摘 要：對2014年8月31日重慶一次降水過程進(jìn)行數(shù)值模擬，針對地形開展敏感性試驗(yàn)。結(jié)果表明：高空輻散氣流對低空形成抽吸、地面冷空氣入侵使對流觸發(fā)；大巴山的阻擋作用使急流強(qiáng)度增強(qiáng)并穩(wěn)定維持，其降低后上升支位置偏北、強(qiáng)度減弱；齊岳山通過地形狹管效應(yīng)對急流場產(chǎn)生影響，間接影響垂直運(yùn)動，其降低后上升支位置偏南、強(qiáng)度減弱。

關(guān)鍵詞：暴雨；形勢分析；數(shù)值模擬；地形敏感性試驗(yàn)

引言

地形作用對暴雨的形成和分布影響顯著。地形作用體現(xiàn)在：地形對暖濕氣流的抬升和輻合作用[1]；地形改變對降水中心位置和強(qiáng)度影響深刻[2]；地形阻擋降水系統(tǒng)移動，使雨區(qū)集中[3]；地形對風(fēng)場、散度場和垂直速度場的重要影響[4]等。

文章對過程進(jìn)行環(huán)流形勢分析，并基于WRF模式對過程進(jìn)行數(shù)值模擬，在模擬的基礎(chǔ)上開展地形敏感性試驗(yàn)以研究地形在過程中的作用。希望能為提高復(fù)雜地形條件下的重慶暴雨預(yù)報(bào)水平提供科學(xué)依據(jù)。

1 雨情簡介與環(huán)流形勢概況

1.1 雨情簡介

2014年8月31日14時(shí)至9月2日07時(shí)（世界時(shí)，下文同），我國重慶、湖南、湖北部分地區(qū)出現(xiàn)暴雨到大暴雨，局地特大暴雨。降水前期維持在重慶北部地區(qū)。降水后期快速東移南壓，強(qiáng)度逐漸減弱。文章重點(diǎn)分析穩(wěn)定維持期暴雨發(fā)生發(fā)展的物理機(jī)制。

1.2 環(huán)流形勢概況

降水期間，歐亞大陸200hPa圖上，南亞高壓主體位于青藏高原，重慶位于南亞高壓東北部，受高空輻散氣流控制，對低層產(chǎn)生了較強(qiáng)抽吸作用。

降水期間700hPa圖上，南海地區(qū)附近形成風(fēng)速在12m/s以上的急流區(qū)，急流將來自南海的暖濕空氣沿副高外圍輸送到四川、重慶地區(qū)。切變線位于副高以北地區(qū)。9月1日00時(shí)，切變線南壓導(dǎo)致重慶中部急流核范圍增大，強(qiáng)度加強(qiáng)。

地面天氣圖上，重慶北部地區(qū)地面始終處于鋒面北部、冷高壓后部的偏北冷空氣控制下。地面冷空氣入侵迫使對流觸發(fā)。

2 數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)

2.1 方案設(shè)計(jì)

借助中尺度WRF模式進(jìn)行數(shù)值模擬，采用再分析資料提供初始場和側(cè)邊界條件，模式采用三重區(qū)域雙向嵌套，積分初始時(shí)間為2014年8月31日12時(shí)，積分時(shí)間48小時(shí)，模擬記作控制試驗(yàn)（CTRL試驗(yàn)）。

2.2 模擬結(jié)果檢驗(yàn)

2.2.1 形勢場檢驗(yàn)

對比實(shí)況與CTRL試驗(yàn)輸出的200hPa環(huán)流形勢場，模擬對于槽脊系統(tǒng)、急流帶及南亞高壓的位置、范圍都與實(shí)況對應(yīng)良好。從CTRL試驗(yàn)對于500hPa高度場的模擬來看，500hPa槽線的位置實(shí)況與CTRL試驗(yàn)十分吻合。從CTRL試驗(yàn)對700hPa風(fēng)場的模擬來看，切變線的位置與實(shí)況有對應(yīng)良好。

2.2.2 累積降水檢驗(yàn)

CTRL試驗(yàn)?zāi)M的24h降水中心位于重慶北部，位置與實(shí)況幾乎重合，雨量比實(shí)況偏小30mm。

2.2.3 質(zhì)量評分檢驗(yàn)

引用TS評分和偏差率B值以進(jìn)一步定量檢驗(yàn)?zāi)M效果。模式對各量級降水TS評分都在0.2以上，B值都在0.5以上。表明模式對不同強(qiáng)度量級的降水都有較好的預(yù)報(bào)性能。模式對于小雨以上的降水范圍評估偏大，對于中雨以上的降水范圍評估偏小。

總的來看，CTRL試驗(yàn)對于此次過程的模擬是成功的，其結(jié)果是可信的。

3 地形作用分析

3.1 方案設(shè)計(jì)

借助WRF模式針對大巴山和齊岳山進(jìn)行地形敏感性試驗(yàn)，采用的參數(shù)化方案與CTRL試驗(yàn)相同，只針對大巴山和齊岳山地形高度進(jìn)行修改。試驗(yàn)1將大巴山高度減半，試驗(yàn)2將齊岳山高度減半。

3.2 對降水的影響

各試驗(yàn)降水中心的位置和強(qiáng)度與CTRL試驗(yàn)差別明顯。表明地形對降水中心位置及強(qiáng)度的模擬卻存在深刻的影響。

試驗(yàn)1中降水中心位置向東北偏移100km，雨量減少90mm。雨量大值區(qū)斷裂。可見大巴山地形阻擋了降水系統(tǒng)的移動，使降水大值區(qū)集中。試驗(yàn)2中雨帶明顯變寬，降水中心位置偏西南，中心雨量減小約60mm。

3.3 對急流的影響

分析CTRL試驗(yàn)850hPa平均急流場發(fā)現(xiàn)，急流區(qū)主要位于大巴山和齊岳山之間，急流核強(qiáng)度達(dá)到16m/s。試驗(yàn)1中，急流區(qū)的北部邊界向東北擴(kuò)展，小的急流區(qū)從主急流區(qū)分裂向下游擴(kuò)散，致使主急流的強(qiáng)度減弱為14m/s。可見大巴山對急流場的維持和加強(qiáng)存在屏障作用，其高度降低后主急流核的強(qiáng)度削減。試驗(yàn)2中齊岳山高度降低后，急流區(qū)主體呈現(xiàn)跨越齊岳山分布的形態(tài)，急流區(qū)明顯變寬，位置較CTRL試驗(yàn)明顯向東南方向偏移，強(qiáng)度減弱為12m/s?？梢婟R岳山對低空急流場的影響主要體現(xiàn)在地形狹管效應(yīng)上，其高度降低后地形狹管效應(yīng)減弱，相對平坦的地勢加寬了低空西南急流的輸送通道，致使急流的位置東移南壓，強(qiáng)度減弱。

3.4 地形對垂直運(yùn)動的影響

9月1日00時(shí)CTRL試驗(yàn)中，暴雨中心上空低層強(qiáng)輻合，高層強(qiáng)輻散產(chǎn)生了強(qiáng)烈的抽吸作用。同時(shí)低層偏南風(fēng)向北輸送過程中受大巴山強(qiáng)迫抬升。二者作用形成了垂直次級環(huán)流圈，其上升支恰好對應(yīng)重慶北部暴雨中心。在試驗(yàn)1中上升支的變化體現(xiàn)在兩方面：一是地形屏障作用降低，上升支在低緯偏南氣流作用下向北偏移；二是上升支強(qiáng)度減弱，這是由于地形抬升作用降低導(dǎo)致低層輻合（770hPa，-45×10-5s-1）減弱?？梢姶蟀蜕降匦胃叨冉档拖鳒p了垂直次級環(huán)流上升支的強(qiáng)度，改變了上升支的位置，從而使降水減幅。在試驗(yàn)2中上升支明顯偏南，低層輻合和高層輻散也明顯偏南。這是由于齊岳山高度降低后地形狹管效應(yīng)減弱，低空急流位置偏南導(dǎo)致輻合上升區(qū)位置偏南。

4 結(jié)束語

（1）高空輻散氣流對低層形成抽吸作用；低渦、切變線加劇了低層輻合；地面冷空氣侵入觸發(fā)降水。

（2）綜合考慮環(huán)流形勢對比、累計(jì)降水對比、質(zhì)量評分檢驗(yàn)，CTRL試驗(yàn)對降水過程的模擬比較成功，其結(jié)果是可信的。

（3）大巴山高度降低后，降水中心向東北方向移動，降水大幅削減，雨量大值區(qū)出現(xiàn)斷裂。齊岳山高度降低后，降水中心略有南移，降水減幅，雨帶變寬。

（4）大巴山高度降低后，小的急流區(qū)從主急流區(qū)分裂向下游擴(kuò)散，致使降水強(qiáng)盛期間主急流區(qū)的強(qiáng)度減弱?？梢姶蟀蜕阶钃跏辜绷鲝?qiáng)度增強(qiáng)，并穩(wěn)定維持。齊岳山地形對急流場的影響主要是地形狹管作用。其高度降低后地形狹管效應(yīng)減弱，相對平坦的地勢加寬了低空西南急流的輸送通道，致使急流的位置東移南壓，強(qiáng)度減弱。

（5）大巴山地形對垂直運(yùn)動的影響主要是屏障作用和抬升作用。其高度降低后地形阻擋和抬升作用減小，上升支位置偏北、強(qiáng)度明顯減弱。齊岳山地形通過地形狹管效應(yīng)對急流場產(chǎn)生影響，間接影響垂直運(yùn)動。其高度降低后急流場位置偏南、強(qiáng)度減弱，間接導(dǎo)致上升支位置偏南、強(qiáng)度減弱。

參考文獻(xiàn)

[1]Bolin B. On the influence of the earth's topography on the westerlies[J].Tellus，1950，2（2）：184-195.

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