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、氣象觀測資料和WRF高分辨率數(shù)值模擬產(chǎn)品，對2017年7月5—6日內(nèi)蒙古烏海市一次降水過程的數(shù)值模擬進行檢驗和分析。結果表明：強降水落區(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)以及上升運動大值區(qū)的重疊區(qū)域，WRF模式較好地模擬了降水時間和降水量級，而對于降水落區(qū)及降水中心等模擬出現(xiàn)了偏差。

關鍵詞 降水;WRF;數(shù)值模擬

中圖分類號：P456 文獻標識碼：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累計降水量為27.5 mm，這對于年平均降水量只有160 mm的烏海市是一次較為強的降雨過程[1]。此時恰是副熱帶高壓西伸北抬時期，全國進入汛期，降水過程有水汽條件的不確定性，同時，降水常伴有雷電大風、冰雹和短時強降水等強對流天氣，服務要求高，預報難度較大。

對于較強天氣過程的WRF模擬已有很多研究。陳豫英等[2]利用常規(guī)高空、地面氣象觀測資料和不同模式預報產(chǎn)品，對2015年10月30日到2015年11月2日寧夏首場冷渦降雪天氣過程的數(shù)值模式預報性能進行檢驗分析，結果顯示，通過模式預報結果分析，預報員對該過程中降雪、大風降溫、雪后大霧以及積雪、道路結冰等復雜天氣做出了較為準確的預報。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，結果表明，對于此次特大暴雨過程，預報員可提前準確判定暴雨落區(qū)和訂正暴雨量級。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，結果表明，WRF模式對于湖北鶴峰地區(qū)的累積降水強度和落區(qū)的模擬非常接近實際，但其逐時降水的模擬效果較差。

基于此，利用衛(wèi)星云圖、氣象觀測資料，對2017年7月5—6日降水過程進行分析總結，同時利用WRF模式和美國國家環(huán)境預報中心GFS預報場資料，對降水過程進行數(shù)值模擬，并與部分實況資料進行簡單對比，探討此次汛期降水的可預報性和偏差分析，訂正WRF模式模擬結果，進一步提高烏海市預報水平和訂正能力。

1 材料與方法

使用美國國家環(huán)境預報中心2017年7月4日20時起報的GFS預報場資料、WRF（4 km ×4 km）模擬的數(shù)值預報產(chǎn)品，以及同期衛(wèi)星云圖、常規(guī)高空觀測資料和地面氣象觀測資料，對降水過程進行數(shù)值模擬，并與部分實況資料進行簡單對比。

2 結果與分析

2.1 天氣概況和WRF模擬落區(qū)

2017年7月5日8時，降水從烏海市西部、南部開始，逐漸向北部和東部擴展，降水過程覆蓋烏海全市。5日14時降水逐漸減弱，到20時，降水系統(tǒng)移出烏海市，降水過程基本結束。如圖1為2017年7月5日8時到2017年7月6日8時降水實況圖，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)域在烏達區(qū)西山生態(tài)園（C5117），24 h累計降水為27.5 mm，最大小時雨強在海南區(qū)政府，為6.4 mm。從圖1、圖2可以看出，WRF模式對累積降水落區(qū)的模擬與實況存在一定的偏差，效果不是很理想。

2.2 實況分析

7月5日8時烏海市西南方向有對流云團發(fā)展，該云團逐漸向西北方向移動;到9時15分烏海市烏達區(qū)處于云頂溫度最低處，此時該處降水加強，其中西山生態(tài)園（C5117）、植保站（C5116）小時雨量均達到6.2 mm;到10時15分，烏海市西北部云團發(fā)展加強，該云團位于烏海機場、濱河區(qū)上空，同時降水加強;到14時對流云團移出烏海市，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高空圖得出，原位于新疆西部的高空槽逐漸東移，到7月5日8時，高空槽加深發(fā)展移動到烏海市西部，低槽南部開始逐漸分裂，形成弱的“丁”字結構，此時配合副熱帶高壓不斷地西伸北抬，并加強，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，烏海市處于切變線暖區(qū)一側(cè)。700 hPa氣流由4日20時的6 m·s-1加強到12 m·s-1，水汽條件明顯轉(zhuǎn)好。物理量場分析得出，在850 hPa，7月4日20時到7月5日8時，烏海市為相對濕度條件轉(zhuǎn)好的過程，5日8時，相對濕度達到70%以上，利于水汽飽和，比濕條件轉(zhuǎn)好，達10 g·kg-1，同時烏海市烏達區(qū)有水汽輻合區(qū)出現(xiàn)。在500 hPa上，5日8時烏海市處于正的渦度平流控制，700 hPa、850 hPa為負的渦度平流控制，烏海市地面位于低壓中心，這種高層正渦度平流、低層負渦度平流的配置利于上升運動和地面氣旋的發(fā)展。5日8時烏海市位于假相當位溫能量舌處，假相當位溫值為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T-lnP圖（見圖5）得出，0～6 km垂直風切變較小;-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;抬升凝結高度LCL低，濕層較厚;Cape狹長，值為1062.5J·kg-1，利于較強降水的產(chǎn)生。5日20時，500hPa高空槽線移出烏海市，此次降水過程基本結束。

2.3 WRF對降水天氣的模擬分析

從WRF 7月4日20時起報的7月5日地面到500 hPa高度場、風場、相對濕度、氣壓場看出，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。結合烏海市地形特點，著重研究WRF模式模擬的800 hPa高度場、風場、溫度場、濕度的變化過程，而WRF模擬的5日8時850 hPa切變線位置與實況相比略微偏西，較實況偏快，導致WRF模擬24 h降水落區(qū)出現(xiàn)了偏差。