基于MM5模型的大連市氣象場模擬分析研究

宮福強 王迎春 龐 越

(1.大連市環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧 大連 116023;2.阜新礦業(yè)集團職業(yè)病防治院，遼寧 阜新 123000)

長期以來，對中小尺度天氣系統(tǒng)的預報一直很困難［1］，這種中小尺度的系統(tǒng)往往具有突發(fā)性、多發(fā)性、強度大等特點，靠傳統(tǒng)天氣學手段是難以較好地預報出來［2－3］。因此，開發(fā)和建設中尺度數(shù)值天氣模式(如MM5)是目前進行中小尺度天氣系統(tǒng)分析和預報的最有效方法之一［4］。運用氣象預報模型MM5 進行氣象場的模擬，對大連市分析研究該區(qū)域降水徑流的時空分布和變化規(guī)律，將為保護該區(qū)域水資源、農業(yè)、生態(tài)環(huán)境和確保南水北調中線工程的順利實施提供科學依據(jù)，具有重大意義［5－6］。

1 MM5 模型簡介

MM5 模式具有非靜力動力框架、多層網(wǎng)格嵌套、多種物理過程選項、四維變分、更廣泛的計算機平臺移植等主要功能［7］。MM5 的模擬區(qū)域采取Lambert 投影，兩條真緯度分別為北緯25°和北緯40°;為保證邊界氣象場的準確性，MM5 模擬區(qū)域比空氣質量模擬區(qū)域的水平各邊界多3 個網(wǎng)格［8］;模擬層頂為100mb，垂直分為以下23 個σ 層。地形和地表類型數(shù)據(jù)采用美國地質調查局的全球數(shù)據(jù);客觀分析采用NCEP 的ADP 全球地表和高空觀測資料，進行網(wǎng)格四維數(shù)據(jù)同化［9－10］。模擬域的物理過程的參數(shù)化選擇如下:Kain－Fritsch 的積云參數(shù)化方案;Pleim－Xiu 的邊界層及土地表層參數(shù)化方案;Reisner 的多相顯式水汽方案;云模式(Cloud－radiation)的輻射參數(shù)化方法;及多層土壤模式［11］。

2 氣象場驗證

氣象場的驗證利用大連市5 個氣象觀測站的資料。5 個氣象觀測站分別位于瓦房店、長海、莊河、旅順和大連。觀測資料包括逐時(或每三小時)的溫度、濕度、風速及風向［12］。

(1)溫度驗證:大連市四季溫度差異分明，沿海站點長海的溫度日變化較小。MM5 的模擬結果與觀測吻合較好，相關系數(shù)均在0.98 以上。

(2)濕度驗證:大連市的濕度月變化較為明顯，夏季雨水較多，模擬結果整體趨勢較好，相關系數(shù)在0.64～0.80 之間，但略有偏低，可能由于模擬空間分辨率不夠所致。

(3)風場驗證:大連市冬季風速較大，沿海站點長海尤為明顯。模擬結果整體上與觀測吻合，相關系數(shù)在0.5～0.6。

3 氣象場模擬

通過對溫度、濕度和風場的檢驗表明，模型獲得的模擬氣象場與實際情況符合較好，可以以此為基礎進行空氣質量的模擬。模擬的逐月平均溫場、濕度場和風場結果分別如圖1、2 和3 所示。

圖1 2012年逐月平均模擬溫度場分布

圖2 2012年逐月平均模擬濕度場分布

圖3 2012年逐月平均模擬風場分布

4 結 論

(1)運用MM5 模型模擬的大連市氣象場的結果與大連市5 個氣象觀測站的觀測值相比較，溫度場的MM5的模擬結果與觀測吻合較好;濕度場的MM5 模擬結果整體趨勢較好，相關系數(shù)在0.64～0.80 之間，但略有偏低，可能由于模擬空間分辨率不夠所致;風場的MM5 模擬結果整體上與觀測吻合，相關系數(shù)在0.5～0.6。(2)通過對溫度、濕度和風場的檢驗表明，通過調整MM5 模型垂直方向的垂直層分布及增加垂直層數(shù)，模型獲得的模擬氣象場與實際情況符合較好，可以以MM5 模型進行空氣質量的模擬。(3)通過對大連市氣象場的模擬，對大連氣象預測預報及降水徑流的時空分布和變化規(guī)律具有很好的參考價值和應用價值為保護該區(qū)域的水資源、農業(yè)、生態(tài)環(huán)境提供科學依據(jù)，具有重大意義。

［1］鄒尚偉，劉穎．中國氣候狀況及應對氣候變化方案和措施［J］．環(huán)境科學與管理，2008(06):189－194．

［2］楊新．西安市降水頻率變化特征分析［J］．自然災害學報，2011(04):60－65．

［3］黃義，范紹佳．珠江三角洲城市群一次區(qū)域性污染過程氣象特征數(shù)值模擬［J］．中山大學研究生學刊(自然科學、醫(yī)學版)，2009(01):78－92．

［4］曾雪蘭，余志，鄧院昌．基于MM5 的輪轂高度風場數(shù)據(jù)獲取方法［J］．中山大學學報(自然科學版)，2008(05):130－132．

［5］馮業(yè)榮．珠江三角洲氣溶膠污染的機理分析及數(shù)值模擬研究［D］．中山大學，2006．

［6］蔣維楣．空氣污染氣象學［M］．南京大學出版社，2003．

［7］李曉燕，余志．基于MM5 的沿海風資源數(shù)值模擬方法研究［J］．太陽能學報，2005(03):400－408．

［8］劉偉，高艷紅，冉有華，等．不同分辨率地形數(shù)據(jù)對黑河流域模擬結果的對比分析［J］．高原氣象，2007(03):525－531．

［9］郭安紅，王蘭寧，李鳳霞．三江源區(qū)濕地變化對區(qū)域氣候影響的數(shù)值模擬分析［J］．氣候與環(huán)境研究，2010(06):743－755．

［10］馬明亮，申紅艷，張加昆，等．區(qū)域規(guī)劃開發(fā)對西寧市環(huán)境空氣影響模擬研究［J］．安徽農業(yè)科學，2011(15):9225－9280．

［11］袁國恩，張云秋，等．MM5 模式在風能資源普查中的應用試驗［J］．資源科學，2006(01):145－150．

［12］楊文發(fā)，李春龍，訾麗．MM5 模式及其在長江流域降雨預報業(yè)務中的應用［J］．水資源研究，2005(01):1－3．