李夢(mèng)婕，申雙和，李雨鴻，陶蘇林

（1.南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院，江蘇南京 210044；2.遼寧省氣象科學(xué)研究所，遼寧沈陽(yáng) 110016）

北京一次下?lián)舯┝鞯娜S數(shù)值模擬分析

李夢(mèng)婕1，申雙和1，李雨鴻2，陶蘇林1

（1.南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院，江蘇南京 210044；2.遼寧省氣象科學(xué)研究所，遼寧沈陽(yáng) 110016）

應(yīng)用中尺度氣象數(shù)值模式WRF模擬再現(xiàn)了2001年8月23日北京時(shí)間14時(shí)至24日00時(shí)發(fā)生在北京密云縣附近的一次典型強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴天氣，重點(diǎn)發(fā)掘并分析了密云水庫(kù)附近一次β中尺度下?lián)舯┝鞯男纬膳c演變過(guò)程。研究表明：（1）WRF模擬結(jié)果顯示該β中尺度下?lián)舯┝鞯纳跒? h左右，水平尺度約為20 km，其水平和垂直流場(chǎng)與下?lián)舯┝髁鲌?chǎng)的理論結(jié)構(gòu)基本一致，但輻散氣流流速在近地面層未能達(dá)到下?lián)舯┝鞫x的18 m/s；（2）模擬的下?lián)舯┝鳝h(huán)境場(chǎng)中擾動(dòng)位溫、各水成物的比含水量與層結(jié)不穩(wěn)定性以及上升氣流的聯(lián)系緊密，并可推斷強(qiáng)下沉氣流主要由雨水粒子拖曳作用產(chǎn)生，較大的位溫?cái)_動(dòng)則加強(qiáng)了氣流上升運(yùn)動(dòng)，迫使暖濕氣塊更大程度抬升，進(jìn)一步維持和發(fā)展下?lián)舯┝飨到y(tǒng)。

β中尺度下?lián)舯┝鳎籛RF模式；三維數(shù)值模擬；北京

下?lián)舯┝魇抢妆┨鞖庵袕?qiáng)烈的下沉氣流猛烈撞擊地面形成的并沿地表傳播的極具突發(fā)性和破壞性的一種強(qiáng)風(fēng)，其破壞范圍約為幾十米至幾百千米，可分為微尺度、中尺度和大尺度三類。下?lián)舯┝鞣譃棣轮谐叨认聯(lián)舯┝骱挺麓蟪叨认聯(lián)舯┝鲀深悾渲笑轮谐叨认聯(lián)舯┝鞯乃椒秶鸀?0～100 km。在離地100 m高度上的下沉速度可達(dá)1～10 m/s，地面風(fēng)速可達(dá)18 m/s以上[1]。因其具備很強(qiáng)的下沉氣流和強(qiáng)低空風(fēng)切變，極易造成飛機(jī)墜毀、大樹連根拔起、輸電塔倒塌等惡性事故，造成巨大的生命與財(cái)產(chǎn)損失。

Fujita等[2]自20世紀(jì)70年代中期，利用飛機(jī)、多普勒天氣雷達(dá)監(jiān)測(cè)網(wǎng)對(duì)下?lián)舯┝鬟M(jìn)行了系統(tǒng)的具有奠基性的研究。當(dāng)然這種通過(guò)實(shí)地觀測(cè)進(jìn)行的研究方式在實(shí)際研究中是受人力、物力等因素的制約的。折中的辦法是利用觀測(cè)結(jié)果研究形成機(jī)制，然后構(gòu)建數(shù)值模型進(jìn)行模擬，再與實(shí)測(cè)對(duì)比獲得改進(jìn)，理想的結(jié)果是最后的模型可用于下?lián)舯┝鞯哪M和預(yù)報(bào)。目前針對(duì)下?lián)舯┝鞯臄?shù)值模擬研究主要在兩個(gè)領(lǐng)域：一是風(fēng)工程領(lǐng)域，二是氣象領(lǐng)域。在風(fēng)工程領(lǐng)域，基于CFD方法的數(shù)值模擬在研究下?lián)舯┝鹘孛骘L(fēng)場(chǎng)特征中得到積極應(yīng)用。在氣象領(lǐng)域，基于下?lián)舯┝餍纬蓹C(jī)理構(gòu)建的微小尺度數(shù)值模式得到廣泛應(yīng)用：Srivastawa應(yīng)用一維不完全彈性云模式模擬了云下由降水的蒸發(fā)冷卻和降水拖曳作用引起的下?lián)舯┝?，Hjelmfelt等運(yùn)用一個(gè)二維云模式模擬了產(chǎn)生微下?lián)舯┝鞯娘L(fēng)暴云，Proctor則運(yùn)用一個(gè)考慮了冰相微物理過(guò)程的軸對(duì)稱模式，通過(guò)水凝物從云頂降落模擬研究了微下?lián)舯┝鞯男纬蓹C(jī)制[3]?？追测櫟萚4]利用美國(guó)丹佛探空資料結(jié)合二維面對(duì)稱微下?lián)舯┝鲾?shù)值模式分別對(duì)干、濕兩類微下?lián)舯┝骶€在云下的生成和演變過(guò)程進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。模擬結(jié)果顯示，對(duì)濕微下?lián)舯┝骶€的模擬結(jié)果好于對(duì)干型的微下?lián)舯┝?。同時(shí)表明，微弱的穩(wěn)定層也會(huì)對(duì)干微下?lián)舯┝鞯膹?qiáng)度產(chǎn)生削弱作用。郭學(xué)良等[5]利用三維冰雹云分檔模式對(duì)發(fā)生在東京的微下?lián)舯┝鬟M(jìn)行了模擬研究，指出對(duì)于伴有強(qiáng)風(fēng)暴的下?lián)舯┝?，霰雹的形成?duì)其形成過(guò)程有重要作用。劉洪恩[6]使用非靜力全彈性γ中尺度模式研究了1997年7月22日發(fā)生在北京地區(qū)的下?lián)舯┝?，指出降水拖曳力?duì)下?lián)舯┝髌鹬鲗?dǎo)作用。李健群[7]則利用WRF中尺度模式模擬了2007年發(fā)生在武漢的一個(gè)下?lián)舯┝鲗?shí)例，模擬所得流場(chǎng)與實(shí)際下?lián)舯┝髁鲌?chǎng)結(jié)構(gòu)很接近，與實(shí)地調(diào)查結(jié)果基本吻合。

基于數(shù)值模式的下?lián)舯┝餮芯恐饾u成為下?lián)舯┝鞯闹髁餮芯拷嵌龋瑢?duì)深入揭示下?lián)舯┝鞯男纬蓹C(jī)制起到了極大的推動(dòng)作用。也不可否認(rèn)，目前的數(shù)值模式仍然存在很多缺陷，譬如基于CFD方法的數(shù)值模式與實(shí)際氣象場(chǎng)資料的結(jié)合并不完美，可模擬要素（溫度、氣壓等）比較局限，不易獲取。

相比而言，新一代中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)WRF則適用于米級(jí)直至幾千公里的模擬尺度，研究中可結(jié)合較易獲取的全球再分析資料對(duì)β中尺度下?lián)舯┝鬟M(jìn)行模擬研究。本文意在通過(guò)WRF模式，得到具體的下?lián)舯┝靼l(fā)生的中心經(jīng)緯度、時(shí)間等信息，并通過(guò)對(duì)模式模擬的宏微物理過(guò)程進(jìn)行分析，推測(cè)下沉氣流產(chǎn)生的原因，以及維持和發(fā)展下?lián)舯┝飨到y(tǒng)的主要因子。

1 研究方法及數(shù)據(jù)

圖1 研究區(qū)地理概況

受西北氣流和冷渦影響，2001年8月23日14時(shí)至24日00時(shí)北京出現(xiàn)強(qiáng)對(duì)流天氣，北京城區(qū)突降暴雨，部分地區(qū)還降了冰雹，并伴有6～8級(jí)以上的大風(fēng)，致使部分公共設(shè)施被損壞，電力中斷等。本文應(yīng)用中尺度氣象數(shù)值模式WRF模擬再現(xiàn)了這次發(fā)生在北京密云縣附近的一次典型強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴天氣，重點(diǎn)發(fā)掘并分析了密云水庫(kù)附近的一次β中尺度下?lián)舯┝鞯男纬膳c演變過(guò)程。主要步驟：利用WRF模式模擬密云縣附近強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴；基于GrADS 和Matlab提取密云水庫(kù)附近的下?lián)舯┝魉健⒋怪彼俣仁噶繄?chǎng)，擾動(dòng)位勢(shì)溫度場(chǎng)以及雨水混合比，分析下?lián)舯┝鞯男纬膳c演變過(guò)程。研究區(qū)概況見(jiàn)圖1。

研究中初始場(chǎng)數(shù)據(jù)是由美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP，NationalCentersforEnvironmental Prediction）提供的全球?qū)α鲗舆\(yùn)行模式分析數(shù)據(jù)（下載地址http://dss.ucar.edu/datasets/ds083.2/），空間分辨率1°×1°，由24層等壓面數(shù)據(jù)組成。

2 WRF模式及參數(shù)設(shè)定

WRF模式是美國(guó)國(guó)家氣象研究中心（NCAR）、美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心（NCEP）等多家機(jī)構(gòu)通力合作開(kāi)發(fā)而成的。該模式提供了較MM5更完善的物理過(guò)程參數(shù)化、數(shù)據(jù)處理算法和資料同化系統(tǒng)，使得模擬更加精確和有效。

區(qū)域氣候模式針對(duì)各地區(qū)的適用性很強(qiáng)，但在不同地理區(qū)域模擬能力卻有所差異[8]。模式對(duì)模擬區(qū)域的選擇[9]、初邊值條件[10]、側(cè)邊界嵌套方案[11]及模式中一些主要物理過(guò)程參數(shù)化方案[12-13]（如積云對(duì)流參數(shù)化和陸面過(guò)程方案選擇）很敏感。本文參考李健群[7]基于WRF模式的數(shù)值模擬試驗(yàn)設(shè)定了參數(shù)化方案：WSM3類簡(jiǎn)單冰微物理過(guò)程方案、rrtm長(zhǎng)波輻射方案、Dudhia短波輻射方案、Monin-Obukhov近地面層方案、熱量擴(kuò)散方案、YSU邊界層方案以及淺對(duì)流Kain-Fritsch積云參數(shù)化方案。模式中其他輸入?yún)?shù)見(jiàn)表1。

3 模擬結(jié)果分析

3.1 天氣背景

用NCEP再分析資料繪制2001年8月23日北京時(shí)間（下文如不特殊指出均為北京時(shí)間）14:00時(shí)500 hPa與850 hPa的高空形勢(shì)圖（圖2、3）。從500 hPa形勢(shì)圖中可以看到北京密云地區(qū)（圖2、3實(shí)心點(diǎn)：40.10°N，116.50°E）及其北部大部地區(qū)正遭受強(qiáng)寒冷空氣控制，高緯地區(qū)冷空氣正源源不斷地向研究區(qū)輸送。相比之下，850 hPa環(huán)流形勢(shì)圖上更清晰地反映了低空溫度場(chǎng)、流場(chǎng)分布態(tài)勢(shì)，溫度場(chǎng)上（圖3紅線）一個(gè)準(zhǔn)東西走向的暖舌正伸向研究區(qū)，配合南北在此交匯的流場(chǎng)形勢(shì)（圖3黑線），西南部暖濕氣流和北部冷氣流不斷向研究區(qū)輸送、匯合，形成對(duì)流不穩(wěn)定狀態(tài)，利于下?lián)舯┝鞯葘?duì)流性天氣的產(chǎn)生和加強(qiáng)。

3.2 下?lián)舯┝魉剿俣仁噶繄?chǎng)

下?lián)舯┝鞯娘@著特征是近地面層產(chǎn)生的強(qiáng)輻散流場(chǎng)。圖4是研究區(qū)8月23日18:00近地面水平速度矢量場(chǎng)。圖中幾處氣流輻散區(qū)清晰可見(jiàn)，它們的水平尺度較大，可以判定為較大尺度下?lián)舯┝靼l(fā)生區(qū)，也就是說(shuō)，此刻研究區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了下?lián)舯┝魅?。此外，研究區(qū)高緯地區(qū)出現(xiàn)了極明顯的、呈向四周輻散氣流，此處同時(shí)為速度的高值區(qū)，水平尺度在20 km左右，表明已經(jīng)出現(xiàn)β中尺度下?lián)舯┝飨到y(tǒng)且其中心大致在40.44°N，116.95°E位置。

圖2 2001年8月23日14:00北京上空500 hPa高度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和流場(chǎng)，等高線（藍(lán)色，單位：gpm），等溫線（紅色，單位：℃），流場(chǎng)（黑色）

圖3 2001年8月23日14:00北京上空850 hPa高度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和流場(chǎng)，等高線（藍(lán)色，單位：gpm），等溫線（紅色，單位：℃），流場(chǎng)（黑色）

圖4 18:00北京市密云地區(qū)近地面水平速度矢量場(chǎng)（單位：m/s）

圖4已經(jīng)可以較好的展現(xiàn)這次強(qiáng)風(fēng)暴天氣系統(tǒng)的宏觀結(jié)構(gòu)，因此本文將研究區(qū)其中心位置控制在40.44°N，116.95°E位置，水平尺度30 km×30 km。

圖5～9是研究中重點(diǎn)模擬分析的β中尺度下?lián)舯┝餍纬杉把葑冞^(guò)程。

18:10 （圖5），近地面輻散特征明顯而且雙中心并存，分別在密云水庫(kù)西側(cè)40.49°N，116.86°E和40.48°N，116.93°E附近，該下?lián)舯┝鬟€處于爆發(fā)生成階段，水平尺度20 km左右，總體輻散氣流速度較小，但中心附近最大風(fēng)速已達(dá)到6 m/s。

18:20 （圖6），雙中心合二為一，下?lián)舯┝髦饾u發(fā)展起來(lái)，且向東南方向也即密云水庫(kù)上空移動(dòng)，中心位置大概在40.47°N，116.95°E，總體輻散氣流速度開(kāi)始增加，下?lián)舯┝髦行闹車畲箫L(fēng)速在7 m/s左右。

18:30 （圖7），下?lián)舯┝飨到y(tǒng)繼續(xù)向東南移動(dòng)，得到進(jìn)一步發(fā)展，中心處在40.44°N，116.97°E附近，中心周圍最大風(fēng)速達(dá)到9 m/s。近地面輻散場(chǎng)近乎圓形，表明其結(jié)構(gòu)比較完整、典型。

18:40 （圖8），此時(shí)下?lián)舯┝靼l(fā)展到成熟階段，近地面流場(chǎng)輻散特征顯著，中心周圍最大風(fēng)速為8 m/ s，中心位置較前一時(shí)刻仍然有所南移，大概在40.42°N，117.01°E位置。

18:50 （圖9），下?lián)舯┝骼^續(xù)南移至40.41°N，117.02°E附近，水平尺度有所減小，中心周圍最大水平速度減至5 m/s，表明下?lián)舯┝飨到y(tǒng)開(kāi)始減弱。

19:00，原先近地面流場(chǎng)輻散特征明顯的下?lián)舯┝髟趫D上已經(jīng)體現(xiàn)不出來(lái)，下?lián)舯┝髦行囊矡o(wú)法準(zhǔn)確判定，表明這個(gè)下?lián)舯┝飨到y(tǒng)已接近消亡，但原先較大尺度的下?lián)舯┝魅阂廊皇只钴S。

圖5 18:10水平速度矢量場(chǎng)（單位：m/s）

圖6 18:20水平速度矢量場(chǎng)（單位：m/s）

圖7 18:30水平速度矢量場(chǎng)（單位：m/s）

圖8 18:40水平速度矢量場(chǎng)（單位：m/s）

圖9 18:50水平速度矢量場(chǎng)（單位：m/s）

3.3 下?lián)舯┝鞔怪彼俣仁噶繄?chǎng)

下?lián)舯┝魉剿俣仁噶繄?chǎng)僅描述了下?lián)舯┝髟诮孛娴妮椛⑻卣饕约坝绊懛秶?，不利于深入理解下?lián)舯┝魃^(guò)程及結(jié)構(gòu)特征。圖10～14是跟隨下?lián)舯┝髦行膹?8:10—19:00每隔10 min提取的垂直速度矢量場(chǎng)。

18:10 40.48°N處（圖10），116.86°～116.96°E范圍內(nèi)出現(xiàn)了從800～1 000 hPa流速較大的下沉氣流，下沉速度的極大值為9 m/s。該下沉氣流觸地后輻散出流，形成地面大風(fēng)。此外，兩個(gè)較強(qiáng)的氣流上升區(qū)分布在下沉氣流兩側(cè)，上升氣流從低層的1 000 hPa一直發(fā)展到700 hPa以上，整個(gè)對(duì)流得到充分發(fā)展。

18:20 40.46°N處（圖11），對(duì)流系統(tǒng)得到加強(qiáng)和鞏固：氣流下沉區(qū)迅速收縮同時(shí)貫穿1 000～800 hPa氣層，氣流觸地中心點(diǎn)在116.96°E附近，1 000 hPa有明顯的極小流速區(qū)（流速小于1 m/s），近地面水平尺度在20 km左右。較上一時(shí)刻，氣流下沉區(qū)后部上升氣流流速得到顯著加強(qiáng)，形成了自低層1 000 hPa至高層800 hPa較完整的氣流輻合上升區(qū)，區(qū)內(nèi)最大上升流速為7 m/s。

18:30 40.44°N處（圖12），下沉氣流跟上升氣流構(gòu)成完整、閉合的環(huán)流系統(tǒng)，主要位于1 000～900 hPa氣層間而且上升和下沉氣流流速均不大（2 m/s左右）。不過(guò)這種垂直氣流速度和水平尺度均不大的對(duì)流系統(tǒng)倒是對(duì)下?lián)舯┝飨到y(tǒng)起到了穩(wěn)定甚至加強(qiáng)作用，因?yàn)榻孛娴睦錃鈮K在對(duì)流系統(tǒng)作用下重新被抬升到一定高度降溫甚至凝結(jié)生成冰雹而后再次隨下沉氣流觸地。此外圖中可以發(fā)現(xiàn)116.97°～ 117.00°E范圍內(nèi)近地面氣流速度得到了加強(qiáng)，表明下?lián)舯┝鏖_(kāi)始處于前部爆發(fā)階段，相應(yīng)的在下?lián)舯┝髑安? 000～960 hPa氣層間出現(xiàn)了較弱的上升氣流。

圖10 18:10 40.48°N處垂直速度矢量場(chǎng)（單位：m/s）

圖11 18:20 40.46°N處垂直速度矢量場(chǎng)（單位：m/s）

圖12 18:30 40.44°N處垂直速度矢量場(chǎng)（單位：m/s）

圖13 18:40 40.43°N處垂直速度矢量場(chǎng)（單位：m/s）

18:40 40.43°N處（圖13），下?lián)舯┝髡w移動(dòng)速度減慢，形成一個(gè)準(zhǔn)靜止的下?lián)舯┝鳎孛嫠匠叨热匀痪S持在20 km左右，下?lián)舯┝髦行臍饬飨鲁羺^(qū)間同樣達(dá)到一個(gè)較大水平尺度。氣流下沉區(qū)后側(cè)的閉合對(duì)流系統(tǒng)氣流速度和結(jié)構(gòu)較上一時(shí)刻基本保持穩(wěn)定，倒是下沉氣流觸地后前后兩側(cè)均出現(xiàn)了高流速區(qū)，一個(gè)在116.93°～116.96°E范圍（最大流速為6 m/s），另一個(gè)在116.97°～117.20°E范圍（最大流速為7 m/s）。從整個(gè)垂直速度矢量場(chǎng)來(lái)看，此刻處于準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)的下?lián)舯┝髡幵诎l(fā)展過(guò)程中的鋪墊階段。

18:50 40.40°N處（圖14），垂直速度矢量場(chǎng)發(fā)生了較大的變化，氣流下沉區(qū)逐漸消亡，近地面輻散氣流流速也逐漸減小，比較明顯的是原來(lái)下?lián)舯┝髑皞?cè)的一個(gè)輻散氣流流速高值區(qū)已經(jīng)消亡了。而后側(cè)的輻散氣流流速高值區(qū)其最大速度較前一時(shí)刻顯然已經(jīng)減弱不少，但在之前一直保持穩(wěn)定、此刻仍然處在較穩(wěn)定狀態(tài)的閉合對(duì)流系統(tǒng)作用下仍有一定活力。此外，一個(gè)比較顯著的特點(diǎn)就是隨著下?lián)舯┝鞯南觯瑢?duì)流系統(tǒng)的頂部高度也開(kāi)始降低下來(lái)，已經(jīng)到達(dá)880 hPa高度，該高度以上基本受背景流場(chǎng)控制。

圖14 18:50時(shí)刻40.40°N處垂直速度矢量場(chǎng)（單位：m/s）

19:00 40.38°N處，下沉氣流基本消失，意味著一直跟蹤研究的β中尺度下?lián)舯┝饕呀?jīng)消亡，930 hPa以上高空已經(jīng)處在背景流場(chǎng)控制之中，原先下?lián)舯┝骱髠?cè)比較穩(wěn)定的閉合對(duì)流系統(tǒng)也崩潰殆盡，近地層水平速度基本在1～2 m/s，可認(rèn)為此次下?lián)舯┝鬟^(guò)程已經(jīng)完畢。

3.4 微物理過(guò)程分析

從云微物理學(xué)角度分析伴隨強(qiáng)風(fēng)暴過(guò)程所產(chǎn)生的局地大風(fēng)和強(qiáng)下?lián)舯┝鞯男纬蓹C(jī)理，可認(rèn)為首先是由于雨水和冰雹粒子的拖曳作用觸發(fā)產(chǎn)生并由冰雹和雨水粒子的融化蒸發(fā)作用得到加強(qiáng)[14]。研究中沒(méi)有能夠獲取有關(guān)冰雹垂直分布數(shù)據(jù)，本文的微物理過(guò)程分析主要依據(jù)擾動(dòng)位溫垂直分布、雨水比垂直分布、云水比垂直分布以及水汽比垂直分布數(shù)據(jù)進(jìn)行。

圖15為18:40 40.43°N處擾動(dòng)位溫垂直分布。圖中高層具備較大的位溫?cái)_動(dòng)量，800 hPa高度的位溫?cái)_動(dòng)在7～8 K之間，表明該處層結(jié)有較強(qiáng)的斜壓性，這種斜壓不穩(wěn)定會(huì)在下?lián)舯┝靼l(fā)展過(guò)程中增長(zhǎng)更迅速，使等位溫線更快變密集，有利于下?lián)舯┝鞯倪M(jìn)一步發(fā)展。此外也有尺度分析表明，在中β尺度，由位溫?cái)_動(dòng)所誘導(dǎo)的溫度和垂直速度擾動(dòng)是有效的，而且淺的、寬的擾動(dòng)比高的、窄的擾動(dòng)更有效地誘導(dǎo)雨帶。如果一個(gè)位溫?cái)_動(dòng)所對(duì)應(yīng)的溫度擾動(dòng)為正，那么該位溫?cái)_動(dòng)將引起上升運(yùn)動(dòng)，反之亦然[15]。

圖15 18:40 40.43°N處擾動(dòng)位溫垂直分布（單位：K）

圖16為18:40 40.43°N處雨水比垂直分布圖，雨水的分布主要集中在下?lián)舯┝髦?、前部，與氣流下沉區(qū)位置較吻合，雨水比高值主要在高層，最大值位于800 hPa左右，達(dá)到0.001 6 kg/kg，表明雨水粒子的拖曳作用對(duì)下?lián)舯┝鞯纳?、發(fā)展具有重要作用。

圖16 18:40 40.43°N處雨水比垂直分布圖（單位：kg/kg）

圖17為18:40 40.43°N處云水比垂直分布圖，云水比的極值中心主要位于上升氣流較大的位置，約為0.000 6 kg/kg，相對(duì)較小。圖18則是18:40時(shí)刻40.43°N處水汽比垂直分布圖，可以發(fā)現(xiàn)水汽比高值區(qū)主要位于最大上升氣流的下方，可達(dá)0.015 kg/kg。隨著這種較強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)，大量的水分凝結(jié)出來(lái)并釋放潛熱，使得云內(nèi)外溫差加大，上升氣流迅速加大促使云梯的不斷發(fā)展。

圖17 18:40 40.43°N處云水比垂直分布圖（單位：kg/kg）

圖18 18:40 40.43°N處水汽比垂直分布圖（單位：kg/kg）

4 結(jié)論

應(yīng)用中尺度氣象數(shù)值模式WRF模擬再現(xiàn)了2001年8月23日午后至子夜發(fā)生在北京密云縣附近的一次典型強(qiáng)對(duì)流風(fēng)暴天氣，重點(diǎn)發(fā)掘并分析了密云水庫(kù)附近一次β中尺度下?lián)舯┝鞯男纬膳c演變過(guò)程。研究所得結(jié)論主要包含兩方面：

（1）中尺度氣象數(shù)值模式WRF能夠較好模擬此下?lián)舯┝鞯陌l(fā)展過(guò)程。模擬結(jié)果顯示，該β中尺度下?lián)舯┝鞯纳跒? h左右，水平尺度約為20 km，其水平和垂直流場(chǎng)與下?lián)舯┝髁鲌?chǎng)的理論結(jié)構(gòu)基本一致，但輻散氣流流速在近地面層未能達(dá)到下?lián)舯┝鞫x的18 m/s。

（2）模式模擬的下?lián)舯┝鳝h(huán)境場(chǎng)中擾動(dòng)位溫、各水成物的比含水量清晰反映了層結(jié)的不穩(wěn)定性以及上升氣流與各水成物比含水量的聯(lián)系。由此可以推斷強(qiáng)下沉氣流主要由雨水粒子拖曳作用產(chǎn)生，同時(shí)較大的位溫?cái)_動(dòng)加強(qiáng)了氣流上升運(yùn)動(dòng)，迫使暖濕氣塊更大程度地抬升，進(jìn)一步維持和發(fā)展下?lián)舯┝飨到y(tǒng)。

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Three-Dimensional Numerical Simulation of a Downburst in Beijing

LI Mengjie1，SHEN Shuanghe1，LI Yuhong2，TAO Sulin2
（1.School of Applied Meteorology，Nanjing University of Information Science&Technology，Nanjing 210044，China；2.Liaoning Institute of Meteorological Science，Shengyang 110016，China）

A typical severe convective storm on August 23rd,2001 in Miyun District,Beijing was firstly simulated via the Weather Research and Forecasting（WRF）model and then the focus was taken on the extraction of a β meso-cale downburst near Miyun reservoir as well as the analysis on its evolution.The results showed as follows.（1）The horizontal and vertical stream structure of the downburst whose life was about 1 hour and horizontal scale was about 20km,was generally consistent with the theoretical structure of downburst while the divergent flow velocity near surface was slower than 18m/s,which did not meet the definition of downburst.（2）The perturbation potential temperature and water mixing ratio were highly interrelated with the instability of stratification profiles and updraft,and their relationship also confirmed that the downburst was primarily produced by rain loading and enhanced by the updraft motion caused by high perturbation potential temperature and the warm and damp mass.

β meso-scale downburst；WRF model；three-dimensional numerical simulation；Beijing

P435

B

1002-0799（2013）06-0022-08

10.3969/j.issn.1002-0799.2013.06.004

2013-07-08；

2013-09-09

國(guó)家自然基金項(xiàng)目（41271098）；2007年城市氣象科學(xué)研究基金（UMRF 200703）；江蘇省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（BK2006227）；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程（PAPD）項(xiàng)目共同資助。

李夢(mèng)婕(1988-)，女，碩士研究生，主要從事地形降水與城市氣象研究。E-mail：ys.mlittlej@gmail.com