基于MM5模型的大連市氣象場模擬分析研究

宮福強 王迎春 龐 越

(1.大連市環境監測中心，遼寧 大連 116023;2.阜新礦業集團職業病防治院，遼寧 阜新 123000)

長期以來，對中小尺度天氣系統的預報一直很困難［1］，這種中小尺度的系統往往具有突發性、多發性、強度大等特點，靠傳統天氣學手段是難以較好地預報出來［2－3］。因此，開發和建設中尺度數值天氣模式(如MM5)是目前進行中小尺度天氣系統分析和預報的最有效方法之一［4］。運用氣象預報模型MM5 進行氣象場的模擬，對大連市分析研究該區域降水徑流的時空分布和變化規律，將為保護該區域水資源、農業、生態環境和確保南水北調中線工程的順利實施提供科學依據，具有重大意義［5－6］。

1 MM5 模型簡介

MM5 模式具有非靜力動力框架、多層網格嵌套、多種物理過程選項、四維變分、更廣泛的計算機平臺移植等主要功能［7］。MM5 的模擬區域采取Lambert 投影，兩條真緯度分別為北緯25°和北緯40°;為保證邊界氣象場的準確性，MM5 模擬區域比空氣質量模擬區域的水平各邊界多3 個網格［8］;模擬層頂為100mb，垂直分為以下23 個σ 層。地形和地表類型數據采用美國地質調查局的全球數據;客觀分析采用NCEP 的ADP 全球地表和高空觀測資料，進行網格四維數據同化［9－10］。模擬域的物理過程的參數化選擇如下:Kain－Fritsch 的積云參數化方案;Pleim－Xiu 的邊界層及土地表層參數化方案;Reisner 的多相顯式水汽方案;云模式(Cloud－radiation)的輻射參數化方法;及多層土壤模式［11］。

2 氣象場驗證

氣象場的驗證利用大連市5 個氣象觀測站的資料。5 個氣象觀測站分別位于瓦房店、長海、莊河、旅順和大連。觀測資料包括逐時(或每三小時)的溫度、濕度、風速及風向［12］。

(1)溫度驗證:大連市四季溫度差異分明，沿海站點長海的溫度日變化較小。MM5 的模擬結果與觀測吻合較好，相關系數均在0.98 以上。

(2)濕度驗證:大連市的濕度月變化較為明顯，夏季雨水較多，模擬結果整體趨勢較好，相關系數在0.64～0.80 之間，但略有偏低，可能由于模擬空間分辨率不夠所致。

(3)風場驗證:大連市冬季風速較大，沿海站點長海尤為明顯。模擬結果整體上與觀測吻合，相關系數在0.5～0.6。

3 氣象場模擬

通過對溫度、濕度和風場的檢驗表明，模型獲得的模擬氣象場與實際情況符合較好，可以以此為基礎進行空氣質量的模擬。模擬的逐月平均溫場、濕度場和風場結果分別如圖1、2 和3 所示。

圖1 2012年逐月平均模擬溫度場分布

圖2 2012年逐月平均模擬濕度場分布

圖3 2012年逐月平均模擬風場分布

4 結 論

(1)運用MM5 模型模擬的大連市氣象場的結果與大連市5 個氣象觀測站的觀測值相比較，溫度場的MM5的模擬結果與觀測吻合較好;濕度場的MM5 模擬結果整體趨勢較好，相關系數在0.64～0.80 之間，但略有偏低，可能由于模擬空間分辨率不夠所致;風場的MM5 模擬結果整體上與觀測吻合，相關系數在0.5～0.6。(2)通過對溫度、濕度和風場的檢驗表明，通過調整MM5 模型垂直方向的垂直層分布及增加垂直層數，模型獲得的模擬氣象場與實際情況符合較好，可以以MM5 模型進行空氣質量的模擬。(3)通過對大連市氣象場的模擬，對大連氣象預測預報及降水徑流的時空分布和變化規律具有很好的參考價值和應用價值為保護該區域的水資源、農業、生態環境提供科學依據，具有重大意義。

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