高黎貢山復(fù)雜地形下局地環(huán)流的數(shù)值模擬研究

邢雯雯 孫績?nèi)A 劉輝志 許魯君

1 廣東省氣象臺，廣州 510080

2 中國科學(xué)院大氣物理研究所大氣邊界層物理和大氣化學(xué)國家重點實驗室，北京 100029

3 云南省氣象臺，昆明 650034

4 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

1 引言

局地環(huán)流的形成與演變不僅受到熱力和動力作用的影響，還與下墊面的植被、環(huán)境風(fēng)等有關(guān)（Arritt and Pielke,1986;Gross,1987;Barr and Orgill,1989;Clements el al.,1989;Doran,1991）。局地環(huán)流系統(tǒng)對有組織的對流系統(tǒng)的生成、局地氣候、空氣污染的傳輸與擴散、霧的形成與消散、低云的形成等有重要作用。研究局地環(huán)流和相關(guān)大氣邊界層的特性對于氣象預(yù)報和空氣質(zhì)量的評估是很重要的（Prasad et al.,2017）。

山脈對氣流不僅有顯而易見的阻擋作用，還會在背風(fēng)坡產(chǎn)生渦旋氣流、重力內(nèi)波（劉輝志等，2001）、波破碎（齊瑛和傅抱璞，1992）等動力強迫現(xiàn)象，還會形成山谷風(fēng)、坡風(fēng)、下泄流、梵風(fēng)等等。早在上世紀(jì)50年代，葉篤正先生（1956）在小地形對于氣流的影響的綜合報告中總結(jié)到山地流場因風(fēng)速不同會形成四種結(jié)構(gòu)：無擾動的氣流、渦旋氣流、波狀氣流和轉(zhuǎn)子氣流。比起平原的山谷，高原山谷的山谷風(fēng)環(huán)流更加強盛（Schmidli and Rotunno,2012）；還有封閉型山谷比開放型山谷的山谷風(fēng)環(huán)流發(fā)展厚度大且特征顯著（王瑾等,2012）。這些研究多利用數(shù)值模擬或觀測分析揭示地形對氣流的影響。然而，局地風(fēng)的發(fā)展演變還會受到環(huán)境風(fēng)場的影響。眾所周知，在弱背景天氣條件下，更有利于局地環(huán)流的發(fā)展。在阿爾卑斯山脈的因河河谷，在偏南風(fēng)背景下山谷風(fēng)會抵抗環(huán)境風(fēng)，且氣流在阿爾卑斯山南面上升，北面下沉（Z?ngl,2009）。由背景風(fēng)和山谷風(fēng)的風(fēng)向關(guān)系還可以了解山谷風(fēng)的驅(qū)動機制（Cogliati and Mazzeo,2006）。

WRF（weather research and forecasting）模式被廣泛運用于研究山谷地形中大氣邊界層的風(fēng)和湍流特征以及大氣邊界層垂直結(jié)構(gòu)。在這些研究中，由于地域、氣候、地形等差異，效果較好的參數(shù)化方案也各不相同（劉振鑫等,2012; 屠妮妮等,2012;張小培和銀燕, 2013;尹相玉,2014;李斐等,2017）。我國地形西高東低，橫斷山脈位于青藏高原東南緣，平均海拔4000米以上，不僅地表粗糙度大，在動力上對大尺度環(huán)流有阻擋作用，而且熱力上隨季節(jié)變化和日變化差異都很大，這就導(dǎo)致了山脈東西部的氣候差異以及山區(qū)氣候明顯的垂直變化。高黎貢山這種位于西南季風(fēng)和東南季風(fēng)交匯區(qū)的南北走向的狹長型山脈，其附近的局地環(huán)流特征研究目前開展得不多。

高黎貢山是橫斷山脈最西部的山脈，北至西藏自治區(qū)，南達(dá)云南保山市境內(nèi)，南北長約135千米，平均海拔3500米，南段海拔稍低，東西僅9千米。其西側(cè)的深切型怒江大峽谷最低海拔700米，相對高差大。該區(qū)域位于亞洲季風(fēng)前沿，地處東亞水汽通道上游，受高空西風(fēng)環(huán)流、印度洋和太平洋季風(fēng)環(huán)流的影響。孟加拉灣西南季風(fēng)對該區(qū)的影響占主導(dǎo)地位（李汀和琚建華，2013）。已有研究指出，濕季除西南季風(fēng)外，東南季風(fēng)也會影響云南部分地區(qū)（陳艷等，2006）。而影響云南的太平洋東南季風(fēng)也基本分為三支：西太平洋副熱帶高壓南側(cè)的東南氣流、南海赤道輻合帶（ITCZ）北側(cè)的東南風(fēng)以及臺風(fēng)外圍氣流。但只有西太平洋副熱帶高壓伸過105°E時，東南季風(fēng)和攜帶的水汽才由副高南部外圍從西太平洋和南海進入云南（徐嘉行等,1984）。騰沖站和保山站被分割于高黎貢山東西兩側(cè)，受背景風(fēng)和地形的影響，保山與騰沖兩地的氣溫、相對濕度、降水、局地環(huán)流都存在差異，形成了不同的局地氣候。

本文利用騰沖氣象站的地面觀測資料、探空資料和保山氣象站的地面觀測資料，分析兩站的氣候條件差異；結(jié)合中尺度數(shù)值模式，對比不同邊界層參數(shù)化方案（YSU、MYJ、MYNN3、ACM2、Boulac）的模擬效果，研究WRF模式在騰沖保山地區(qū)復(fù)雜地形下的適用性，并選出最佳方案對干季和濕季的局地環(huán)流進行數(shù)值模擬，分析不同環(huán)流背景下的局地環(huán)流特征。

2 數(shù)據(jù)來源、試驗設(shè)計及邊界層參數(shù)化方案簡介

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文采用高黎貢山兩側(cè)的騰沖國家基準(zhǔn)氣候站（下稱騰沖站）及保山市氣象站（下稱保山站）2016年的資料進行分析及模式結(jié)果驗證。騰沖站（24.983°N，98.5°E）位于云南保山市。騰沖站海拔1697 m，東距高黎貢山山脈約20 km，場地四周為騰沖市郊區(qū)農(nóng)田，所測資料基本代表了高黎貢山以西的邊界層特征。保山站（25.117°N，99.183°E）位于高黎貢山以東，海拔1652.2 m，西距高黎貢山約32 km。兩個站主要是常規(guī)氣象要素觀測。騰沖站與保山站的位置如圖1b所示。

2.2 試驗設(shè)計

本文利用WRF3.7（Weather Research and Forecasting Model v3.7）模式，對比分析YSU、MYJ、MYNN3、ACM2、BouLac五種邊界層參數(shù)化方案在高黎貢山的適用性，模擬時段為2016年12月3日08時（北京時，下同）至8日08時；并采用最優(yōu)邊界層參數(shù)化方案對2016年高黎貢山干季和濕季局地環(huán)流特征進行模擬分析。干季模擬時段同上，濕季模擬時段為2016年9月23日08時至28日08時。模式采用四層嵌套，最內(nèi)層100 km×100 km，分辨率1 km，中心點位于高黎貢山南段山頂。垂直分層35層，2 km以下10層。模式輸入的初始場采用ECMWF ERA-interim的0.75°×0.75°再分析資料，地形資料為Modis資料，并且采用了次網(wǎng)格地形參數(shù)化方案（Jiménez and Dudhia,2012）來提高模擬區(qū)域內(nèi)的近地面風(fēng)的模擬 效 果（Jiménez and Dudhia,2013；Lee et al.,2015）。模式的四層模擬中采用的物理方案是一致的，短波輻射方案均采用Dudhia方案（Dudhia,1989），長波輻射方案采用RRTM方案（Mlawer et al., 1997），微物理方案采用WDM6方案（Lim and Hong,2010），積云對流方案為Kain-Fritsch方案（Kain and Fritsch,1993），陸面過程采用Noah方案（Chen and Dudhia,2001）。圖1a為模擬區(qū)域。圖1b為最內(nèi)層模擬區(qū)域的地形高度，包括了高黎貢山的南段。中間海拔3200 m以上的山脈是高黎貢山，其東側(cè)怒江大峽谷最低海拔低于800 m，峽谷東側(cè)是碧羅雪山。地勢呈現(xiàn)北高南低，山谷相間分布。圖1c是地表利用類型分布圖。在中西部的山脈地區(qū)主要是闊葉林、針葉林和混合森林，其中也混有一部分的草地和灌木。東部主要是草地和灌木，城市周邊分布著農(nóng)田，西北地區(qū)也有農(nóng)田分布。植被會影響地表能量通量的變化以及大氣邊界層內(nèi)的其他變量。

圖1 （a）四重模擬區(qū)域；（b）d04區(qū)域模擬地形高度（陰影）及站點位置（GLGM代表高黎貢山，T代表騰沖站，B代表保山站）；（c）d04區(qū)域MODIS20類土地利用情況Fig.1(a)Model domains(d01,d02,d03,and d04);(b)terrain height of d04 and locations of two stations(GLGM is Gaoligong mountains,T is Tengchong station and B is Baoshan station);and (c)land usetype of d04 from MODIS 20-classdataset

分析時段內(nèi)的天氣形勢如圖2所示，12月4日850 hPa等高線稀疏，云南地區(qū)沒有明顯的影響系統(tǒng)。海平面氣壓場顯示四川，貴州東部地區(qū)存在地面高壓。從9月27日的環(huán)流形勢來看，850 hPa我國北方地區(qū)受高壓控制，華南沿海有熱帶氣旋正在登陸，低壓中心將逐漸向西移動。

圖2 2016年12月4日08時（北京時，下同）（a）850 hPa位勢高度場（單位：dagpm）和（b）海平面氣壓場（單位：hPa）；2016年9月27日08時850 hPa（c）位勢高度場（單位：dagpm）和（d）海平面氣壓場（單位：hPa）（G代表高中心，D代表低中心）Fig.2(a)850-hPa geopotential height field(units:dagpm)and(b)sea-level pressure field(units:hPa)at 0800 BJT 4 December 2016,(c)850-hPa geopotential height field (units:dagpm)and (d)sea-level pressurefield (units:hPa)at 0800 BJT 27 September 2016.G standsfor high center,D stands for low center

2.3 邊界層參數(shù)化方案簡介

不同的邊界層參數(shù)化方案會導(dǎo)致邊界層內(nèi)的溫度、濕度以及降水模擬結(jié)果存在明顯差異（Xie et al.,2012）。本文選用常用的YSU、MYJ、MYNN3、ACM2、BouLac五種方案進行對比，分析模擬效果，選出最佳方案。

YSU方案（Hong et al.,2006）是基于K理論的一階非局地閉合方案。YSU方案解決了MRF方案中大氣層結(jié)過于穩(wěn)定的問題。該方案顯式處理夾卷過程，降低了動力強迫的湍流混合而增加了熱力強迫誘導(dǎo)的湍流混合。ACM2方案（Pleim,2007）是一階閉合非局地方案，在ACM1方案的基礎(chǔ)上增加了局地湍流輸送，可以模擬由浮力作用引起的非局地向上輸送和局地湍流交換。MYJ、MYNN3、BouLac方案是基于湍流動能TKE的方案。有研究指出，TKE方案比一階閉合方案更能反映邊界層的整體湍流結(jié)構(gòu)（Holt and Raman,1988）。其中MYJ方案（Mellor and Yamada,1982）通過迭代求解TKE產(chǎn)生和損耗微分方差計算邊界層高度。MYNN3方案（Nakanishi and Niino,2004）加入了凝結(jié)物理過程，改進了湍流動能和混合層高度偏低的問題。BouLac方案（Bougeault and Lacarrère,1989）根據(jù)湍流動能的垂直分布計算邊界層高度。

3 結(jié)果分析

3.1 高黎貢山東、西兩側(cè)氣象特征

對比分析2016年高黎貢山東、西兩側(cè)騰沖和保山站地面氣象觀測資料，發(fā)現(xiàn)全年氣溫8月最高，1月最低；最高溫度出現(xiàn)在14時，最低氣溫出現(xiàn)在7時；兩站的溫度年變化和日變化趨勢相似，但保山站的日平均氣溫明顯高于騰沖站，平均高出1.9°C（表1），年平均的溫度日變化保山也明顯高于騰沖（圖3b）。兩站的相對濕度全年50%～100%，其中3月相對濕度最?。徊⑶冶Ｉ秸镜南鄬穸鹊陀隍v沖站，平均低了約14%（表1），相對濕度日變化保山也低于騰沖（圖4b）。

圖3 2016年騰沖站（黑色）和保山站（灰色）氣溫（單位：℃）（a）年變化和（b）日變化Fig.3(a)Annual variation and (b)daily variation of air temperature (unit:°C)at Tengchong station (black)and Baoshan station (gray)in 2016

圖4 2016年騰沖站（黑色）和保山站（灰色）相對濕度（a）年變化和（b）日變化Fig.4 (a)Annual variation and (b) daily variation of relative humidity at Tengchong station (black)and Baoshan station (gray) in 2016

表1 騰沖站和保山站全年、干季和濕季的日平均氣溫（單位：°C）和相對濕度Table 1 Daily average air temperature(units:°C)and relative humidity at Tengchong and Baoshan stations throughout the year,dry and wet seasons

騰沖站全年平均風(fēng)速1.94 m s?1，干季（圖5a）風(fēng)向以東南風(fēng)為主，濕季有西南風(fēng)也有東南風(fēng)。風(fēng)向日變化表現(xiàn)出上午有短時的西北風(fēng)，白天多為西南風(fēng)，夜間轉(zhuǎn)為東南風(fēng)；保山站全年平均風(fēng)速1.75 m s?1，干季（圖5c）主要吹西南風(fēng)，濕季為東南偏南風(fēng)、偏南風(fēng)和東南風(fēng)。無論騰沖還是保山，西南風(fēng)風(fēng)速多為4～7 m s?1，大于東南風(fēng)主要風(fēng)速2～4 m s?1。

圖5 2016年騰沖站（a）干季、（b）濕季和保山站（c）干季、（d）濕季風(fēng)玫瑰圖Fig.5 Wind rosesof (a) dry season and (b)wet season at Tengchong station and (c)dry season and (d) wet season at Baoshan station in 2016

南北走向的高黎貢山阻礙了西南季風(fēng)，其中一部分氣流被阻擋，一部分較強氣流翻越過高黎貢山。來自孟加拉灣的西南季風(fēng)，在迎風(fēng)坡爬升時水汽凝結(jié)降落，氣流過山以后溫度升高而濕度降低。所以位于山脈西側(cè)的騰沖站相比于東側(cè)的保山站溫度低且濕度高。哀牢山同樣在濕季西坡濕度資源明顯優(yōu)于東坡（劉玉洪等,1996）。

3.2 不同邊界層參數(shù)化方案的適用性

為了得到最佳的模擬效果，本文選擇的5種行星邊界層方案對比的結(jié)果如下。溫度模擬的誤差主要是最低溫度模擬偏高，YSU方案和ACM2方案模擬的平均絕對誤差最?。ū?）。觀測風(fēng)向受地理位置和局地環(huán)流影響很大。上午10～11時常出現(xiàn)西北風(fēng)，白天多為西南風(fēng)，夜間轉(zhuǎn)為東南風(fēng)。模擬結(jié)果顯示，MYNN3模擬的風(fēng)向平均絕對誤差最小，MYJ和BouLac方案其次，但是YSU和MYJ方案的日變化趨勢與觀測值更加接近。騰沖站觀測平均風(fēng)速1.8 m s?1，各個方案模擬的平均絕對誤差都偏小，其中ACM2最小。綜合風(fēng)速樣本結(jié)構(gòu)分析，MYJ方案和ACM2方案模擬效果較好（圖6d）。

圖6 2016年12月4日觀測值與5種邊界層參數(shù)化方案模擬值對比：（a）2 m溫度（單位：°C）；（b）10 m風(fēng)向[單位：(°)]；（c）10 m風(fēng)速日變化（單位：m s?1）；（d）10 m風(fēng)速箱圖Fig.6 Comparison of observed values on 4 December 2016 with the simulated values of five boundary layer parameterization schemes:(a)2-m temperature (units:°C);(b)10-m wind direction [units:(°)]of daily variation;(c)10-m wind speed (units: m s?1);(d) box chart of 10-m wind speed

表2 五種邊界層參數(shù)化方案對溫度、風(fēng)向和風(fēng)速的模擬值與觀測值的平均絕對誤差Table 2 Mean absolute errors between observed and simulated values of air temperature,wind direction,and wind speed by the five boundary layer parameterization schemes

3.3 干季和濕季局地環(huán)流分析

3.3.1干季局地環(huán)流

基于3.2節(jié)的分析，干季和濕季局地環(huán)流的模擬采用了YSU邊界層參數(shù)化方案。最內(nèi)層模擬區(qū)域內(nèi)的2 m溫度疊加10 m風(fēng)矢量圖（如圖7），黑色等值線為地形高度。夜間（圖7a）山體溫度較低，高黎貢山山頂氣溫低至零下，其東側(cè)的怒江大峽谷溫度較高，山谷之間溫差較大。騰沖和保山（圖7d中黑色圓點所示位置）由于城市熱島效應(yīng)溫度偏高。夜間風(fēng)速較小，山坡輻射冷卻降溫較大，山谷降溫較慢，盛行由山坡吹向山谷的山風(fēng)，高黎貢山東西兩側(cè)山風(fēng)明顯，西北部海拔較高的區(qū)域和東部的碧羅雪山，也以山坡吹向山谷的山風(fēng)為主要環(huán)流形勢，山頂氣流輻散而山谷氣流輻合。并且，東側(cè)怒江大峽谷內(nèi)風(fēng)向偏北，直至上午模擬區(qū)域內(nèi)的氣流基本都有偏北分量，日出之后地面開始接收太陽輻射加熱，山谷開始升溫，09時山風(fēng)減弱而谷風(fēng)開始發(fā)展。山坡東側(cè)升溫快，在氣壓梯度力的作用下，高黎貢山東側(cè)最先開始形成由山谷吹向山坡的谷風(fēng)。隨著溫度升高，10時（圖7b）西側(cè)的谷風(fēng)也逐漸發(fā)展起來。14時（圖7c）谷風(fēng)環(huán)流更加明顯，高黎貢山兩側(cè)氣流沿山坡上升，氣流在山頂附近輻合，怒江大峽谷氣流輻散。騰沖站基本為西南氣流，保山站為偏東氣流。高黎貢山西側(cè)氣流轉(zhuǎn)為有偏南分量。19時高黎貢山東坡開始出現(xiàn)山風(fēng)環(huán)流，20時西坡也開始出現(xiàn)山風(fēng)，21時山風(fēng)環(huán)流加強。夜間高黎貢山山體氣流輻散，騰沖站主要為南風(fēng)，東側(cè)保山站主要為西北風(fēng)。綜上，地面風(fēng)速較小，尤其在夜間，高黎貢山東西兩側(cè)主要在地形熱力作用下形成有日變化的山谷風(fēng)環(huán)流；從夜間到白天，氣流的偏北分量逐漸轉(zhuǎn)為偏南分量，同樣是北高南低的地形熱力作用導(dǎo)致。夜間山頂氣流輻散，山谷氣流輻合，白天則相反。騰沖站和保山站分別位于山的西側(cè)和東側(cè)谷內(nèi)，風(fēng)向受山谷風(fēng)環(huán)流發(fā)展轉(zhuǎn)換的影響，風(fēng)向基本相反，這與觀測事實是相符的。

圖7 模擬的2016年干季（12月4日）10 m風(fēng)場（箭頭，單位：m s?1）、2 m溫度（陰影，單位：°C）和地形高度（等值線，單位：m）：（a）02:00；（b）10:00；（c）14:00；（d）20:00Fig.7 Simulated the 10-m wind field(black vector,units:m s?1),2-m temperature(shaded,units:°C),and terrain height (contour,units: m)in 2016 dry season (December 4th):(a)0200 BJT;(b)1000 BJT;(c) 1400 BJT;(d)2000 BJT

為了分析位溫和垂直環(huán)流結(jié)構(gòu)，沿25.23°N做5 km以下的垂直剖面圖（圖8見文后彩圖）。干季中層盛行偏西風(fēng)。夜間，低層垂直剖面圖上全部為平直的西風(fēng)氣流。在高黎貢山東側(cè)的怒江大峽谷，西風(fēng)過山以后形成了小的空腔區(qū)和逆向氣流。西側(cè)山谷低層有被高黎貢山阻擋的折返氣流。日出以后，對流邊界層開始發(fā)展，在高黎貢山西側(cè)山谷地面以上1 km出現(xiàn)東風(fēng)氣流，西側(cè)怒江大峽谷內(nèi)的逆向氣流也更加旺盛。由于東側(cè)碧羅雪山的阻擋，峽谷內(nèi)近地層位溫較低，上層背風(fēng)坡升溫快，高黎貢山兩側(cè)等位溫線東高西低。谷風(fēng)環(huán)流也開始發(fā)展。14時，西風(fēng)更加強盛，且在西側(cè)山谷內(nèi)氣流上升往兩側(cè)下沉，形成小的渦旋，對流邊界層高度達(dá)1 km以上。高黎貢山東側(cè)大峽谷內(nèi)西風(fēng)氣流逆轉(zhuǎn)下沉，碧羅雪山西坡出現(xiàn)下坡風(fēng)。日落后地面長波輻射冷卻，谷風(fēng)減弱而山風(fēng)逐漸發(fā)展。4日晚上冷高壓南壓，東北季風(fēng)較強，20時碧羅雪山以西3.2 km以下出現(xiàn)東風(fēng)氣流，東西風(fēng)交匯，湍流混合層較弱。峽谷內(nèi)東風(fēng)下傳，西側(cè)山谷內(nèi)氣流仍然存在小的渦旋。

圖8 2016年干季（12月4日）沿25.23°N的位溫（填色，單位：K）、風(fēng)場（箭頭，單位：m/s）的垂直剖面（黑色陰影是海拔超過800 m的地形）：（a）02:00；（b）10:00；（c）14:00；（d）20:00Fig.8 Vertical cross sections of potential temperature(shaded,unit:K)and wind field (vector, unit: m s?1)at 25.23°N in 2016 dry season (December 4th)(Black shadows are terrain over 800 m above sea level):(a)0200 BJT;(b)1000 BJT;(c)1400 BJT;(d)2000 BJT

3.3.2濕季局地環(huán)流

濕季騰沖保山地區(qū)受偏東背景風(fēng)的影響，夜間高黎貢山山頂已轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，在東風(fēng)的影響下東側(cè)的山風(fēng)明顯比西側(cè)弱（圖9a見文后彩圖）。與干季不同的是西側(cè)仍以山風(fēng)環(huán)流為主而風(fēng)向偏北，但東側(cè)風(fēng)向偏南。白天，谷風(fēng)環(huán)流10時發(fā)展旺盛，谷風(fēng)在山頂輻合。14時，高黎貢山東側(cè)的偏東谷風(fēng)加大，甚至在有些地方越過山頂，明顯抑制了西側(cè)偏西谷風(fēng)的發(fā)展（圖9c見文后彩圖）。在青藏高原的南克湖盆地，較強的背景風(fēng)會推遲湖風(fēng)甚至模擬不出湖風(fēng)（Gerken et al.,2014）。騰沖站風(fēng)向西南，保山站風(fēng)向東南。綜上，東風(fēng)導(dǎo)致白天高黎貢山西側(cè)谷風(fēng)減弱，夜間東側(cè)側(cè)山風(fēng)減弱。可見當(dāng)背景風(fēng)較強和風(fēng)向與局地風(fēng)風(fēng)向相反時，會抑制局地環(huán)流的發(fā)展。

圖9 同圖7 ，但為2016年濕季（9月27日）的10 m風(fēng)場、2 m溫度和地形高度Fig.9 Sameas Fig.7, but for 10-m wind field,2-m temperature,and terrain height in 2016 wet season (September 27th)

夜間4.4 km到地面全部為東風(fēng)控制。上層西風(fēng)與下層?xùn)|風(fēng)交匯形成交換帶（圖10見文后彩圖）。上午10時山谷風(fēng)環(huán)流開始形成。東西風(fēng)相遇的高度下降至3.5 km，在東、西風(fēng)相遇高度上形成若干個小的渦旋。在東側(cè)峽谷內(nèi)東風(fēng)受高黎貢山阻擋后下沉或彎折。午后高黎貢山西側(cè)高層西風(fēng)動量下傳，與下層?xùn)|風(fēng)產(chǎn)生擾動，西側(cè)近地面氣流起伏波動，等位溫線也隨之起伏。東側(cè)的東西風(fēng)交換帶更低一些，東風(fēng)在怒江大峽谷下沉，怒江大峽谷以314 K位溫充分發(fā)展混合層。東風(fēng)氣流在低層被高黎貢山阻擋而高層強西風(fēng)氣流翻越過高黎貢山逐漸下傳，使得山脈兩側(cè)東、西風(fēng)混合層高度不同。20時氣流已沒有中午時那么強盛，東風(fēng)高度在4 km左右。濕季，在偏東背景風(fēng)的影響下，中層?xùn)|風(fēng)和西風(fēng)的動量交換會使底層產(chǎn)生波動，東風(fēng)氣流的影響高度僅在5 km以下。

3.4 邊界層高度分析

圖11為干季和濕季騰沖站、保山站邊界層高度的日變化。夜間穩(wěn)定邊界層高度幾乎保持不變，維持在幾十米的高度。09時谷風(fēng)環(huán)流開始時邊界層開始發(fā)展，午后對流邊界層充分發(fā)展，14時至15時高度達(dá)到最高，干季騰沖站大氣邊界層高度可達(dá)到2500 m以上，保山站大氣邊界層高度為2169 m，騰沖邊界層高度比保山高300 m左右。干季邊界層高度高于濕季。騰沖站和保山站都位于高黎貢山南段緯度上，基于上述干季和濕季位溫和風(fēng)場的剖面分析，可以注意到干季背景風(fēng)環(huán)流較弱，利于局地環(huán)流的發(fā)展；而濕季受偏東背景風(fēng)影響時，白天的谷風(fēng)環(huán)流與背景風(fēng)風(fēng)向是相反的，因而抑制了局地環(huán)流的發(fā)展，邊界層高度也就低于干季。正如當(dāng)背景風(fēng)風(fēng)速較大時，湖風(fēng)會被推遲或者抑制（Gerken et al.,2014）。另外，高黎貢山西側(cè)干季由于山脈阻擋，西風(fēng)氣流下沉?xí)纬尚〉臏u旋，湍流混合充分，邊界層高度高于保山；濕季受偏東風(fēng)影響時，背景風(fēng)使高黎貢山西側(cè)谷風(fēng)和東側(cè)山風(fēng)減弱，而湍流混合層主要受白天谷風(fēng)發(fā)展的影響，故而濕季騰沖與保山的邊界層高度相差不大。

圖11 模式中干季（2016年12月4日）（黑色）、濕季（2016年9月27日）（灰色）騰沖站（方框）和保山站（圓點）的邊界層高度（單位：m）對比Fig.11 Comparison of boundary layer height(units: m)between Tengchong station(square)and Baoshan station(dot)of dry season(4 December 2016)(black)and wet season(27 September 2016)(gray)in model

4 結(jié)論

本文基于高黎貢山東、西兩側(cè)騰沖和保山站氣象觀測資料，驗證WRF模式不同邊界層參數(shù)化方案在復(fù)雜地形下的適用性，并模擬分析高黎貢山局地環(huán)流特征。研究表明，高黎貢山西側(cè)比東側(cè)溫度低、濕度大，東、西兩側(cè)干季和濕季主導(dǎo)風(fēng)向不同。高黎貢山南段的騰沖—保山地區(qū)谷風(fēng)出現(xiàn)在09時，山風(fēng)出現(xiàn)在19時。局地環(huán)流以山谷風(fēng)環(huán)流為主，白天多為偏南風(fēng)，夜間為偏北風(fēng)和偏西風(fēng)。白天山頂氣流輻合，山谷輻散，夜間相反。白天風(fēng)速大于夜間。干季西風(fēng)風(fēng)力較弱，有利于對流層低層局地環(huán)流的發(fā)展。濕季偏東風(fēng)較強，谷風(fēng)環(huán)流發(fā)展受到抑制，邊界層高度低于干季。另外，干季較強的西風(fēng)遇到高黎貢山，在西坡下沉和形成渦旋，西側(cè)湍流混合充分，邊界層高度高于東側(cè)。濕季受較強的偏東背景風(fēng)削弱了西側(cè)谷風(fēng)環(huán)流的發(fā)展，因而騰沖與保山的邊界層高度相差不多。

本文對高黎貢山南段地區(qū)的局地環(huán)流做了個例分析，結(jié)果與該區(qū)的氣候特征、背景風(fēng)等較為一致，具有一定的代表性。但是僅模擬了兩個時段的局地環(huán)流，若要了解高原復(fù)雜地形下在西南季風(fēng)和東南季風(fēng)交匯區(qū)的局地環(huán)流，還需要匯集更多的地面觀測資料以及背景風(fēng)資料來進行更加深入的研究。