WRF模式對2013年7月四川盆地一次暴雨過程的數值模擬

潘品言 徐強 湯啟友 陳薇 柏靈 李春忱 賴易 昊男

摘 要：為了更好的研究2013年7月8日—10日四川盆地一次暴雨過程，利用WRF模式對本次強對流天氣的中尺度天氣系統與大尺度環流形勢及強降水的分布空間進行模擬，分析發現，此次暴雨過程中的水汽來自孟加拉灣及南海的暖濕空氣和四川盆地以東地帶的東南氣流，龍門山脈地形的阻擋作用為暴雨過程提供了充足的水汽積累，低層低壓氣流輻合，近地面高溫以及強烈的上升運動使得暴雨過程能夠持續進行。模擬結果與觀測事實基本一致，因此，WRF模式可作為研究暴雨過程的有效方法。

關鍵詞：暴雨；強對流天氣；數值模擬

位于長江中上游地區的四川盆地是中國暴雨的多發地區之一，造成盆地夏季暴雨天氣的影響系統受到其復雜的地形條件和所處青藏高原東側的特殊地理位置影響而變得較為復雜。暴雨天氣對人類生產生活和國民經濟有著重要影響，因此，對四川盆地暴雨過程的研究一直是國內氣象學者的研究重點。

數值模擬是根據大氣的運動方程組，在一定初始條件和邊界條件下，通過數值計算，用計算機求解描寫天氣演變過程的大氣運動方程組，得到未來天氣狀況和大氣運動變化狀態的方法。

中尺度天氣預報模式（Weather Research Forecast ，WRF）是由美國多個研究部門及大學的科學家共同參與開發研究的新一代中尺度預報模式和同化系統， 集科研與業務預報于一體， 給理想化的動力學研究、業務天氣預報及區域氣候模擬、空氣質量預報提供了公用的模式框架， 系統將成為改進從云尺度到天氣尺度等不同尺度重要天氣特征預報精度的工具。

2013年7月7日晚，孟加拉灣和南海的水汽形成的東南低空急流抵達四川盆地，龍門山脈山地地形對氣流起到抬升作用，促進空氣垂直運動，而高空溫度低，地面溫度高，水汽凝結在空中形成雨。副熱帶高氣壓穩定在川東一帶，因此，處于龍門山一帶的廣元、成都、綿陽、德陽、雅安等地暴雨不斷。

1 資料和方法

對本次四川盆地暴雨過程研究所用的資料為NCEP FNL（National Center for Environmental Prediction， global final analysis）全球1°X1°再分析資料（時間分辨率為6h），數據從1000hPa到10hPa ， 共26 層， 所提供的資料包括：地表氣壓， 海平面氣壓， 位勢高度， 溫度， 海表面溫度， 土壤值， 冰面覆蓋， 相對濕度， u、v 風場， 垂直運動， 渦度和臭氧， 主要用于模擬本次暴雨天氣過程。

2 模擬方案設計

為進一步探討此次暴雨過程的物理機制， 用WRF模式對此進行了模擬。模式的初始條件和側邊界條件均采用NCEP每6h一次的全球再分析資料（FNL資料），積分區域中心經緯度為東經105°，北緯32°，投影方式為墨卡托投影。采用伴有兩個輸入文件的雙向嵌套， 利用氣象和地形場資料數據作為嵌套區域的輸入資料， 高分辨率地形場對嵌套區域有益；缺點是嵌套區域必須和母域同時開始積分。

3 模擬結果

3.1 比濕分布

根據2013年7月8日08時（北京時，下同）的比濕條件顯示，比濕極大值區域主要沿南北走向，覆蓋綿陽、德陽、成都、資陽、自貢、內江等城市部分地區，位置相對偏東，比濕值超過20g/kg，濕度較大，水汽豐富。

3.2 相對濕度分布及流場

結合各層相對濕度分布及流場圖可知，本次暴雨過程的主要水汽通道主要有兩個：一是來自孟加拉灣和南海的暖濕空氣經西南氣流進入四川盆地，另一條是四川盆地以東地帶向盆地輸送水汽。8日08時，川東南地區沿龍門山脈一帶850hPa相對濕度可達85%，部分地區超過95%，充沛的水汽為暴雨過程的持續創造了有利的條件。

3.3 地面風場與溫度場及海平面氣壓分布

8日20時，沿著龍門山脈一帶的海平面氣壓梯度較大。105°E，29°N附近為海平面氣壓極小值，中心氣壓值低于992hPa，對應溫度的極大值區域，最高溫度超過32℃。較高的溫度使得地面低壓進一步加強，進而使風場輻合加強，有利于對流的持續發展。

3.4 850hPa垂直速度

9日02時，在成都與雅安接壤地帶的850hPa垂直速度w的值超過1×10-2m/s，強烈的上升運動促進對流發展，繼續為暴雨過程降水創造條件。

4 實況對比

對比2013年7月8日08時-9日08時實際觀測和數值模擬的24小時降水可知，模擬結果與實際觀測較為符合，綿陽、德陽、成都、雅安等地區大范圍內24小時降水超過50mm，部分地區超過100mm，模擬暴雨區域與觀測事實基本一致，但盆地西北部分地區降水偏高。

對比2013年7月9日08時-10日08時實際觀測和數值模擬的24小時降水可知，模擬結果與實際觀測存在一定偏差，實際暴雨落區主要仍集中在德陽、成都、雅安等地并呈南北一線走向，模擬結果暴雨區域分散在綿陽、雅安及阿壩州地區，且24小時降水超過100mm的極大值區域不一致。易知盆地北部阿壩州一帶存在大量的虛假降水，可能是與地形的因素有關，導致模式模擬效果不夠理想，希望以后能夠通過資料的同化改善模擬效果。

5 結論

通過WRF中尺寸數值模式模擬了2013年7月8日—10日四川盆地的一次暴雨過程，得到以下結論：1）在本次強對流天氣過程的數值試驗中，對中尺度天氣系統與大尺度環流形勢及強降水的分布空間的模擬較為成功，結果與事實基本符合。2）根據模擬結果能夠發現，來自孟加拉灣及南海的暖濕空氣和四川盆地以東地帶的東南氣流不斷向盆地輸送水汽，地形的阻擋作用為暴雨過程提供了充足的水汽積累，沿強降水地帶的海平面氣壓梯度較高，氣流輻合強度大，近地面高溫以及強烈的上升運動成為暴雨持續進行的必要條件。本次強對流天氣過程對四川盆地沿龍門山脈一帶地區造成了大量降水，局部地區24小時累積降水量超過100mm。3）通過WRF模式可以模擬暴雨發生的天氣系統和環流形勢，是對暴雨研究的一種有效方法。

參考文獻：

[1] 余卓晟.成都“2008 .9 .24”暴雨的中尺度數值模擬.成都信息工程學院學報，2012.

作者簡介：潘品言（1995-），男，四川樂山人，本科。