利用WRF模式实现风切变要素的模拟与验证

王凯 李静 达布希拉图

（内蒙古气象科学研究所，内蒙古 呼和浩特 010051）

利用WRF模式实现风切变要素的模拟与验证

王凯 李静 达布希拉图

（内蒙古气象科学研究所，内蒙古 呼和浩特 010051）

本文主要探讨了利用中尺度数值预报模式开展风切变要素的数值预报方法，采用对垂直风切变和水平风切变以不同权重相加得到风切变指数的预报算法，分析了模式格点对风切变强度变化的影响，利用中尺度WRF数值模式实现了风切变要素的模拟与验证，使得定量化的风切变预报方法得到了发展。结果表明：中尺度WRF数值模式对风切变的时空分布具有一定得预报能力，但模式的预报检验以及模式的预报精度还有待提高，定量化的气象要素预报将成为航空气象服务的发展趋势。

航空气象；风切变；中尺度数值模式

1 引言

风切变是一种大气现象，指风向和风速在空中水平或垂直距离上的变化。风切变是导致飞行事故的重要因素，特别是低空风切变对飞机起飞和着陆安全威胁巨大，不仅能使飞机航迹偏离，而且会破坏飞机的稳定性。目前我国针对风切变的预报，一方面依赖于预报员的经验预报［1-3］，另一方面来自飞行员的实际感受，预报结果基本都是定性的判断，而不是定量化预报结果。国内对于风切变要素对航空飞行的影响的研究还比较薄弱［4-8］，尚缺乏不同条件下的经验参数方法和临界值判断标准。近年来，随着观测技术的不断完善和观测资料的同化处理［9］，各种数值预报模式得到了长足的发展，其预报准确率的逐步提高，各类数值预报产品越来越多的应用在在航空气象的预报中。翟菁等［10］航空气象要素预报算法和个例研究，对风切变指数采用对垂直风切变和水平风切变以不同权重相加得到风切变指数的预报算法，实现了基于中尺度数值模式MM5产品的风切变的航空气象要素的预报。李红金等［11］直升机飞行危险天气区数值建模方法研究，探讨了直升机飞行气象要素和危险天气区--强风切变区的数值建模方法，形成了适用于直升机飞行训练仿真的危险天气数据模型。本文基于中尺度数值模式WRF产品，实现了风切变要素的预报与验证，并对风切变天气过程的模式预报结果与实际天气进行了验证，以此说明中尺度WRF数值模式实现风切变要素的预报能力。

2 中尺度数值模式WRF设计

本文所采用的模式为WRF的中尺度数值模式产品，以NCEP资料模式产品为初始场。模式采用三层嵌套，第一层分辨率为27km，涵盖内蒙古全区；第二层分辨率为9km，主要覆盖内蒙古中东部地区；第三层分辨率为3km，模拟区域为乌海机场附近。

3 风切变要素算法

根据预报员的习惯，将所算得的风切变数值转换为风切变等级，主要分为五个等级，并给出不同等级风切变强度变化对飞行的影响，见表1。

表1 风切变要素强度及其对航空影响

4 风切变要素个例验证

根据实际情况下出现大风天气时，对WRF模式模拟结果进行分析，给出内蒙古乌海机场附近一出风切变数值模拟结果。

2013年5月14日内蒙古自治区乌海机场出现了一次严重的风切变事件，全天机场飞行管制区域内伴有风切变及颠簸。当日天气实况为上午07：40为西风，平均风速12m/s，13：00 转为西北风，17：30又转为西风，平均风速17m/s，此后大风伴随风切变的天气一直维持到傍晚才结束。早起08：00，由图1WRF模式模拟2013年5月14日08时500，700，850，925hpa全区风切变分布看出，高层风切变强度较弱，范围也比较小；低层风切变强度较大，可达一级以上风切变，影响范围可覆盖全区。图2给出了2013年5月14日08时500和700hpa乌海风切变分布情况，可以看出，乌海机场风切变模拟结果能达到1级风切变以上，局部地区较强，与实际情况较符。针对风切变的发生情况，WRF模式预报的风切变产品具有一定的预报能力。

图1 2013年5月14日08时500和850hpa全区风切变分布

图2 2013年5月14日08时500和700hpa乌海风切变分布5 总结

本研究主要是风切变要素模拟的一个初步尝试，对风切变指数采用对垂直风切变和水平风切变以不同权重相加得到风切边指数的预报算法，并对风切变的模拟结果进行了验证。结果表明，基于中尺度大气数值模式WRF的高分辨率模拟结果，对风切变的时空分布具有一定的预报能力，开展模式预报将是开展航空气象强有力的技术手段，也是提高航空气象服务的基础。同时由于实际风切变不仅空间尺度小、存在时间短、变化大，而且风切变高度低，预报以临近预报为主。因此利用WRF中尺度模式的风切变预报能力还存在许多不足，一方面，需要预报效果的长期积累来做一些统计；另一方面，中尺度数值模式对天气过程的精细化程度还有待提高。

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王凯（1987.2-） ，男， 硕士， 助理工程师， 研究方向：人工影响天气。

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1003-5168（2015）11-074-02