譚 平，劉 園

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072）

基于中尺度氣象模式MM 5模擬分析某大型水電站建成后對(duì)局地氣候影響

譚 平，劉 園

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072）

采用區(qū)域中尺度氣象模式MM5V3模擬分析某大型水電站建成運(yùn)行后局地氣候的變化，定量預(yù)測(cè)分析了該工程建成運(yùn)行后局地氣候中的主要?dú)庀笠蜃訙囟群徒涤甑淖兓?/p>

水電站；水庫(kù)；局地氣候；MM5

1 概 述

某大型水電站是四川西部某河流規(guī)劃的“龍頭”水庫(kù)電站，也是整個(gè)流域的控制性工程。該電站相應(yīng)庫(kù)容101.54億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容65.60億m3，具有多年調(diào)節(jié)能力，正常蓄水位時(shí)水庫(kù)面積109.29 km2，干流回水長(zhǎng)度114 km，第一大支庫(kù)回水長(zhǎng)度92 km，第二大支庫(kù)回水長(zhǎng)度21 km。

該電站地處青藏高原東南邊緣，該地區(qū)地形復(fù)雜，局地高度梯度大，天氣、氣候變化復(fù)雜。電站修建后，水庫(kù)淹沒區(qū)陸地表面將被水體所取代，將明顯改變庫(kù)區(qū)的水面寬度。由于陸地與水體具有明顯不同的光、熱屬性，使得地、氣之間相互作用改變，勢(shì)必導(dǎo)致局地氣候變化，并進(jìn)一步影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人居環(huán)境。因此，采用適當(dāng)?shù)姆椒ê侠眍A(yù)測(cè)該電站建成后對(duì)局地氣候的影響意義重大。

2 模型選取

20世紀(jì)70年代，國(guó)內(nèi)在研究新安江水庫(kù)對(duì)局地氣候的影響時(shí)，采取通過(guò)對(duì)建庫(kù)前后實(shí)測(cè)氣象資料的對(duì)比分析來(lái)研究。20世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)在評(píng)估三峽工程對(duì)局地氣候的可能影響時(shí)，也是利用實(shí)際觀測(cè)資料，并通過(guò)一些簡(jiǎn)化的大氣方程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

近年來(lái)，數(shù)值模式的氣候研究取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，數(shù)值模式的進(jìn)步使研究土地利用變化對(duì)局地氣候的影響成為了可能，目前研究較多的就是利用MM 5等數(shù)值模式模擬城市化對(duì)局地氣候的影響。MM 5是美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)／國(guó)家大氣研究中心（PSU／NCAR）從20世紀(jì)80年代以來(lái)共同開發(fā)的第五代區(qū)域中尺度數(shù)值模式，該模式曾成功地模擬出爆發(fā)性氣旋、中層渦旋、低空急流、MCS、颮線、切變線和臺(tái)風(fēng)等造成重大災(zāi)害性天氣過(guò)程的中尺度或中間尺度（500～1000 km）系統(tǒng)。在我國(guó)，國(guó)外學(xué)者利用MM 5模擬研究了三峽工程對(duì)局地氣候影響，模擬結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測(cè)資料基本一致。

為此，本研究擬采用MM 5V3（即MM 5模式的第三版本）模擬分析該水電站建成運(yùn)行后局地氣候的變化。

3 模型預(yù)測(cè)

3.1 數(shù)值模擬方法

本次數(shù)值模擬通過(guò)控制試驗(yàn)和敏感性試驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)?？刂圃囼?yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^(guò)較為真實(shí)的地表使用狀況還原真實(shí)的大氣狀況，檢驗(yàn)?zāi)Ｊ綄?duì)真實(shí)大氣的模擬能力，并以此作為試驗(yàn)結(jié)果是否可信的一個(gè)重要依據(jù)。敏感性試驗(yàn)的目的是，分析該水電站建成運(yùn)行之后，局地大氣會(huì)呈現(xiàn)出什么樣的狀況。敏感性試驗(yàn)減去控制試驗(yàn)之差，即可初步視為該水電站對(duì)局地氣候可能的影響。

兩組試驗(yàn)的以下要素設(shè)置相同：試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)度為1年，具體時(shí)間是2005年3月至2006年2月；試驗(yàn)區(qū)域范圍模擬采用2重嵌套，粗網(wǎng)格模擬區(qū)域的中心點(diǎn)緯度為31°N，經(jīng)度為101°E，外層的分辨率為5 min，格距約為9 km，范圍在26°N～36°N、96°E～108°E，此區(qū)域包含了青藏高原以及四川盆地，可以較粗略地反映高原以及盆地的地形對(duì)研究區(qū)域所產(chǎn)生的影響；內(nèi)層區(qū)域范圍為29°N～33°N、99°E～103°E包含了本研究重點(diǎn)討論的該水電站工程地區(qū)，內(nèi)層格點(diǎn)的分辨率為2 m in，格距約為3 km，內(nèi)網(wǎng)格具有較好的分辨率，較真實(shí)的反映了該水電站工程地區(qū)的地形特征范圍（見圖1）；試驗(yàn)采用1°× 1°的NCEP再分析資料（資料的時(shí)間間隔為6 Hr）作為初始場(chǎng)和邊界條件；邊界層方案是適用于高分辨網(wǎng)格的MRFPBL方案；輻射方案是Cloud－radiation scheme。

控制試驗(yàn)與敏感性試驗(yàn)的差別在于：控制試驗(yàn)直接使用模式TERRAIN模塊產(chǎn)生的地表使用數(shù)據(jù)，敏感性試驗(yàn)將本水庫(kù)淹沒區(qū)域的陸地變成3 km寬的水體，改變成水體的位置見圖2所示，其形狀及位置均與該水電站淹沒區(qū)形狀及地理位置大體一致。

圖1 該水電站局地氣候影響研究范圍

圖2 該水電站地區(qū)陸地表面變成水體的主要位置

3.2 該水電站水庫(kù)蓄水后局地氣溫的變化

數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，該水電站水庫(kù)蓄水后局地氣溫變化如下：3月溫度下降0.2～0.4℃；4月溫度下降0.4～0.6℃；5月溫度增加0.2～0.4℃；6月雅礱江主庫(kù)附近存在0.2℃的降溫，鮮水河支庫(kù)附近存在0.2～0.4℃的增溫；7月溫度下降0.0～0.2℃；8月溫度下降0.0～0.2℃；9月溫度下降0.2～0.4℃；10月溫度增加0.0～0.2℃；11月溫度下降0.4～0.6℃；12月、1月庫(kù)區(qū)溫度下降0.1℃，其余地區(qū)溫度有微弱的增加；2月溫度下降0.4～0.8℃。局地氣溫預(yù)測(cè)結(jié)果見圖3。

總體來(lái)看，該水電站水庫(kù)蓄水后，氣溫在干季和濕季均有所降低，降低幅度在0.8℃以下，最大溫降出現(xiàn)在2月，降低幅度為0.4～0.8℃；只在干濕季節(jié)轉(zhuǎn)換的時(shí)候（5月和10月）氣溫略有上升，上升幅度在0.4℃以下。

3.3 該水電站水庫(kù)蓄水后局地降雨量的變化

數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，該水電站水庫(kù)蓄水后局地降雨量變化如下：3月降雨減1～2 mm；4月降雨增加5 mm，增加最為明顯的是該水電站所在地東北面；5月在鮮水河兩岸，降雨增加15 mm；6月在鮮水河以東降雨減少10 mm；7月、8月降雨量將分別減少10～15 mm；9月降雨量減少5 mm；10月該水電站所在地西北面降雨量增加4mm；11月降雨量減少2 mm；12月、1月降雨量沒明顯變化；2月該水電站所在地西北面，降雨量增加2 mm，而東南面降雨量減少1 mm。降雨量變化預(yù)測(cè)結(jié)果見圖4。

總體來(lái)看，該水電站水庫(kù)蓄水后，局地可發(fā)生明顯的降雨量變化，降雨量的影響范圍主要集中在庫(kù)區(qū)水體周邊及庫(kù)周區(qū)域的東北部。其中，3月、6～9月和11月降雨量有所減少，4～5月和10月降雨量有所增加，2月降雨量在不同區(qū)域存在不同的增加或減少趨勢(shì)，1月和12月降雨量則沒有明顯變化。從降雨量變化幅度來(lái)看，增減幅度均在15 mm以下，其中5～8月變化幅度較大，約為10～15 mm；其它月份變幅均較小，基本在5 mm以下。

圖3 2005年3月到2006年2月局地氣溫變化預(yù)測(cè)值（圖中陰影區(qū)為變化顯著區(qū)，淺色實(shí)線為該水電站淹沒區(qū)位置）

4 結(jié) 語(yǔ)

本研究通過(guò)采用MM 5V3模擬分析地處復(fù)雜地形地區(qū)的某大型水電站建成運(yùn)行后局地氣候的變化，首次定量預(yù)測(cè)分析了該工程建成運(yùn)行后由于水面面積增加和下墊面等的改變導(dǎo)致局地氣候中的主要?dú)庀笠蜃訙囟群徒涤甑淖兓?。由于MM 5V3模式的水平分辨率為3 km，所以

本次研究在模式中構(gòu)造的該大型水庫(kù)水體水平寬度為3 km，但實(shí)際上該水庫(kù)的水體寬度約在1 km以下。因此，敏感性試驗(yàn)的結(jié)果不可避免的存在一定程度夸大的成份，但這對(duì)本次研究的定性分析沒有影響。

圖4 2005年3月到2006年2月降雨量變化預(yù)測(cè)值（圖中陰影區(qū)為變化顯著區(qū)，淺色實(shí)線為該水電站淹沒區(qū)位置）

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1003－9805（2015）02－0069－06

2014－10－27

譚 平（1977－），男，四川武勝人，碩士，高級(jí)工程師，從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作。