， 2013， 32（6）：1765-1773.

[9] 繆國(guó)軍，張鐳，舒紅.利用WRF對(duì)蘭州冬季大氣邊界層的數(shù)值模擬[J].氣象科學(xué)， 2007，27（2）：169-175.

[10] 鄭飛，張鐳，朱江，等.復(fù)雜地形城市冬季邊界層氣溶膠擴(kuò)散和分布模擬[J].高原氣象， 2007，26（3）：532-540.

[11] 張強(qiáng)，胡隱櫵，趙鳴.綠洲與荒漠相互影響下大氣邊界層特征的模擬[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào)，1998， 21（1）：104-113.

[12] YE D Z， GAO Y X.Tibetan Plateau meteorology[M].Beijing：Science Press，1979：89-101.

[13] TAO S Y，CHEN L S，XU X D，et al.The researching advance of the second atmospheric experiment over the Tibetan Plateau（I）[M].Beijing：Science Press，1999.

圖22007年8月25～27日500 hPa風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)、高度場(chǎng)2.2降雨量的模擬從2007年8月26～27日青海省地區(qū)地面降雨量場(chǎng)的演變情況（圖3）可以看出，26日上午青海省東北部地區(qū)祁連山區(qū)逐步出現(xiàn)降雨，此后降雨范圍逐步擴(kuò)大，青海湖流域、海北、海東和海南各地均有降水出現(xiàn)；26日下午降雨范圍達(dá)到最大，青海湖流域和海南6 h累積降雨量達(dá)35 mm；26日晚間降雨量范圍有所擴(kuò)大，降雨強(qiáng)度逐漸降低；27日上午降雨范圍縮小，降雨強(qiáng)度降低，下午降雨范圍再次擴(kuò)大，降雨量最大地區(qū)出現(xiàn)在海南。

對(duì)青海東部地區(qū)2007年8月26～27日大暴雨天氣過(guò)程運(yùn)用WRFV3.3的模擬效果進(jìn)行評(píng)估，分析了12 h降水量模擬結(jié)果誤差及平均誤差，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（表1），西寧、化隆、尖扎、清水河、黃南各站的12 h降水量平均誤差分別為-86.5、-75.5、-71.0、-14.0、-100.5 mm，模式輸出的降雨量場(chǎng)降水落區(qū)面積偏大；積分時(shí)間為0～12、12～24、24～36、36～48 h的模擬值和觀測(cè)值相關(guān)系數(shù)分別為0.66、0.57、0.60、051，各時(shí)次平均相關(guān)系數(shù)0.58。

42卷21期張海宏等WRF模式對(duì)青海東部地區(qū)暴雨過(guò)程的數(shù)值模擬3結(jié)論與討論

將WRFV3.3模式用于青海省數(shù)值天氣預(yù)報(bào)領(lǐng)域，通過(guò)設(shè)定模擬區(qū)域、兩重嵌套網(wǎng)格以及針對(duì)各種物理過(guò)程選用參數(shù)化方案等，對(duì)青海東部地區(qū)2007年8月26日發(fā)生過(guò)的一次大暴雨天氣過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬研究，并與實(shí)測(cè)資料進(jìn)行對(duì)