基于中尺度气象模式MM 5模拟分析某大型水电站建成后对局地气候影响

2015-06-05谭平，刘园

水电站设计 2015年2期

关键词：对局局地降雨量

谭平，刘园

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

基于中尺度气象模式MM 5模拟分析某大型水电站建成后对局地气候影响

谭平，刘园

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

采用区域中尺度气象模式MM5V3模拟分析某大型水电站建成运行后局地气候的变化，定量预测分析了该工程建成运行后局地气候中的主要气象因子温度和降雨的变化。

水电站；水库；局地气候；MM5

1 概述

某大型水电站是四川西部某河流规划的“龙头”水库电站，也是整个流域的控制性工程。该电站相应库容101.54亿m3，调节库容65.60亿m3，具有多年调节能力，正常蓄水位时水库面积109.29 km2，干流回水长度114 km，第一大支库回水长度92 km，第二大支库回水长度21 km。

该电站地处青藏高原东南边缘，该地区地形复杂，局地高度梯度大，天气、气候变化复杂。电站修建后，水库淹没区陆地表面将被水体所取代，将明显改变库区的水面宽度。由于陆地与水体具有明显不同的光、热属性，使得地、气之间相互作用改变，势必导致局地气候变化，并进一步影响当地生态环境、农业生产和人居环境。因此，采用适当的方法合理预测该电站建成后对局地气候的影响意义重大。

2 模型选取

20世纪70年代，国内在研究新安江水库对局地气候的影响时，采取通过对建库前后实测气象资料的对比分析来研究。20世纪80年代，国内在评估三峡工程对局地气候的可能影响时，也是利用实际观测资料，并通过一些简化的大气方程来实现的。

近年来，数值模式的气候研究取得了长足进步，数值模式的进步使研究土地利用变化对局地气候的影响成为了可能，目前研究较多的就是利用MM 5等数值模式模拟城市化对局地气候的影响。MM 5是美国宾夕法尼亚州立大学／国家大气研究中心（PSU／NCAR）从20世纪80年代以来共同开发的第五代区域中尺度数值模式，该模式曾成功地模拟出爆发性气旋、中层涡旋、低空急流、MCS、飑线、切变线和台风等造成重大灾害性天气过程的中尺度或中间尺度（500～1000 km）系统。在我国，国外学者利用MM 5模拟研究了三峡工程对局地气候影响，模拟结果与实际监测资料基本一致。

为此，本研究拟采用MM 5V3（即MM 5模式的第三版本）模拟分析该水电站建成运行后局地气候的变化。

3 模型预测

3.1 数值模拟方法

本次数值模拟通过控制试验和敏感性试验进行预测。控制试验目的是通过较为真实的地表使用状况还原真实的大气状况，检验模式对真实大气的模拟能力，并以此作为试验结果是否可信的一个重要依据。敏感性试验的目的是，分析该水电站建成运行之后，局地大气会呈现出什么样的状况。敏感性试验减去控制试验之差，即可初步视为该水电站对局地气候可能的影响。

两组试验的以下要素设置相同：试验时间长度为1年，具体时间是2005年3月至2006年2月；试验区域范围模拟采用2重嵌套，粗网格模拟区域的中心点纬度为31°N，经度为101°E，外层的分辨率为5 min，格距约为9 km，范围在26°N～36°N、96°E～108°E，此区域包含了青藏高原以及四川盆地，可以较粗略地反映高原以及盆地的地形对研究区域所产生的影响；内层区域范围为29°N～33°N、99°E～103°E包含了本研究重点讨论的该水电站工程地区，内层格点的分辨率为2 m in，格距约为3 km，内网格具有较好的分辨率，较真实的反映了该水电站工程地区的地形特征范围（见图1）；试验采用1°× 1°的NCEP再分析资料（资料的时间间隔为6 Hr）作为初始场和边界条件；边界层方案是适用于高分辨网格的MRFPBL方案；辐射方案是Cloud－radiation scheme。

控制试验与敏感性试验的差别在于：控制试验直接使用模式TERRAIN模块产生的地表使用数据，敏感性试验将本水库淹没区域的陆地变成3 km宽的水体，改变成水体的位置见图2所示，其形状及位置均与该水电站淹没区形状及地理位置大体一致。

图1 该水电站局地气候影响研究范围

图2 该水电站地区陆地表面变成水体的主要位置

3.2 该水电站水库蓄水后局地气温的变化

数值模拟分析发现，该水电站水库蓄水后局地气温变化如下：3月温度下降0.2～0.4℃；4月温度下降0.4～0.6℃；5月温度增加0.2～0.4℃；6月雅砻江主库附近存在0.2℃的降温，鲜水河支库附近存在0.2～0.4℃的增温；7月温度下降0.0～0.2℃；8月温度下降0.0～0.2℃；9月温度下降0.2～0.4℃；10月温度增加0.0～0.2℃；11月温度下降0.4～0.6℃；12月、1月库区温度下降0.1℃，其余地区温度有微弱的增加；2月温度下降0.4～0.8℃。局地气温预测结果见图3。

总体来看，该水电站水库蓄水后，气温在干季和湿季均有所降低，降低幅度在0.8℃以下，最大温降出现在2月，降低幅度为0.4～0.8℃；只在干湿季节转换的时候（5月和10月）气温略有上升，上升幅度在0.4℃以下。

3.3 该水电站水库蓄水后局地降雨量的变化

数值模拟分析发现，该水电站水库蓄水后局地降雨量变化如下：3月降雨减1～2 mm；4月降雨增加5 mm，增加最为明显的是该水电站所在地东北面；5月在鲜水河两岸，降雨增加15 mm；6月在鲜水河以东降雨减少10 mm；7月、8月降雨量将分别减少10～15 mm；9月降雨量减少5 mm；10月该水电站所在地西北面降雨量增加4mm；11月降雨量减少2 mm；12月、1月降雨量没明显变化；2月该水电站所在地西北面，降雨量增加2 mm，而东南面降雨量减少1 mm。降雨量变化预测结果见图4。

总体来看，该水电站水库蓄水后，局地可发生明显的降雨量变化，降雨量的影响范围主要集中在库区水体周边及库周区域的东北部。其中，3月、6～9月和11月降雨量有所减少，4～5月和10月降雨量有所增加，2月降雨量在不同区域存在不同的增加或减少趋势，1月和12月降雨量则没有明显变化。从降雨量变化幅度来看，增减幅度均在15 mm以下，其中5～8月变化幅度较大，约为10～15 mm；其它月份变幅均较小，基本在5 mm以下。