数值模式产品在人工增雨工作中的应用

刘野军+王周翔+孙海燕+谷笑楠+齐颖

摘要：本文主要介绍了GRAPES模式数据产品在人工影响天气业务中的应用及研究。利用GRAPES模式与机载粒子测量系统（PMS）进行对比发现：两者得到的云微物理量量级大致相符。与FY2卫星红外图像进行云宏观特征对比发现：两者得到的云带分布、系统性云系的云形、位置分布大体相似，修正后即可应用。

关键词：GRAPES模式；云微物理量场；云宏观场

中图分类号： P48 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.14.056

GRAPES是中国气象科学研究院数值预报研究中心自主开发的新一代静力/非静力多尺度通用数值预报模式，在气象业务中得到广泛的应用。蒋德海等将其应用在华南沿海风电场精细风场预报中，朱红芳等利用GRAPES模式产品直接制作淮河流域面雨量预报产品，叶成志等对GRAPES模式重大灾害性降水天气过程预报性能进行了检验分析。国家人工影响天气中心以GRAPES模式为基础，通过耦合详细的云降水物理方案，研发了人工增雨的云系模式GRAPES_CAMS。本文主要介绍了该模式数据产品在人工影響天气业务工作中的业务应用及研究。

1云微物理量对比

模式使用早期，主要利用模式数据与机载粒子测量系统（PMS）数据，对云微物理量进行对比。通过对云水、雨水、冰晶、雪、霰等几种粒子的比含水量及雨滴、冰晶、雪、霰的数浓度进行比较，发现模式预报的云微物理量中，粒子的比含水量普遍偏大，粒子数浓度比较准确。以2007年5月15日过程为例，对比模式预报的云微物理量场数据以及实际的PMS观测数据，模式预报的各种粒子的比含水量比实际观测值大，其中霰的比含水量相差最大，模式预报量比实际观测高4个量级，其次是云水、冰晶、雪粒子，预报量比观测量高3个量级，雨水的两个量值最接近，但也差2个量级。由表1可见，模式预报的粒子数浓度与观测值相近。雪粒子数浓度相差最大，每立方米相差3000个左右，但量级相同（见表1）。因此，模式的云微物理场预报，粒子的比含水量普遍偏大，粒子数浓度比较准确。

表1 模式云微物理量预报与实际PMS观测数据比较

2云宏观特征对比

随着模式使用的深入，除了与机载粒子测量系统（PMS）数据进行云微物理量对比，还可与FY2卫星红外图像进行云宏观特征对比。对比分析发现，模式能够很好地预报出预报区域内的云带分布、系统性云系的云形，云带位置分布与实况相比略有偏差。在实际应用中，要结合云图实况对模式结果进行订正。以2016年5月3日为例，在红外云图上，我国东北地区有一冷涡云系，冷涡中心附近云系位于辽宁、吉林、黑龙江及内蒙古东部地区，模式预报的冷涡中心云系位置吻合；模式预报的冷涡外围云带位置主要处于我国东部，由于实际系统中冷空气入流更深入，红外卫星云图上该云带位置更偏北一些，云带预报位置略有偏差；在蒙古国有一条带状云系，模式预报的云带形状、结构、位置与实际云带一致（见图1）。

3模式资料在人影业务中的应用

由于模式预报的云微物理量、云宏观特征与实况基本相符，因此被应用于实际人工影响天气业务中及人工增雨潜力分析与预报工作中。模式预报结果可以帮助业务人员确定增雨潜力区域，并为其提供作业建议。以2016年5月3日20时～4日20时过程为例，东北区域有云系覆盖（见图1），部分云带存在过冷水。云系垂直结构分析显示：过冷云水（Qc）主要位于0℃～-20℃层（高度在3000～6300米），冰晶数（Ni）为10～50个/L，冰晶较少，云系有自然降水（Qr）产生，具有增雨潜力（见图2）。基于云系宏观分布结构与垂直结构分析，可以得出人工增雨潜力区主要分布在黑龙江大部、吉林大部、辽宁大部等地区。由于是大范围、较稳定云系，考虑作业方式以飞机作业为主，地面作业配合。作业部位为云中过冷水丰富区域，作业高度层为0℃～-20℃层（高度在3000～6300米）。以上各地区可以根据降水云系的发展演变，结合需水条件开展飞机和地面作业。

4结语

对比GRAPES_CAMS模式预报产品与实况数据发现：与机载粒子测量系统（PMS）数据相比，模式预报的云微物理量数据中，粒子的比含水量普遍偏大，粒子数浓度比较准确；模式能够很好地预报出区域内的云带分布、系统性云系的云形，云带位置分布与实况相比略有偏差。在实际人工影响天气业务中，可以参考GRAPES_CAMS模式预报的云带分布、云形、云带位置，同时结合云图实况订正，从而确定人工增雨潜力区、作业区域、作业高度及作业类型。

参考文献

[1]伍湘君，金之雁，黄丽萍.GRAPES模式软件框架与实现[J].应用气象学报，2005，16（04）：539-546.

[2]蒋德海，宋耀明，陈子通. GRAPES模式在华南沿海风电场精细风场预报中的应用[J].资源科学，2015，37（02）：325-332.

作者简介：刘野军，本科学历，工程师，研究方向：气象服务。