2017年夏季烏海市一次降水過程分析和WRF模擬

馬偉

摘 要 利用衛(wèi)星云圖、氣象觀測(cè)資料和WRF高分辨率數(shù)值模擬產(chǎn)品，對(duì)2017年7月5—6日內(nèi)蒙古烏海市一次降水過程的數(shù)值模擬進(jìn)行檢驗(yàn)和分析。結(jié)果表明：強(qiáng)降水落區(qū)出現(xiàn)在低層切變線暖區(qū)、低空急流出口區(qū)左側(cè)、水汽輻合區(qū)以及上升運(yùn)動(dòng)大值區(qū)的重疊區(qū)域，WRF模式較好地模擬了降水時(shí)間和降水量級(jí)，而對(duì)于降水落區(qū)及降水中心等模擬出現(xiàn)了偏差。

關(guān)鍵詞 降水;WRF;數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：P456 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.12.088

2017年7月5—6日，烏海市迎來了全市范圍的中雨天氣，其中西山生態(tài)園站（C5117）24 h累計(jì)降水量為27.5 mm，這對(duì)于年平均降水量只有160 mm的烏海市是一次較為強(qiáng)的降雨過程[1]。此時(shí)恰是副熱帶高壓西伸北抬時(shí)期，全國(guó)進(jìn)入汛期，降水過程有水汽條件的不確定性，同時(shí)，降水常伴有雷電大風(fēng)、冰雹和短時(shí)強(qiáng)降水等強(qiáng)對(duì)流天氣，服務(wù)要求高，預(yù)報(bào)難度較大。

對(duì)于較強(qiáng)天氣過程的WRF模擬已有很多研究。陳豫英等[2]利用常規(guī)高空、地面氣象觀測(cè)資料和不同模式預(yù)報(bào)產(chǎn)品，對(duì)2015年10月30日到2015年11月2日寧夏首場(chǎng)冷渦降雪天氣過程的數(shù)值模式預(yù)報(bào)性能進(jìn)行檢驗(yàn)分析，結(jié)果顯示，通過模式預(yù)報(bào)結(jié)果分析，預(yù)報(bào)員對(duì)該過程中降雪、大風(fēng)降溫、雪后大霧以及積雪、道路結(jié)冰等復(fù)雜天氣做出了較為準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。同樣，陳豫英等[3]分析了發(fā)生在2016年8月21日夜間賀蘭山東麓罕見特大暴雨天氣，結(jié)果表明，對(duì)于此次特大暴雨過程，預(yù)報(bào)員可提前準(zhǔn)確判定暴雨落區(qū)和訂正暴雨量級(jí)。張斌等[4]利用WRF模式模擬了2009年6月29日湖北地區(qū)的一次特大暴雨過程，結(jié)果表明，WRF模式對(duì)于湖北鶴峰地區(qū)的累積降水強(qiáng)度和落區(qū)的模擬非常接近實(shí)際，但其逐時(shí)降水的模擬效果較差。

基于此，利用衛(wèi)星云圖、氣象觀測(cè)資料，對(duì)2017年7月5—6日降水過程進(jìn)行分析總結(jié)，同時(shí)利用WRF模式和美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心GFS預(yù)報(bào)場(chǎng)資料，對(duì)降水過程進(jìn)行數(shù)值模擬，并與部分實(shí)況資料進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比，探討此次汛期降水的可預(yù)報(bào)性和偏差分析，訂正WRF模式模擬結(jié)果，進(jìn)一步提高烏海市預(yù)報(bào)水平和訂正能力。

1 材料與方法

使用美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心2017年7月4日20時(shí)起報(bào)的GFS預(yù)報(bào)場(chǎng)資料、WRF（4 km ×4 km）模擬的數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，以及同期衛(wèi)星云圖、常規(guī)高空觀測(cè)資料和地面氣象觀測(cè)資料，對(duì)降水過程進(jìn)行數(shù)值模擬，并與部分實(shí)況資料進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比。

2 結(jié)果與分析

2.1 天氣概況和WRF模擬落區(qū)

2017年7月5日8時(shí)，降水從烏海市西部、南部開始，逐漸向北部和東部擴(kuò)展，降水過程覆蓋烏海全市。5日14時(shí)降水逐漸減弱，到20時(shí)，降水系統(tǒng)移出烏海市，降水過程基本結(jié)束。如圖1為2017年7月5日8時(shí)到2017年7月6日8時(shí)降水實(shí)況圖，圖2為WRF模擬降水落區(qū)圖。全市大部分地區(qū)出現(xiàn)中雨天氣，其中降水落區(qū)最大區(qū)域在烏達(dá)區(qū)西山生態(tài)園（C5117），24 h累計(jì)降水為27.5 mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)在海南區(qū)政府，為6.4 mm。從圖1、圖2可以看出，WRF模式對(duì)累積降水落區(qū)的模擬與實(shí)況存在一定的偏差，效果不是很理想。

2.2 實(shí)況分析

7月5日8時(shí)烏海市西南方向有對(duì)流云團(tuán)發(fā)展，該云團(tuán)逐漸向西北方向移動(dòng);到9時(shí)15分烏海市烏達(dá)區(qū)處于云頂溫度最低處，此時(shí)該處降水加強(qiáng)，其中西山生態(tài)園（C5117）、植保站（C5116）小時(shí)雨量均達(dá)到6.2 mm;到10時(shí)15分，烏海市西北部云團(tuán)發(fā)展加強(qiáng)，該云團(tuán)位于烏海機(jī)場(chǎng)、濱河區(qū)上空，同時(shí)降水加強(qiáng);到14時(shí)對(duì)流云團(tuán)移出烏海市，市內(nèi)降水性質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)為層狀云降水。

分析圖3、圖4的500 hPa高空?qǐng)D得出，原位于新疆西部的高空槽逐漸東移，到7月5日8時(shí)，高空槽加深發(fā)展移動(dòng)到烏海市西部，低槽南部開始逐漸分裂，形成弱的“丁”字結(jié)構(gòu)，此時(shí)配合副熱帶高壓不斷地西伸北抬，并加強(qiáng)，利于水汽輸送。700 hPa、850 hPa烏海受冷式切變線東移的影響，到5日8時(shí)，烏海市處于切變線暖區(qū)一側(cè)。700 hPa氣流由4日20時(shí)的6 m·s-1加強(qiáng)到12 m·s-1，水汽條件明顯轉(zhuǎn)好。物理量場(chǎng)分析得出，在850 hPa，7月4日20時(shí)到7月5日8時(shí)，烏海市為相對(duì)濕度條件轉(zhuǎn)好的過程，5日8時(shí)，相對(duì)濕度達(dá)到70%以上，利于水汽飽和，比濕條件轉(zhuǎn)好，達(dá)10 g·kg-1，同時(shí)烏海市烏達(dá)區(qū)有水汽輻合區(qū)出現(xiàn)。在500 hPa上，5日8時(shí)烏海市處于正的渦度平流控制，700 hPa、850 hPa為負(fù)的渦度平流控制，烏海市地面位于低壓中心，這種高層正渦度平流、低層負(fù)渦度平流的配置利于上升運(yùn)動(dòng)和地面氣旋的發(fā)展。5日8時(shí)烏海市位于假相當(dāng)位溫能量舌處，假相當(dāng)位溫值為320 k以上，利于不穩(wěn)定條件觸發(fā)。分析離烏海最近的銀川站08時(shí)T-lnP圖（見圖5）得出，0～6 km垂直風(fēng)切變較小;-20 ℃和0 ℃層高度較高，分別在400 hPa、600 hPa以上高度，不利于冰雹天氣產(chǎn)生;抬升凝結(jié)高度LCL低，濕層較厚;Cape狹長(zhǎng)，值為1062.5J·kg-1，利于較強(qiáng)降水的產(chǎn)生。5日20時(shí)，500hPa高空槽線移出烏海市，此次降水過程基本結(jié)束。

2.3 WRF對(duì)降水天氣的模擬分析

從WRF 7月4日20時(shí)起報(bào)的7月5日地面到500 hPa高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、相對(duì)濕度、氣壓場(chǎng)看出，500 hPa高空槽從新疆西部逐漸東移，到河西走廊北部加深，再東移到河套以西地區(qū)影響烏海市，自西向東為低槽（冷鋒類）型系統(tǒng)，烏海市受500 hPa高空槽、低層冷式切變線、地面冷鋒共同影響。結(jié)合烏海市地形特點(diǎn)，著重研究WRF模式模擬的800 hPa高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、溫度場(chǎng)、濕度的變化過程，而WRF模擬的5日8時(shí)850 hPa切變線位置與實(shí)況相比略微偏西，較實(shí)況偏快，導(dǎo)致WRF模擬24 h降水落區(qū)出現(xiàn)了偏差。