基于WRF模型應(yīng)用于吉林霧凇景觀的氣候研究

侯綠原　問　鼎　梁　婷

（1沈陽航空航天大學(xué)遼寧沈陽11013622遼寧通用航空研究院遼寧沈陽110136 3遼寧省環(huán)境工程評估審核中心遼寧沈陽110136）

基于WRF模型應(yīng)用于吉林霧凇景觀的氣候研究

侯綠原1問鼎2梁婷3

（1沈陽航空航天大學(xué)遼寧沈陽11013622遼寧通用航空研究院遼寧沈陽110136 3遼寧省環(huán)境工程評估審核中心遼寧沈陽110136）

吉林霧凇玉樹瓊花、綺麗秀美，以其自身品位高、冰期長、冰雪質(zhì)量佳等優(yōu)點備受人們的喜愛，占據(jù)中國四大自然奇觀之一，是重要的旅游景觀。為了了解WRF模型在霧凇景觀的模擬應(yīng)用，利用WRF模型對吉林霧凇島附近地區(qū)從2014年2月1號到8號之間進行了模擬研究。根據(jù)模擬值與實測值進行比較發(fā)現(xiàn)，壓強的模擬結(jié)果最好，風(fēng)速、溫度、濕度次之?？偟膩碚f，WRF模型對壓強有很好的預(yù)報效果，風(fēng)速、溫度、濕度有些偏差，WRF模型可以用來對吉林霧凇景觀進行模擬研究。

WRF；霧??；氣候

1　引言

吉林市位于中國東北部，坐標北緯43.52東經(jīng)126.33，處于溫帶大陸性氣候區(qū)，吉林霧凇能聞名世界與其獨特的地理位置和氣候是分不開的。首先吉林坐落在四面環(huán)山的盆地之中，緊鄰四季不封凍的松花江，冬季輻射大，氣溫溫差大使冷空氣持久聚集。其次受西北冷空氣南下，有冷氣團在本地持久停留[1]。經(jīng)常會有降溫降雪天氣發(fā)生。最后吉林有開始于十月末，結(jié)束在次年四月份長達四個月的冬季[2]。

由于吉林霧凇的獨特性與不可復(fù)制性，很多學(xué)者開始使用不同的模型對其進行模擬研究，其中WRF模型就被廣泛應(yīng)用在氣候模擬中，其中馬欣等利用WRF-chem模式模擬了京津冀地區(qū)氣溶膠污染對夏季氣象條件的影響[3]。陶健紅等利用WRF模型對一次河西暴雪進行了數(shù)值模擬[4]。

本研究的數(shù)據(jù)來自于吉林的十二個觀測點位，根據(jù)WRF模型對吉林霧凇做了數(shù)值模擬分析。

2　方法

吉林霧凇聞名世界，主要集中在霧凇島，在霧凇島附近設(shè)置了十二個監(jiān)測點位，來記錄觀察一系列的氣候因素，以便來進行數(shù)值模擬研究。監(jiān)測點位坐標如表1。

表1　坐標點位

根據(jù)WRF模型算法要求與實際情況，選定模擬區(qū)域，首先建立中心點，根據(jù)監(jiān)測點位的分布情況，以哈龍橋為中心點，水平格距數(shù)為4km，格點數(shù)為64×32。

選取了WRF幾種主要的云物理過程的處理方式（1）WSM 6-class方案，該方案擴充了WSM5方案，還包括有霰及與其有關(guān)的一些過程。(2)RRTM長波輻射方案，它是利用一個預(yù)先處理的對照表來表示由于水汽、臭氧、二化碳和其他氣體,以及云的光學(xué)厚度引起的長波過程。（3）Dudhia短波輻射方案，它是簡單地累加由于干凈空氣散射、水汽吸收、云反射和吸收所引起的太陽輻射通量。（4）YonseiUniversity(YSU)邊界層方案，YSU是MRF邊界層方案的第二代。對于MRF增加了處理邊界層頂部夾卷層的方法。（5）熱量擴散方案。（6）Kain-Frisch方案等，WRF模式的初始和側(cè)邊界場資料來自NECP的FNL資料，水平分辨率為1°×1°，時間間隔為6h，模擬運行時間從2014年2月1號到2月8號。

3　結(jié)果與分析

3.1兩組數(shù)據(jù)的比較結(jié)果

圖1　兩組數(shù)據(jù)的比較結(jié)果

根據(jù)霧凇的出現(xiàn)時間，一般出現(xiàn)在早上，所以選擇早上6、7、8三小時做數(shù)據(jù)對比圖。圖1描述的是實測的壓強值與模擬的壓強值在早上6、7、8三小時的數(shù)據(jù)對比圖。從圖上可以看出，他們的曲線基本一致，誤差小。模擬日期從2月1號0時到2月8號23時，時間間隔為1小時，對模擬值與實測值的數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，模擬值的均值和標準差分別為98379.52Pa、679.655.實測值的均值與標準差為98748.96Pa、752.099.模擬值與實測值的均值與標準差相差不多，根據(jù)Pearson相關(guān)性分析，相關(guān)性系數(shù)在0.993，可以得出模擬值與實測值在0.01水平上相關(guān)性極強。

圖2模擬值與實測值溫度對比

圖2描述的是模擬值與實測值在早上6、7、8時間段內(nèi)的溫度對比圖，從圖上可以看出，模擬值與實測值的曲線差別較大，誤差較大。模擬日期從2月1號0時到2月8號23時，時間間隔為1h，對模擬值與實測值的數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，模擬值的均值和標準差分別為-20.67°C、7.600.實測值的均值與標準差為-14. 46°C、5.395.模擬值與實測值的均值與標準差相差較大，根據(jù)Pearson相關(guān)性分析，相關(guān)性系數(shù)在0.874，可以得出模擬值與實測值在0.01水平上屬于強相關(guān)。

圖3　　模擬值與實測值濕度對比

圖4　模擬值與實測值風(fēng)速對比

圖3描述的是模擬值與實測值在早上6、7、8時間段內(nèi)的濕度對比圖，從圖上可以看出，模擬式與實測值的曲線較為接近，誤差較小。模擬日期從2月1號0時到2月8號23時，時間間隔為1h，對模擬值與實測值的數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，模擬值的均值和標準差分別為77.74、14.085.實測值的均值與標準差為59.61、15.771.模擬值與實測值的均值與標準差相差較小，根據(jù)Pearson相關(guān)性分析，相關(guān)性系數(shù)在0.512，可以得出模擬值與實測值在0.01水平上中等程度相關(guān)。

圖4描述的是模擬值與實測值在早上6、7、8時間段內(nèi)的風(fēng)速對比圖，從圖上可以看出，模擬式與實測值的曲線前段一致，后半段接近，誤差較小。模擬日期從2月1號0時到2月8號23時，時間間隔為1h，對模擬值與實測值的數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，模擬值的均值和標準差分別為4.521m/s、3.0302.實測值的均值與標準差為5.019m/s、2.8559.模擬值與實測值的均值與標準差相差較小，根據(jù)Pearson相關(guān)性分析，相關(guān)性系數(shù)在0.725，可以得出模擬值與實測值在0.01水平上強相關(guān)。

3.2結(jié)語

本研究應(yīng)用了WRF模型對吉林霧凇的氣候做了模擬值與實測值的對比分析，主要包括壓強、溫度、濕度與風(fēng)速的對比分析，然后對其采用了相關(guān)性分析，得出以下結(jié)論：第一根據(jù)相關(guān)性分析，WRF模型模擬效果良好，可以應(yīng)用于吉林霧凇的氣候研究。第二從分析結(jié)果得出，整體來說，壓強的模擬效果最好，溫度、風(fēng)速次之，濕度最差。

[1]馬紅旭,才奎志,等.吉林霧凇環(huán)境因素淺析與預(yù)報[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2013:12.

[2]于國強,劉春燕,等.吉林省霧凇冰雪旅游資源開發(fā)利用與整合研究[J].資源與產(chǎn)業(yè),2007：9-3.