贵州典型暴雨地形影响的数值模拟

2014-04-29吉廷艳彭芳周后福夏晓玲

安徽农业科学 2014年1期

吉廷艳彭芳周后福夏晓玲

摘要以2011年6月5～6日贵州山地暴雨为例，采用中尺度数值模式WRF对贵州省典型的山地暴雨进行数值模拟，分析山地地形对暴雨环流的影响。结果表明，地形对500 hPa的风场尽管没有改变大的分布格局，但发现地形未处理时的分布相对复杂；在700 hPa层次上，去除地形影响时扰动更加明显；当消除地形后，南北气流交换更加明显，移动速度更快；未处理地形情况下的湿度分布更为复杂，西部地区有大量的高值中心；西部地势高，未处理地形时对天气系统的影响比较大。可见，地形未处理时环流系统的分布比消除地形时相对复杂。

关键词山地暴雨；WRF模拟；地形影响；贵州

中图分类号P333文献标识码A文章编号0517-6611（2014）01-00176-03

基金项目贵州省科学技术基金（黔科合J字[2011]2147号）；公益性行业（气象）科研专项（GYHY201306059）。

作者简介吉廷艳（1965- ），女，贵州普安人，高级工程师，从事气象预报业务研究，Email：tttt2220@sina.com。*通讯作者，高级工程师，硕士，从事强对流天气研究，Email：zhf_ahqx@163.com。

收稿日期20131209对暴雨的研究一直是气象工作者的重要课题之一，关于贵州山地暴雨方面也有过较多研究[1-2]。但由于贵州地处低纬山区，呈现西高东低的地形分布，特殊的地形地理因素使得暴雨的形成机理尤其复杂，针对贵州地形影响暴雨的模拟研究尚不多见。地形的迎风坡一般具有动力及屏障作用，可以使气流绕地形流动和被迫爬升，且暖湿气流容易在中尺度地形迎风坡造成气旋性辐合[3-4]。林之光在前人研究工作的基础上，系统总结了地形对降水的加强作用，指出山脉迎风降水和背风雨影是湿气流对山脉地形响应所产生的地形降水的基本特征，降水在山脉迎风坡加强而在背风面大大减少是山脉地形对大气中的水汽输送和降水分布发生作用的主要表现形式[5]。刘卫国等分析指出，地形的强迫抬升作用在很大程度上改变了地形云降水的特征，特别是迎风坡面地形抬升使云的发展增强，对流强度增强[6-7]。郑庆林等研究指出，大尺度的青藏高原地形的绕流辐合作用以及秦岭—大巴山地区的迎风坡强迫抬升作用，均对降水产生增强作用[8]。笔者以2011年6月5～6日贵州山地暴雨为例，采用中尺度数值模式WRF对贵州省典型的山地暴雨进行数值模拟，分析山地地形对暴雨环流的影响。

1资料与方法

利用中尺度数值模式WRF模拟2011年6月5～6日的贵州山地暴雨，研究地形对暴雨的影响情况。由于这次暴雨为全省性的大范围强降水，故山地暴雨过程非常典型。根据贵州省的经纬度分布，选取的经纬度范围为105.1°E、24.99°N～109.4°E、28.5°N，模式模拟时间从6月4日14：00开始。在进行数值模拟时涉及到模式参数和地形处理方案的确定。

模式参数选用WRF 3.2版本进行模拟，采用2层嵌套方式来实施。第1层网格为100×78格点，第2层为133×118格点；垂直层次为地面向上27层，地面以下4层；第1层格距为15 km，第2层为5 km；微物理方案第1和第2层分别为WSM 3级简单冰相方案和WSM6冰雹方案。地形处理方案选定强降水为中心的矩形范围，求取该范围内的地形平均高度，若在该范围内的地形高度高于平均值，则将地形降低为该平均值，为此消除地形影响的情况；未处理地形则是按照实际地形来实施，未加处理。

2结果与分析

2.1实例实际降雨概况6月5～6日贵州全省均有降雨，强降水中心为东北—西南向，以中部及东北部降雨较强，局地降水超过100 mm，安顺、贵阳、黔东南、遵义等地11站暴雨，1站大暴雨（图1）；5日上午黔东南和铜仁降雨较强，下

2.2环境背景场模拟分析

2.2.1500 hPa风场模拟。6月4日14：00 500 hPa高度上风场一致为偏西风，20：00开始中部出现扰动，并不断加强（图2a），到5日02：00扰动发展到最强，在中部两边分别发展为2个涡旋（图2b），随后涡旋快速东移，到11：00涡旋基本移出贵州；5日白天继续维持偏西气流，到6日02：00西南部又出现扰动，随后扰动发展东移，到6日08：00发展到最强，14：00移出贵州。对比地形处理前后500 hPa风场可以发现，地形对500 hPa的风场尽管没有改变大的分布格局，但地形未处理时的分布相对复杂。其中图2a1圆圈中的风向切变比图2a2大，图2b1方框中的风向切变比图2b2的大。

2.2.2700 hPa风场模拟。在700 hPa层面上，西部地形较注：a1、b1为未处理地形；a2、b2为消去地形影响。

2.3相对湿度模拟分析在700 hPa相对湿度图上，全省的湿度均较高，湿度高值中心在贵州的中部一线。以4日23：00来比较，整个贵州范围湿度均在80%以上，去除地形前后的湿度分布在中部一带有带状分布，但也存在一定的差异，主要表现在未处理地形时的湿度分布更为复杂。未处理地形情况下，中小尺度的高值中心较多，尤其在西部地区有大量的高值中心；在中部一线均有分布，分布不均匀。消除地形后的情况下，高值中心明显减少，湿度分布相对比较均匀，尤其是西部地区，可见地形阻碍了湿度的均匀化分布。地形使得湿度的水平分布不均匀，导致降水分布差异明显，也引起局地强降水的发生。

3结论

（1）地形对高层（500 hPa）的风场影响不大，消除地形不能够改变高层天气要素的变化。地形对500 hPa的风场尽管没有改变大的分布格局，但地形未处理时的分布相对复杂。在700 hPa层次上，去除地形影响时扰动更加明显；当消除地形后，南北气流交换更加明显，移动速度更快。

（2）未处理地形情况下的湿度分布更为复杂，西部地区有大量的高值中心。

（3）西部山脉众多，地势高，地形对天气系统的影响比较大；东部地势较低，地形对天气系统的影响比较小。

参考文献

[1] 池再香，白慧，黄红，等.夏季黔东南州局地暴雨与西太副高环流的关系[J].高原气象，2008，27（1）：176-182.

[2] 李登文，杨静，乔琪.2006-06-13贵州省望谟县大暴雨的诊断分析[J].南京气象学院学报，2008，31（4）：511-519.

[3] 臧增亮，张铭，沈洪卫，等.江淮地区中尺度地形对一次梅雨锋暴雨的敏感性试验[J].气象科学，2004，24（1）：26-34.

[4] 朱民，余志豪，陆汉城.中尺度地形背风坡的作用及其应用[J].气象学报，1999，57（6）：795-804.

[5] 林之光.地形降水气候学[M].北京：科学出版社，1995：96-105.

[6] 刘卫国，刘奇俊.祁连山夏季地形的结构和云微物理过程的模拟研究（I）：模式云物理方案和地形云结构[J].高原气象，2007，26（1）：1-15.

[7] 刘卫国，刘奇俊.祁连山夏季地形的结构和云微物理过程的模拟研究（II）：云微物理过程和地形影响[J].高原气象，2007，26（1）：16-29.