數(shù)值模式產(chǎn)品在人工增雨工作中的應(yīng)用

劉野軍+王周翔+孫海燕+谷笑楠+齊穎

摘要：本文主要介紹了GRAPES模式數(shù)據(jù)產(chǎn)品在人工影響天氣業(yè)務(wù)中的應(yīng)用及研究。利用GRAPES模式與機(jī)載粒子測(cè)量系統(tǒng)（PMS）進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)：兩者得到的云微物理量量級(jí)大致相符。與FY2衛(wèi)星紅外圖像進(jìn)行云宏觀特征對(duì)比發(fā)現(xiàn)：兩者得到的云帶分布、系統(tǒng)性云系的云形、位置分布大體相似，修正后即可應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GRAPES模式；云微物理量場(chǎng)；云宏觀場(chǎng)

中圖分類號(hào)： P48 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.14.056

GRAPES是中國(guó)氣象科學(xué)研究院數(shù)值預(yù)報(bào)研究中心自主開發(fā)的新一代靜力/非靜力多尺度通用數(shù)值預(yù)報(bào)模式，在氣象業(yè)務(wù)中得到廣泛的應(yīng)用。蔣德海等將其應(yīng)用在華南沿海風(fēng)電場(chǎng)精細(xì)風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)中，朱紅芳等利用GRAPES模式產(chǎn)品直接制作淮河流域面雨量預(yù)報(bào)產(chǎn)品，葉成志等對(duì)GRAPES模式重大災(zāi)害性降水天氣過(guò)程預(yù)報(bào)性能進(jìn)行了檢驗(yàn)分析。國(guó)家人工影響天氣中心以GRAPES模式為基礎(chǔ)，通過(guò)耦合詳細(xì)的云降水物理方案，研發(fā)了人工增雨的云系模式GRAPES_CAMS。本文主要介紹了該模式數(shù)據(jù)產(chǎn)品在人工影響天氣業(yè)務(wù)工作中的業(yè)務(wù)應(yīng)用及研究。

1云微物理量對(duì)比

模式使用早期，主要利用模式數(shù)據(jù)與機(jī)載粒子測(cè)量系統(tǒng)（PMS）數(shù)據(jù)，對(duì)云微物理量進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)對(duì)云水、雨水、冰晶、雪、霰等幾種粒子的比含水量及雨滴、冰晶、雪、霰的數(shù)濃度進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)模式預(yù)報(bào)的云微物理量中，粒子的比含水量普遍偏大，粒子數(shù)濃度比較準(zhǔn)確。以2007年5月15日過(guò)程為例，對(duì)比模式預(yù)報(bào)的云微物理量場(chǎng)數(shù)據(jù)以及實(shí)際的PMS觀測(cè)數(shù)據(jù)，模式預(yù)報(bào)的各種粒子的比含水量比實(shí)際觀測(cè)值大，其中霰的比含水量相差最大，模式預(yù)報(bào)量比實(shí)際觀測(cè)高4個(gè)量級(jí)，其次是云水、冰晶、雪粒子，預(yù)報(bào)量比觀測(cè)量高3個(gè)量級(jí)，雨水的兩個(gè)量值最接近，但也差2個(gè)量級(jí)。由表1可見，模式預(yù)報(bào)的粒子數(shù)濃度與觀測(cè)值相近。雪粒子數(shù)濃度相差最大，每立方米相差3000個(gè)左右，但量級(jí)相同（見表1）。因此，模式的云微物理場(chǎng)預(yù)報(bào)，粒子的比含水量普遍偏大，粒子數(shù)濃度比較準(zhǔn)確。

表1 模式云微物理量預(yù)報(bào)與實(shí)際PMS觀測(cè)數(shù)據(jù)比較

2云宏觀特征對(duì)比

隨著模式使用的深入，除了與機(jī)載粒子測(cè)量系統(tǒng)（PMS）數(shù)據(jù)進(jìn)行云微物理量對(duì)比，還可與FY2衛(wèi)星紅外圖像進(jìn)行云宏觀特征對(duì)比。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，模式能夠很好地預(yù)報(bào)出預(yù)報(bào)區(qū)域內(nèi)的云帶分布、系統(tǒng)性云系的云形，云帶位置分布與實(shí)況相比略有偏差。在實(shí)際應(yīng)用中，要結(jié)合云圖實(shí)況對(duì)模式結(jié)果進(jìn)行訂正。以2016年5月3日為例，在紅外云圖上，我國(guó)東北地區(qū)有一冷渦云系，冷渦中心附近云系位于遼寧、吉林、黑龍江及內(nèi)蒙古東部地區(qū)，模式預(yù)報(bào)的冷渦中心云系位置吻合；模式預(yù)報(bào)的冷渦外圍云帶位置主要處于我國(guó)東部，由于實(shí)際系統(tǒng)中冷空氣入流更深入，紅外衛(wèi)星云圖上該云帶位置更偏北一些，云帶預(yù)報(bào)位置略有偏差；在蒙古國(guó)有一條帶狀云系，模式預(yù)報(bào)的云帶形狀、結(jié)構(gòu)、位置與實(shí)際云帶一致（見圖1）。

3模式資料在人影業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

由于模式預(yù)報(bào)的云微物理量、云宏觀特征與實(shí)況基本相符，因此被應(yīng)用于實(shí)際人工影響天氣業(yè)務(wù)中及人工增雨潛力分析與預(yù)報(bào)工作中。模式預(yù)報(bào)結(jié)果可以幫助業(yè)務(wù)人員確定增雨潛力區(qū)域，并為其提供作業(yè)建議。以2016年5月3日20時(shí)～4日20時(shí)過(guò)程為例，東北區(qū)域有云系覆蓋（見圖1），部分云帶存在過(guò)冷水。云系垂直結(jié)構(gòu)分析顯示：過(guò)冷云水（Qc）主要位于0℃～-20℃層（高度在3000～6300米），冰晶數(shù)（Ni）為10～50個(gè)/L，冰晶較少，云系有自然降水（Qr）產(chǎn)生，具有增雨潛力（見圖2）。基于云系宏觀分布結(jié)構(gòu)與垂直結(jié)構(gòu)分析，可以得出人工增雨潛力區(qū)主要分布在黑龍江大部、吉林大部、遼寧大部等地區(qū)。由于是大范圍、較穩(wěn)定云系，考慮作業(yè)方式以飛機(jī)作業(yè)為主，地面作業(yè)配合。作業(yè)部位為云中過(guò)冷水豐富區(qū)域，作業(yè)高度層為0℃～-20℃層（高度在3000～6300米）。以上各地區(qū)可以根據(jù)降水云系的發(fā)展演變，結(jié)合需水條件開展飛機(jī)和地面作業(yè)。

4結(jié)語(yǔ)

對(duì)比GRAPES_CAMS模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品與實(shí)況數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：與機(jī)載粒子測(cè)量系統(tǒng)（PMS）數(shù)據(jù)相比，模式預(yù)報(bào)的云微物理量數(shù)據(jù)中，粒子的比含水量普遍偏大，粒子數(shù)濃度比較準(zhǔn)確；模式能夠很好地預(yù)報(bào)出區(qū)域內(nèi)的云帶分布、系統(tǒng)性云系的云形，云帶位置分布與實(shí)況相比略有偏差。在實(shí)際人工影響天氣業(yè)務(wù)中，可以參考GRAPES_CAMS模式預(yù)報(bào)的云帶分布、云形、云帶位置，同時(shí)結(jié)合云圖實(shí)況訂正，從而確定人工增雨潛力區(qū)、作業(yè)區(qū)域、作業(yè)高度及作業(yè)類型。

參考文獻(xiàn)

[1]伍湘君，金之雁，黃麗萍.GRAPES模式軟件框架與實(shí)現(xiàn)[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2005，16（04）：539-546.

[2]蔣德海，宋耀明，陳子通. GRAPES模式在華南沿海風(fēng)電場(chǎng)精細(xì)風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J].資源科學(xué)，2015，37（02）：325-332.

作者簡(jiǎn)介：劉野軍，本科學(xué)歷，工程師，研究方向：氣象服務(wù)。