張海宏 李林 周秉榮 肖宏斌

摘要 利用WRF模式，采用兩重嵌套的設計方案模擬柴達木盆地地區(qū)的2007～2010年期間發(fā)生的3次重大降水過程，將柴達木盆地地區(qū)2007年6月17～20日、2008年7月29～30日、2010年5月30～31日3次降雨過程的模擬結果進行綜合分析。結果表明，柴達木盆地地區(qū)各站24 h降雨量的模擬值和觀測值相比，東部降雨量模擬值偏多，西部降雨量模擬值接近或偏少，芒涯、冷湖、小灶火、格爾木四站24 h降雨量平均分別略多0.5、1.7、0.7、1.2 mm，大柴旦24 h降雨量平均偏少1.2 mm，諾木洪、德令哈、都蘭、烏蘭、天峻各站24 h降雨量分別偏多3.0、2.5、2.7、3.0、3.5 mm。

關鍵詞 暴雨；數(shù)值模擬；WRF；柴達木盆地

中圖分類號 S161.6；P422 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）26-09064-05

Numerical Simulation of Rainstorm in Qaidam Basin

ZHANG Hai-hong et al

（Qinghai Institute of Meteorological Science， Xining， Qinghai 810001）

Abstract Using WRF model with double nested scheme， 3 rainfall processes during 2007-2010 in Qaidam Basin were simulated.Comparing and analyzing the simulated results and observed data of rainfalls on June 17-20， 2007， July 29-30， 2008 and May 30-31， 2010， the simulated 24-hour precipitation is more in east Qaidam Basin and less in west Qaidam Basin. 24-hour precipitation in Mangai， Lenghu， Xiaozaohuo and Germu is 0.5， 1.7， 0.7， 1.2 mm higher. 24-hour precipation in Dachaidan is 1.2 mm lower and 24-hour precipation in Nuomuhong， Delingha， Dulan， Wulan， Tianjun is 3.0， 2.5， 2.7， 3.0， 3.5 mm higher.

Key words Rainstorm； Numerical simulation； WRF； Qaidam Basin

柴達木盆地為高原型盆地，地處青海省西北部（90°16′～99°16′E、35°00′～39°20′N），是一個被昆侖山、阿爾金山、祁連山等山脈環(huán)抱的封閉盆地，盆地略呈三角形，東西長約800 km，南北寬約300 km，面積257 768 km2，為中國三大內(nèi)陸盆地之一。柴達木盆地氣候?qū)俑咴箨懶詺夂?，常年干旱，年降水量自東南部的200 mm遞減到西北部的15 mm，年均相對濕度為30%～40%。柴達木盆地年平均氣溫在5 ℃以下，氣溫變化劇烈，絕對年溫差可達60 ℃以上，日溫差也常在30℃左右，夏季夜間可降至0 ℃以下。根據(jù)青海省氣候監(jiān)測評估中心發(fā)布的《柴達木盆地候變化評估報告》顯示，1961～2006年我國氣溫增幅為0.10～0.20 ℃/10a，而青海高原為0.33 ℃/10a，其中柴達木盆地高達0.44 ℃/10a，由此，柴達木盆地已成為青海高原乃至全國范圍內(nèi)增溫最顯著的區(qū)域。在氣溫升高的同時，柴達木盆地降水量也在持續(xù)增多。柴達木盆地大部分地區(qū)從1998年以來降水量持續(xù)增加，增加趨勢明顯大于青海省其他地區(qū)。有學者指出，全球氣候變暖給柴達木盆地帶來的顯著影響，它也成為整個青藏高原氣候變化最為敏感和顯著的地區(qū)，種種跡象表明柴達木盆地氣候由暖干化向暖濕化轉型^[1-2]。

數(shù)值模式目前已成為研究大氣運動過程的一種重要工具。當前國內(nèi)利用數(shù)值模式進行的研究主要針對各種典型天氣過程的模擬和分析^[3-8]、空氣污染物擴散方面的應用^[9-12]以及對城市邊界層效應的模擬和研究^[13-15]。青藏高原位于歐亞大陸的中南部，平均海拔高達4千多米。高原在地勢上的巨大隆起產(chǎn)生的動力及熱力作用不僅在很大程度上控制著青藏高原及鄰近地區(qū)的天氣氣候，且對高原地區(qū)大范圍的熱力異常及地氣物理過程對全球氣候異常與東亞大氣環(huán)流及中國災害性天氣的發(fā)生、發(fā)展均有重大的影響^[16-17]。WRF（Weather Research and Forecasting Model）是目前國際上較為先進的中尺度數(shù)值天氣預報模式，由美國國家大氣研究中心（NCAR）、國家環(huán)境預報中心（NCEP）聯(lián)合其他幾所大學和科研機構，在整合了過去的各種模式的基礎上開發(fā)的，為完全可壓縮非靜力模式，水平方向采用Arakawa C網(wǎng)格點，垂直方向采用地形跟隨質(zhì)量坐標，積分計算時采用三階或四階Runge-Kunta算法；其主要原理為根據(jù)大氣運動所遵循的物理規(guī)律構建大氣運動基本方程組，將各個偏微分方程差分化后利用計算機程序去實現(xiàn)，在給定了初始條件、邊界條件的情況下，可以積分計算出各物理量（風速、氣壓、溫度、濕度等）在各時次的數(shù)值解，從而預報出未來時刻的大氣狀態(tài)。筆者在此利用Advanced Research WRFV3.3模式，采用兩重嵌套的設計方案模擬柴達木盆地地區(qū)的2007～2010年期間發(fā)生的3次重大降水過程。

1 數(shù)值模擬試驗設計

筆者將WRFV3.3模式用于青海柴達木盆地，采用兩重嵌套的設計方案對柴達木盆地近4年來發(fā)生的3次重大降水過程（2007年6月17～20日、2008年7月29～30日、2010年5月30～31日）分別進行了模擬，并以柴達木地區(qū)茫涯、冷湖、小灶火、格爾木、大柴旦、諾木洪、德令哈、都蘭、烏蘭、天峻各站的觀測值進行了比較分析。兩重網(wǎng)格嵌套的外層區(qū)域（紅色）覆蓋了整個青藏高原，中心經(jīng)緯度為33.5°N、90.0°E，范圍3 030 km×1 800 km，網(wǎng)格分辨率30 km；內(nèi)層區(qū)域（黃色）覆蓋了柴達木盆地，范圍800 km×300 km，網(wǎng)格分辨率5 km（圖1）。

模式計算運行的初始場采用美國國家環(huán)境預報中心NCEP 1°×1°再分析資料，積分時間步長設定為60 s，柴達木盆地為戈壁下墊面，地表蒸發(fā)和蒸散作用非常弱，改變各種參數(shù)化方案對降雨量的影響差異不大。在積分運算的過程中，各種物理過程的參數(shù)化方案等選取如下：微物理過程為Lin（水汽、雨、雪、云水、冰雹）方案，陸面過程為熱量擴散方案，長波輻射為rrtm方案，短波輻射為Dudhia方案，近地面層為MYJ Monin-Obukhov方案，邊界層為TKE湍流動能方案，積云參數(shù)化為Betts-Miller-Janjic方案。

2 結果與分析

2.1 2007年6月17～20日降水過程模擬

從2007年6月17～20日柴達木盆地地區(qū)6 h累積降雨量的模擬結果（圖2）可以看出，柴達木盆地芒涯、冷湖、小灶火、格爾木、大柴旦、諾木洪、德令哈、都蘭、烏蘭、天峻各站的模擬值和觀測值相比，第1天24 h降雨量大柴旦和都蘭均偏少2 mm，格爾木、諾木洪、德令哈、烏蘭、天峻分別偏多2、4、5、3、1 mm；第2天24 h降雨量格爾木、大柴旦、諾木洪、德令哈、都蘭、烏蘭、天峻模擬值分別偏多3、5、3、2、2、4、3 mm；第3天24 h降雨量格爾木、都蘭模擬值分別偏少2和3 mm，大柴旦、諾木洪、德令哈、烏蘭、天峻偏多3～5 mm；第4天24 h降雨量小灶火、大柴旦、諾木洪、德令哈模擬值分別偏少1、2、2和3 mm，格爾木、都蘭、烏蘭、天峻分別偏多1、5、1和3 mm。

偏少1.2 mm，諾木洪、德令哈、都蘭、烏蘭、天峻各站24 h降雨量分別偏多3.0、2.5、2.7、3.0、3.5 mm。

3 結論與討論

將WRFV3.3模式用于青海省數(shù)值天氣預報領域，通過設定模擬區(qū)域、兩重嵌套網(wǎng)格以及針對各種物理過程選用參數(shù)化方案等，對柴達木盆地2007年6月17～20日、2008年7月29～30日、2010年5月30～31日發(fā)生過的3次降雨天氣過程進行數(shù)值模擬研究，并與實測資料進行對比分析。結果發(fā)現(xiàn)，柴達木盆地地區(qū)各站24 h降雨量的模擬值和觀測值相比，東部降雨量模擬值偏多，西部降雨量模擬值接近或偏少，芒涯、冷湖、小灶火、格爾木四站24 h降雨量平均偏多0.5、1.7、0.7和1.2 mm，大柴旦24 h降雨量平均偏少1.2 mm，諾木洪、德令哈、都蘭、烏蘭、天峻各站24 h降雨量分別偏多3.0、2.5、2.7、3.0、3.5 mm。

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