基于WRF模式下一次南京暴雨的数值模拟

论文总字数：13541字

目 录

引言···············································5

1 资料来源与模式简介·······························6

1.1资料来源····················································· 6

1.2 WRF模式简介···················································6

1.3 模式方案·····················································7

2 大尺度环流背景···································7

3 数值模拟与诊断分析·······························8

3.1降水预报模拟结果············································· 8

3.2暴雨的流场特征诊断···········································10

3.3暴雨的水汽诊断分析···········································10

3.4 暴雨的动力条件诊断分析·······································11

3.4.1垂直速度···············································11

3.4.2 涡度和散度·············································12

3.5暴雨的热力条件诊断分析·······································13

3.6 暴雨的配置场诊断分析········································15

4 结论············································ 16

参考文献·········································· 18

致谢·············································· 19

基于WRF模式南京暴雨过程数值模拟研究

陆婷婷

（）

Abstract: A heavy rainstorm occurring in Nanjing and northern regions of Jiangsu Province on August 24^th, 2014 is simulated by using WRF(Weather Research and Forecasting Model)and NCEP(National Center of Environment Predicting) reanalyzed meteorological data with 1°×1° grid. At the same time, with the data of TRMM, after verifying the simulation results with the observations, it is found that WRF is able to well simulate the weather situation effectively. By further diagnosing the physical model outputs, it is shown that (1) The development, moving and strengthen of the shear line in the Yangtze River play an important role on the strengthen and sustainability of the rainstorm; (2)The moisture convergence zone in 500hPa is very significant for the rain generation, strengthening and sustaining, which provides important moisture conditions;(3) There is an existence of a strong vertical motion in the rainfall area. The vertical structure configuration of the vorticity field is consistent with that of the divergence field. As a result，the unstable energy in the atmosphere release and the strong convective weather forms at the same time, which are beneficial for the formation of rainstorm.

Key words: heavy rainstorm; WRF model; diagnostic analysis; the shear line

引言

暴雨是指短时间内降水量非常大的雨，通常是指每小时内的降水量是大于16毫米且小于30毫米，或是指持续的12小时内的降水量是大于30毫米且小于50毫米，或是指持续的24小时内的降水量是大于50毫米。依据国家气象局的相关条例，在24小时内的降水量大于等于50毫米称其为“暴雨”。同时，按照国际惯例，根据其降水量强度的大小又可将其分为三个不同的等级，即在24小时内的降水量为50-99.9毫米称其为“暴雨”；在24小时内的降水量在100-250毫米称其为“大暴雨”；在24小时内的降水量在250毫米以上称其为“特大暴雨”。

我国是一个暴雨频发的国家，而由暴雨导致的严重的自然灾害以及其他的次生灾害，给当地的经济、社会和生活带来了非常严重的影响。而在一些山区，暴雨常常会造成山洪暴发、江河横溢等具有巨大破坏性的灾害，而这些自然灾害给人民的生命财产安全和国民经济都造成了巨大的威胁和损失。而那些持续时间特别长，范围也比较大的暴雨，还会导致当地洪水泛滥，对当地的生产建设有极大的危害，而且也造成人民的财产安全有巨大的威胁。因此，在生活的各个方面，比如是水利建设、农业生产、防捞防旱、航空等都需要及时的预报。因而，有效地了解整个暴雨过程的发生、发展过程将有利于我们更好地预报和模拟暴雨，进而减少对人民群众经济生活所造成的损失，降低对国家公共设施的破坏程度以及其他不必要的危害，进一步帮助人民群众能够更好地去生活，帮助政府更好地维持公共秩序。而如何对暴雨进行有效地模拟和诊断分析是目前来说一个非常值得研究的问题。同时，在目前所开发的众多模式中，选用哪种模式才能相较而言，对此次暴雨具有更好地代表性与可行性，这也是目前国际上一个研究的热点话题。在以往的暴雨的相关研究中，众多研究人员根据研究结果，可以得出在不同的区域，暴雨的发生发展机制还是有所差异的，而对于不同种类的中小尺度的预报模式，即便是对于同一区域的同一天气过程的预报结果也是不一样的。因而，依据不同的地区，选择哪种中小尺度的预报模式对暴雨进行模拟、研究和诊断分析对最后的模拟结果具有非常重要的意义。同时，在进一步做好中小尺度天气系统的预报和模拟时，也有利于保护人民的生命财产和安全，为中国的产业经济以及未来发展具有重要的意义和价值。因此，在目前的情况下，做好暴雨的准确预报和模拟是当务之急。

降水是大气中的水的相变过程。而暴雨是在大气饱和比湿达到相当大的数值以上才形成的。一般来说，一场暴雨，需要以下几个方面的条件：一是充沛的水汽条件，因为某一地区上空的空气中水汽含量很少。二是强烈的上升运动，因为一般暴雨都是在短短几小时内下完的，并非都是在一天之内均匀下降的，所以降水时的垂直运动是非常大的。也正是凭借非常强烈的垂直运动，同时伴随有不稳定能量的爆发，才能形成暴雨。三是较长的持续时间。持续时间长也是暴雨的重要条件之一，尤其是当天气尺度系统移动速度慢或者停滞的时候，更容易形成时间集中的特大暴雨。

由于目前强降水的精确预报具有较大的难度，而研究强降水的两种途径主要是数值模拟和实测资料。最近几年以来，有非常多的研究人员为了对整个暴雨过程进行模拟，通常会采用MM5或者是WRF模式。基于目前的研究现状，发现研究人员采用的中尺度模式对强降水的预报和模拟效果很好。而因为我国目前不是很好的计算机条件，研究人员无法用高分辨率的模式来模拟相关的中小尺度天气过程，并且无法取得较好的模拟效果。而采取的多重嵌套则是一种有效的改善途径，尤其是在目前的计算机条件下去提高重点预报区域的分辨率。唐细坝等人使用中尺度模式积云参数化方案的改进及其在暴雨模拟中的应用；王建捷等人对于20世纪末的一场暴雨展开了分析以及模拟，可知这是由于梅雨锋造成的；陶诗言等的研究成果可得，因为中尺度系统地强烈地发展进而造成了武汉地区发生在1998年7月20日一次突然发生的强降水，并且确定了暴雨发生的原因；高坤等对由于西南涡引发的暴雨进行了模拟与分析；进一步发现了20世纪末的发生在长江中下游地区的连续性强降水和低空急流与西南涡的关系。可是由于上述的研究所使用的是分辨率较低的模式，而且它们均是主要分析了某一范围的强降水的相关中小尺度的相关特征。

2014年8月24日在江苏南京北部及其北部区域发生了一场强降水，而这是进入8月份后的一次降水强度最强的降水过程，降水大致发生在下午14时左右，持续时长大约为1小时。这场强降水，对生产和生活造成了非常大的影响。幸而这次暴雨并未发生在上下班的高峰期，对降水地区的交通情况并未造成特别大的影响。强降水是影响人类生活的一种灾害性的天气，因此，如何精确地预报强降水在日常生活中变得极其关键。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：13541字

相关图片展示：