貴州典型暴雨地形影響的數(shù)值模擬

吉廷艷 彭芳 周后福 夏曉玲

摘要以2011年6月5～6日貴州山地暴雨為例，采用中尺度數(shù)值模式WRF對貴州省典型的山地暴雨進(jìn)行數(shù)值模擬，分析山地地形對暴雨環(huán)流的影響。結(jié)果表明，地形對500 hPa的風(fēng)場盡管沒有改變大的分布格局，但發(fā)現(xiàn)地形未處理時的分布相對復(fù)雜；在700 hPa層次上，去除地形影響時擾動更加明顯；當(dāng)消除地形后，南北氣流交換更加明顯，移動速度更快；未處理地形情況下的濕度分布更為復(fù)雜，西部地區(qū)有大量的高值中心；西部地勢高，未處理地形時對天氣系統(tǒng)的影響比較大?？梢姡匦挝刺幚頃r環(huán)流系統(tǒng)的分布比消除地形時相對復(fù)雜。

關(guān)鍵詞山地暴雨；WRF模擬；地形影響；貴州

中圖分類號P333文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）01-00176-03

基金項目貴州省科學(xué)技術(shù)基金（黔科合J字[2011]2147號）；公益性行業(yè)（氣象）科研專項（GYHY201306059）。

作者簡介吉廷艷（1965- ），女，貴州普安人，高級工程師，從事氣象預(yù)報業(yè)務(wù)研究，Email：tttt2220@sina.com。*通訊作者，高級工程師，碩士，從事強(qiáng)對流天氣研究，Email：zhf_ahqx@163.com。

收稿日期20131209對暴雨的研究一直是氣象工作者的重要課題之一，關(guān)于貴州山地暴雨方面也有過較多研究[1-2]。但由于貴州地處低緯山區(qū)，呈現(xiàn)西高東低的地形分布，特殊的地形地理因素使得暴雨的形成機(jī)理尤其復(fù)雜，針對貴州地形影響暴雨的模擬研究尚不多見。地形的迎風(fēng)坡一般具有動力及屏障作用，可以使氣流繞地形流動和被迫爬升，且暖濕氣流容易在中尺度地形迎風(fēng)坡造成氣旋性輻合[3-4]。林之光在前人研究工作的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)了地形對降水的加強(qiáng)作用，指出山脈迎風(fēng)降水和背風(fēng)雨影是濕氣流對山脈地形響應(yīng)所產(chǎn)生的地形降水的基本特征，降水在山脈迎風(fēng)坡加強(qiáng)而在背風(fēng)面大大減少是山脈地形對大氣中的水汽輸送和降水分布發(fā)生作用的主要表現(xiàn)形式[5]。劉衛(wèi)國等分析指出，地形的強(qiáng)迫抬升作用在很大程度上改變了地形云降水的特征，特別是迎風(fēng)坡面地形抬升使云的發(fā)展增強(qiáng)，對流強(qiáng)度增強(qiáng)[6-7]。鄭慶林等研究指出，大尺度的青藏高原地形的繞流輻合作用以及秦嶺—大巴山地區(qū)的迎風(fēng)坡強(qiáng)迫抬升作用，均對降水產(chǎn)生增強(qiáng)作用[8]。筆者以2011年6月5～6日貴州山地暴雨為例，采用中尺度數(shù)值模式WRF對貴州省典型的山地暴雨進(jìn)行數(shù)值模擬，分析山地地形對暴雨環(huán)流的影響。

1資料與方法

利用中尺度數(shù)值模式WRF模擬2011年6月5～6日的貴州山地暴雨，研究地形對暴雨的影響情況。由于這次暴雨為全省性的大范圍強(qiáng)降水，故山地暴雨過程非常典型。根據(jù)貴州省的經(jīng)緯度分布，選取的經(jīng)緯度范圍為105.1°E、24.99°N～109.4°E、28.5°N，模式模擬時間從6月4日14：00開始。在進(jìn)行數(shù)值模擬時涉及到模式參數(shù)和地形處理方案的確定。

模式參數(shù)選用WRF 3.2版本進(jìn)行模擬，采用2層嵌套方式來實施。第1層網(wǎng)格為100×78格點(diǎn)，第2層為133×118格點(diǎn)；垂直層次為地面向上27層，地面以下4層；第1層格距為15 km，第2層為5 km；微物理方案第1和第2層分別為WSM 3級簡單冰相方案和WSM6冰雹方案。地形處理方案選定強(qiáng)降水為中心的矩形范圍，求取該范圍內(nèi)的地形平均高度，若在該范圍內(nèi)的地形高度高于平均值，則將地形降低為該平均值，為此消除地形影響的情況；未處理地形則是按照實際地形來實施，未加處理。

2結(jié)果與分析

2.1實例實際降雨概況6月5～6日貴州全省均有降雨，強(qiáng)降水中心為東北—西南向，以中部及東北部降雨較強(qiáng)，局地降水超過100 mm，安順、貴陽、黔東南、遵義等地11站暴雨，1站大暴雨（圖1）；5日上午黔東南和銅仁降雨較強(qiáng)，下

2.2環(huán)境背景場模擬分析

2.2.1500 hPa風(fēng)場模擬。6月4日14：00 500 hPa高度上風(fēng)場一致為偏西風(fēng)，20：00開始中部出現(xiàn)擾動，并不斷加強(qiáng)（圖2a），到5日02：00擾動發(fā)展到最強(qiáng)，在中部兩邊分別發(fā)展為2個渦旋（圖2b），隨后渦旋快速東移，到11：00渦旋基本移出貴州；5日白天繼續(xù)維持偏西氣流，到6日02：00西南部又出現(xiàn)擾動，隨后擾動發(fā)展東移，到6日08：00發(fā)展到最強(qiáng)，14：00移出貴州。對比地形處理前后500 hPa風(fēng)場可以發(fā)現(xiàn)，地形對500 hPa的風(fēng)場盡管沒有改變大的分布格局，但地形未處理時的分布相對復(fù)雜。其中圖2a1圓圈中的風(fēng)向切變比圖2a2大，圖2b1方框中的風(fēng)向切變比圖2b2的大。

2.2.2700 hPa風(fēng)場模擬。在700 hPa層面上，西部地形較注：a1、b1為未處理地形；a2、b2為消去地形影響。

2.3相對濕度模擬分析在700 hPa相對濕度圖上，全省的濕度均較高，濕度高值中心在貴州的中部一線。以4日23：00來比較，整個貴州范圍濕度均在80%以上，去除地形前后的濕度分布在中部一帶有帶狀分布，但也存在一定的差異，主要表現(xiàn)在未處理地形時的濕度分布更為復(fù)雜。未處理地形情況下，中小尺度的高值中心較多，尤其在西部地區(qū)有大量的高值中心；在中部一線均有分布，分布不均勻。消除地形后的情況下，高值中心明顯減少，濕度分布相對比較均勻，尤其是西部地區(qū)，可見地形阻礙了濕度的均勻化分布。地形使得濕度的水平分布不均勻，導(dǎo)致降水分布差異明顯，也引起局地強(qiáng)降水的發(fā)生。

3結(jié)論

（1）地形對高層（500 hPa）的風(fēng)場影響不大，消除地形不能夠改變高層天氣要素的變化。地形對500 hPa的風(fēng)場盡管沒有改變大的分布格局，但地形未處理時的分布相對復(fù)雜。在700 hPa層次上，去除地形影響時擾動更加明顯；當(dāng)消除地形后，南北氣流交換更加明顯，移動速度更快。

（2）未處理地形情況下的濕度分布更為復(fù)雜，西部地區(qū)有大量的高值中心。

（3）西部山脈眾多，地勢高，地形對天氣系統(tǒng)的影響比較大；東部地勢較低，地形對天氣系統(tǒng)的影響比較小。

參考文獻(xiàn)

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