基于WRF模式不同分辨率湖南強(qiáng)降水研究

張湘玲+高益+張湘華

摘要 利用WRF模式設(shè)計(jì)3種不同分辨率試驗(yàn)方案研究不同分辨率下湖南強(qiáng)降水預(yù)報(bào)效果，結(jié)果表明：兩層嵌套分辨率為90、30 km時(shí)，對(duì)強(qiáng)降水預(yù)報(bào)效果最差；分辨率為36、12 km時(shí)，24 h模擬的大暴雨中心和實(shí)況一致，48 h模擬出了雨帶的東移，但是范圍較實(shí)況縮小很多；采用120、40 km分辨率時(shí)，24、48 h雨區(qū)和雨帶位置一致，模擬結(jié)果基本不可信。

關(guān)鍵詞 WRF模式；不同分辨率；強(qiáng)降水；湖南省

中圖分類號(hào) P426 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2015）14-0211-02

Study on Serious Rain of Hunan Based on the WRF Model Different Resolution

ZHANG Xiang-Ling 1 GAO Yi 1 ZHANG Xiang-hua 2

（1 Zhuzhou City Bureau of Meteorology in Hunan Province，Zhuzhou Hunan 412003； 2 Xiangxi Prifecture Bureau of Meteorology）

Abstract Using WRF model to design three different test schemes to research strong precipitation forecast effect of hunan under different resolution.The results showed that heavy rain forecast effect was the worst when two layers of nested resolution was 90，30 km，simulation of heavy rain center 24 hours a day and live was consistent when resolution was 36，12 km.，48 hours to simulate the rain belt in the east，but the actual narrowed down a lot，Using 120，40 km resolution，24，48 hours area and stretching position were consistent，the simulation results were not be trusted.

Key words WRF model；different resolution；strong precipitation；Hunan Province

WRF模式是由多所科研機(jī)構(gòu)共同研發(fā)的新一代高分辨率中尺度預(yù)報(bào)模式[1]，它繼承各個(gè)研究機(jī)構(gòu)的最新研究成果，集數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、大氣模擬及數(shù)據(jù)同化于一體，能夠更好地改善對(duì)中尺度天氣的模擬和預(yù)報(bào)[2]，目前主要應(yīng)用于有限區(qū)域的天氣研究和業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)。

湖南自2007年引進(jìn)美國中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)模式WRF（weather research and forecasting model），并投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，從運(yùn)行情況看，模式對(duì)暴雨短期預(yù)報(bào)和強(qiáng)降水臨近預(yù)報(bào)有較好的預(yù)報(bào)能力，具有一定的參考價(jià)值。按照中國氣象局要求，發(fā)展完善精細(xì)化預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)已成為天氣業(yè)務(wù)改革的重點(diǎn)任務(wù)之一，因此，選擇WRF中尺度模式開展不同分辨率下的湖南強(qiáng)降水研究，期望得到分辨率更高、準(zhǔn)確率更高的精細(xì)化預(yù)報(bào)產(chǎn)品。

1 研究方法

1.1 模式簡(jiǎn)介

WRF模式系統(tǒng)為業(yè)務(wù)工作人員和研究人員提供先進(jìn)的物理過程、數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)同化等模塊化的組件，具有可移植、易維護(hù)、可擴(kuò)充、高效率、方便等眾多特性和使用界面友好的特點(diǎn)。

WRF模式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)并行、模塊化的程序界面，在分工計(jì)算時(shí)，具有較高的效率。模式框架被設(shè)計(jì)成一個(gè)完全可壓縮非靜力模式[3]，控制方程組都為通量形式；網(wǎng)格形式采用Arakawa C格點(diǎn)，有利于在重力波速解析中提高準(zhǔn)確性；時(shí)間積分采用3階Runge-Kutta，模擬支持one-way、two-way以及移動(dòng)嵌套模擬；模式有一整套先進(jìn)的物理參數(shù)化方案，包括輻射參數(shù)化、邊界層參數(shù)化、對(duì)流參數(shù)化、次網(wǎng)格渦旋擴(kuò)散以及微物理過程參數(shù)化。由于使用模塊化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化語言（如采用F90及并行計(jì)算），使其具有更為先進(jìn)的數(shù)值計(jì)算和資料同化技術(shù)、多重移動(dòng)網(wǎng)格以及更為完善的物理過程（尤其是對(duì)流和中尺度降水過程）。WRF模式將成為改進(jìn)從小尺度到綜合尺度等不同尺度重要天氣特征預(yù)報(bào)精確度的工具，使其在天氣預(yù)報(bào)、大氣化學(xué)、區(qū)域氣候、單純對(duì)比研究等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

采用的模式版本為WRF2.2的RUC系統(tǒng)，模式網(wǎng)格設(shè)兩重嵌套，區(qū)域選擇如圖1所示。經(jīng)過多次試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了3個(gè)試驗(yàn)方案，粗網(wǎng)格和細(xì)網(wǎng)格分辨率分別如下：方案1為120、40 km，方案2為90、30 km，方案3為36、12 km。兩重網(wǎng)格都采用BMJ積云對(duì)流參數(shù)化方案，其他物理過程及參數(shù)化方案分別是高率YSU邊界層方案，Goddard短波和RRTM長(zhǎng)波輻案，Lin微物理過程，Noah陸面過程。模式從2011年6月8日0：00開始積分，共積分72 h，積分步長(zhǎng)分別為720、540、216，每1 h輸出1次結(jié)果，垂直分層為28層，使用NCEP/NCAR的1X1°資料作為模式初始場(chǎng)和邊界條件。

BMJ方案是對(duì)Betts-Miller方案進(jìn)行了調(diào)整，其最初的基本思想是：在對(duì)流區(qū)存在著特征溫濕結(jié)當(dāng)判斷有對(duì)流活動(dòng)時(shí)，對(duì)流調(diào)整使得大氣的溫濕結(jié)構(gòu)得以調(diào)整，調(diào)整速度和特征結(jié)構(gòu)的具體形式可大量試驗(yàn)得出。分別考慮深對(duì)流和淺對(duì)流過程的作用并采用虛濕絕熱線，即根據(jù)觀測(cè)試驗(yàn)修正的濕絕熱線參數(shù)調(diào)整溫濕場(chǎng)的參考廓線，該積云對(duì)流方案確保式中收到對(duì)流強(qiáng)烈影響的局地垂直溫濕結(jié)構(gòu)是逼真新方案中深對(duì)流特征廓線及松弛時(shí)間隨積云效率變化，積云效率取決于云中熵的變化、降水及平均溫度；淺對(duì)流水汽特征廓線中熵的變化較小且為非負(fù)值[4]。endprint