WRF模式对2013年7月四川盆地一次暴雨过程的数值模拟

潘品言 徐强 汤启友 陈薇 柏灵 李春忱 赖易 昊男

摘 要：为了更好的研究2013年7月8日—10日四川盆地一次暴雨过程，利用WRF模式对本次强对流天气的中尺度天气系统与大尺度环流形势及强降水的分布空间进行模拟，分析发现，此次暴雨过程中的水汽来自孟加拉湾及南海的暖湿空气和四川盆地以东地带的东南气流，龙门山脉地形的阻挡作用为暴雨过程提供了充足的水汽积累，低层低压气流辐合，近地面高温以及强烈的上升运动使得暴雨过程能够持续进行。模拟结果与观测事实基本一致，因此，WRF模式可作为研究暴雨过程的有效方法。

关键词：暴雨；强对流天气；数值模拟

位于长江中上游地区的四川盆地是中国暴雨的多发地区之一，造成盆地夏季暴雨天气的影响系统受到其复杂的地形条件和所处青藏高原东侧的特殊地理位置影响而变得较为复杂。暴雨天气对人类生产生活和国民经济有着重要影响，因此，对四川盆地暴雨过程的研究一直是国内气象学者的研究重点。

数值模拟是根据大气的运动方程组，在一定初始条件和边界条件下，通过数值计算，用计算机求解描写天气演变过程的大气运动方程组，得到未来天气状况和大气运动变化状态的方法。

中尺度天气预报模式（Weather Research Forecast ，WRF）是由美国多个研究部门及大学的科学家共同参与开发研究的新一代中尺度预报模式和同化系统， 集科研与业务预报于一体， 给理想化的动力学研究、业务天气预报及区域气候模拟、空气质量预报提供了公用的模式框架， 系统将成为改进从云尺度到天气尺度等不同尺度重要天气特征预报精度的工具。

2013年7月7日晚，孟加拉湾和南海的水汽形成的东南低空急流抵达四川盆地，龙门山脉山地地形对气流起到抬升作用，促进空气垂直运动，而高空温度低，地面温度高，水汽凝结在空中形成雨。副热带高气压稳定在川东一带，因此，处于龙门山一带的广元、成都、绵阳、德阳、雅安等地暴雨不断。

1 资料和方法

对本次四川盆地暴雨过程研究所用的资料为NCEP FNL（National Center for Environmental Prediction， global final analysis）全球1°X1°再分析资料（时间分辨率为6h），数据从1000hPa到10hPa ， 共26 层， 所提供的资料包括：地表气压， 海平面气压， 位势高度， 温度， 海表面温度， 土壤值， 冰面覆盖， 相对湿度， u、v 风场， 垂直运动， 涡度和臭氧， 主要用于模拟本次暴雨天气过程。

2 模拟方案设计

为进一步探讨此次暴雨过程的物理机制， 用WRF模式对此进行了模拟。模式的初始条件和侧边界条件均采用NCEP每6h一次的全球再分析资料（FNL资料），积分区域中心经纬度为东经105°，北纬32°，投影方式为墨卡托投影。采用伴有两个输入文件的双向嵌套， 利用气象和地形场资料数据作为嵌套区域的输入资料， 高分辨率地形场对嵌套区域有益；缺点是嵌套区域必须和母域同时开始积分。

3 模拟结果

3.1 比湿分布

根据2013年7月8日08时（北京时，下同）的比湿条件显示，比湿极大值区域主要沿南北走向，覆盖绵阳、德阳、成都、资阳、自贡、内江等城市部分地区，位置相对偏东，比湿值超过20g/kg，湿度较大，水汽丰富。

3.2 相对湿度分布及流场

结合各层相对湿度分布及流场图可知，本次暴雨过程的主要水汽通道主要有两个：一是来自孟加拉湾和南海的暖湿空气经西南气流进入四川盆地，另一条是四川盆地以东地带向盆地输送水汽。8日08时，川东南地区沿龙门山脉一带850hPa相对湿度可达85%，部分地区超过95%，充沛的水汽为暴雨过程的持续创造了有利的条件。

3.3 地面风场与温度场及海平面气压分布

8日20时，沿着龙门山脉一带的海平面气压梯度较大。105°E，29°N附近为海平面气压极小值，中心气压值低于992hPa，对应温度的极大值区域，最高温度超过32℃。较高的温度使得地面低压进一步加强，进而使风场辐合加强，有利于对流的持续发展。

3.4 850hPa垂直速度

9日02时，在成都与雅安接壤地带的850hPa垂直速度w的值超过1×10-2m/s，强烈的上升运动促进对流发展，继续为暴雨过程降水创造条件。

4 实况对比

对比2013年7月8日08时-9日08时实际观测和数值模拟的24小时降水可知，模拟结果与实际观测较为符合，绵阳、德阳、成都、雅安等地区大范围内24小时降水超过50mm，部分地区超过100mm，模拟暴雨区域与观测事实基本一致，但盆地西北部分地区降水偏高。

对比2013年7月9日08时-10日08时实际观测和数值模拟的24小时降水可知，模拟结果与实际观测存在一定偏差，实际暴雨落区主要仍集中在德阳、成都、雅安等地并呈南北一线走向，模拟结果暴雨区域分散在绵阳、雅安及阿坝州地区，且24小时降水超过100mm的极大值区域不一致。易知盆地北部阿坝州一带存在大量的虚假降水，可能是与地形的因素有关，导致模式模拟效果不够理想，希望以后能够通过资料的同化改善模拟效果。

5 结论

通过WRF中尺寸数值模式模拟了2013年7月8日—10日四川盆地的一次暴雨过程，得到以下结论：1）在本次强对流天气过程的数值试验中，对中尺度天气系统与大尺度环流形势及强降水的分布空间的模拟较为成功，结果与事实基本符合。2）根据模拟结果能够发现，来自孟加拉湾及南海的暖湿空气和四川盆地以东地带的东南气流不断向盆地输送水汽，地形的阻挡作用为暴雨过程提供了充足的水汽积累，沿强降水地带的海平面气压梯度较高，气流辐合强度大，近地面高温以及强烈的上升运动成为暴雨持续进行的必要条件。本次强对流天气过程对四川盆地沿龙门山脉一带地区造成了大量降水，局部地区24小时累积降水量超过100mm。3）通过WRF模式可以模拟暴雨发生的天气系统和环流形势，是对暴雨研究的一种有效方法。

参考文献：

[1] 余卓晟.成都“2008 .9 .24”暴雨的中尺度数值模拟.成都信息工程学院学报，2012.

作者简介：潘品言（1995-），男，四川樂山人，本科。