貴州典型暴雨地形影響的數值模擬

吉廷艷 彭芳 周后福 夏曉玲

摘要以2011年6月5～6日貴州山地暴雨為例，采用中尺度數值模式WRF對貴州省典型的山地暴雨進行數值模擬，分析山地地形對暴雨環流的影響。結果表明，地形對500 hPa的風場盡管沒有改變大的分布格局，但發現地形未處理時的分布相對復雜；在700 hPa層次上，去除地形影響時擾動更加明顯；當消除地形后，南北氣流交換更加明顯，移動速度更快；未處理地形情況下的濕度分布更為復雜，西部地區有大量的高值中心；西部地勢高，未處理地形時對天氣系統的影響比較大。可見，地形未處理時環流系統的分布比消除地形時相對復雜。

關鍵詞山地暴雨；WRF模擬；地形影響；貴州

中圖分類號P333文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）01-00176-03

基金項目貴州省科學技術基金（黔科合J字[2011]2147號）；公益性行業（氣象）科研專項（GYHY201306059）。

作者簡介吉廷艷（1965- ），女，貴州普安人，高級工程師，從事氣象預報業務研究，Email：tttt2220@sina.com。*通訊作者，高級工程師，碩士，從事強對流天氣研究，Email：zhf_ahqx@163.com。

收稿日期20131209對暴雨的研究一直是氣象工作者的重要課題之一，關于貴州山地暴雨方面也有過較多研究[1-2]。但由于貴州地處低緯山區，呈現西高東低的地形分布，特殊的地形地理因素使得暴雨的形成機理尤其復雜，針對貴州地形影響暴雨的模擬研究尚不多見。地形的迎風坡一般具有動力及屏障作用，可以使氣流繞地形流動和被迫爬升，且暖濕氣流容易在中尺度地形迎風坡造成氣旋性輻合[3-4]。林之光在前人研究工作的基礎上，系統總結了地形對降水的加強作用，指出山脈迎風降水和背風雨影是濕氣流對山脈地形響應所產生的地形降水的基本特征，降水在山脈迎風坡加強而在背風面大大減少是山脈地形對大氣中的水汽輸送和降水分布發生作用的主要表現形式[5]。劉衛國等分析指出，地形的強迫抬升作用在很大程度上改變了地形云降水的特征，特別是迎風坡面地形抬升使云的發展增強，對流強度增強[6-7]。鄭慶林等研究指出，大尺度的青藏高原地形的繞流輻合作用以及秦嶺—大巴山地區的迎風坡強迫抬升作用，均對降水產生增強作用[8]。筆者以2011年6月5～6日貴州山地暴雨為例，采用中尺度數值模式WRF對貴州省典型的山地暴雨進行數值模擬，分析山地地形對暴雨環流的影響。

1資料與方法

利用中尺度數值模式WRF模擬2011年6月5～6日的貴州山地暴雨，研究地形對暴雨的影響情況。由于這次暴雨為全省性的大范圍強降水，故山地暴雨過程非常典型。根據貴州省的經緯度分布，選取的經緯度范圍為105.1°E、24.99°N～109.4°E、28.5°N，模式模擬時間從6月4日14：00開始。在進行數值模擬時涉及到模式參數和地形處理方案的確定。

模式參數選用WRF 3.2版本進行模擬，采用2層嵌套方式來實施。第1層網格為100×78格點，第2層為133×118格點；垂直層次為地面向上27層，地面以下4層；第1層格距為15 km，第2層為5 km；微物理方案第1和第2層分別為WSM 3級簡單冰相方案和WSM6冰雹方案。地形處理方案選定強降水為中心的矩形范圍，求取該范圍內的地形平均高度，若在該范圍內的地形高度高于平均值，則將地形降低為該平均值，為此消除地形影響的情況；未處理地形則是按照實際地形來實施，未加處理。

2結果與分析

2.1實例實際降雨概況6月5～6日貴州全省均有降雨，強降水中心為東北—西南向，以中部及東北部降雨較強，局地降水超過100 mm，安順、貴陽、黔東南、遵義等地11站暴雨，1站大暴雨（圖1）；5日上午黔東南和銅仁降雨較強，下

2.2環境背景場模擬分析

2.2.1500 hPa風場模擬。6月4日14：00 500 hPa高度上風場一致為偏西風，20：00開始中部出現擾動，并不斷加強（圖2a），到5日02：00擾動發展到最強，在中部兩邊分別發展為2個渦旋（圖2b），隨后渦旋快速東移，到11：00渦旋基本移出貴州；5日白天繼續維持偏西氣流，到6日02：00西南部又出現擾動，隨后擾動發展東移，到6日08：00發展到最強，14：00移出貴州。對比地形處理前后500 hPa風場可以發現，地形對500 hPa的風場盡管沒有改變大的分布格局，但地形未處理時的分布相對復雜。其中圖2a1圓圈中的風向切變比圖2a2大，圖2b1方框中的風向切變比圖2b2的大。

2.2.2700 hPa風場模擬。在700 hPa層面上，西部地形較注：a1、b1為未處理地形；a2、b2為消去地形影響。

2.3相對濕度模擬分析在700 hPa相對濕度圖上，全省的濕度均較高，濕度高值中心在貴州的中部一線。以4日23：00來比較，整個貴州范圍濕度均在80%以上，去除地形前后的濕度分布在中部一帶有帶狀分布，但也存在一定的差異，主要表現在未處理地形時的濕度分布更為復雜。未處理地形情況下，中小尺度的高值中心較多，尤其在西部地區有大量的高值中心；在中部一線均有分布，分布不均勻。消除地形后的情況下，高值中心明顯減少，濕度分布相對比較均勻，尤其是西部地區，可見地形阻礙了濕度的均勻化分布。地形使得濕度的水平分布不均勻，導致降水分布差異明顯，也引起局地強降水的發生。

3結論

（1）地形對高層（500 hPa）的風場影響不大，消除地形不能夠改變高層天氣要素的變化。地形對500 hPa的風場盡管沒有改變大的分布格局，但地形未處理時的分布相對復雜。在700 hPa層次上，去除地形影響時擾動更加明顯；當消除地形后，南北氣流交換更加明顯，移動速度更快。

（2）未處理地形情況下的濕度分布更為復雜，西部地區有大量的高值中心。

（3）西部山脈眾多，地勢高，地形對天氣系統的影響比較大；東部地勢較低，地形對天氣系統的影響比較小。

參考文獻

[1] 池再香，白慧，黃紅，等.夏季黔東南州局地暴雨與西太副高環流的關系[J].高原氣象，2008，27（1）：176-182.

[2] 李登文，楊靜，喬琪.2006-06-13貴州省望謨縣大暴雨的診斷分析[J].南京氣象學院學報，2008，31（4）：511-519.

[3] 臧增亮，張銘，沈洪衛，等.江淮地區中尺度地形對一次梅雨鋒暴雨的敏感性試驗[J].氣象科學，2004，24（1）：26-34.

[4] 朱民，余志豪，陸漢城.中尺度地形背風坡的作用及其應用[J].氣象學報，1999，57（6）：795-804.

[5] 林之光.地形降水氣候學[M].北京：科學出版社，1995：96-105.

[6] 劉衛國，劉奇俊.祁連山夏季地形的結構和云微物理過程的模擬研究（I）：模式云物理方案和地形云結構[J].高原氣象，2007，26（1）：1-15.

[7] 劉衛國，劉奇俊.祁連山夏季地形的結構和云微物理過程的模擬研究（II）：云微物理過程和地形影響[J].高原氣象，2007，26（1）：16-29.

[8] 鄭慶林，王必正，宋青麗.青藏高原背風坡地形對西南渦過程影響的數值試驗[J].高原氣象，1997，16（3）：225-234.