竺南中心, NZC; 竺可桢-南森国际研究中心, Nansen-Zhu International Research Centre

科研进展

Research Progress

基于WRF的一次北京秋季暴雨事件的模拟

[2018-05-02]

【内容介绍】

北京的雨季主要集中于夏季，尤其是在七月下旬和八月，极端降水也主要集中在这个季节，前人研究表明北京地区极端降水呈现出增加的趋势。针对极端降水，有些研究从水汽输送，不稳定机制及天气尺度系统的发展等方面展开研究，有些则聚焦于极端降水发生的气候背景，外源强迫及不同尺度系统相互作用等。对于极端降水的模拟，随着高性能计算机及模式自身的发展，对降水的模拟效果有了显著的提升。例如，一些研究采用气候模式研究了极端降水的变化，还有一些则采用预报模式开展对北京地区极端降水进行预测并检验了模式的预测效果。

但是，对于北京地区极端降水的研究主要集中于夏季，对于秋季极端降水涉及的较少。另外模式模拟效果取决于参数化配置，分辨率及初始条件等方面，对于不同的极端降水事件，模式模拟效果可能会出现偏差。本文立足于前人研究较少的秋季极端降水，针对2015年9月发生在北京地区的一场极端降水，从环流形势及气候背景讨论了该次极端降水的发生原因，并采用WRF模式配置不同参数化方案组合对其进行模拟，以检验模式对该次极端降水的模拟能力。

该次极端降水发生于2015年9月3日~5日。在9月3日晚至9月4日，北京地区500hPa高空处于一小槽控制，在小槽的东面有一小脊，这种形势十分有利于环流系统的缓慢移动。在850hPa低空，主要影响系统为一低压系统。在该系统外围南北向低空急流逐渐生成并且输送大量水汽到北京地区。从气候背景上分析，500hPa北京地区北方存在着位势高度正异常，对应有北风异常出现，在850hPa则存在着南风异常，大量暖湿空气输送到北京地区。从历年平均和2015年水汽输送预算的对比图（图1）上可见，2015年的水汽输送在各个时间点上都比历年平均要多。充足的水汽供应是导致该次极端降水发生的一个重要因素。

模式模拟结果表明WRF模式对于极端降水的空间分布有着基本准确的模拟，但是在降水极大值区的分布及降水量级上有着明显的偏差。分析原因发现，WRF模式对环流形势有着很好的模拟效果，主要偏差发生在水汽的模拟。模式可以模拟出水汽输送的主要路径，但是对于水汽输送的量值则发生了较严重的偏差，如表1所示，在各个时间段上模式都低估了水汽输送的量值，尤其是在00时和06时这两个水汽输送大值时间段，模式结果更是对水汽输送量值产生了严重的低估。

【引用格式】

Xiangrui LI, Ke FAN, Entao YU, A Heavy Rainfall Event in Autumn over Beijing: Atmospheric Circulation Background and Hindcast Simulation using WRF. J. Meteor. Res., doi: 10.1007/s13351-018-7168-9.

【关键图表】