地形对“007”北京特大暴雨过程影响的数值研究.pdf

地形对 00.7北京特大暴雨过程影响的数值研究* 1 1 2 1 3 1 张朝林 季崇萍 Ying-Hwa Kuo范水勇 轩春怡 陈敏 1 中国气象局北京城市气象研究所 北京 100089 2 -3000, U.S.A. 3 北京市气象局 北京 100089 摘 要 针对 2000年 7月 4-5日北京地区的一次特大暴雨过程 24小时降水量达 240mm本文首先利用MM5/WRF三维变分系统 对4日00时(GMT)的地基GPS大气可降 水量遥测资料 地面自动气象站和常规气象观测资料进行了同化分析;然后以分析结果 作为MM5v3.6初值对此过程进行了模拟 分别以 15 10和20mm作为降水量客观检验 阈值 模拟区域内的测站24小时降水TS评分依次高达0.720.760.67和0.63基 于以上控制试验 在总体保持模式大气下边界地形与地理分布特征 尽可能不改变初始 时刻模式大气的动力和热力协调性的原则下进行了地形影响的敏感性试验 结果表明北 京地区独特的地形分布特征和复杂的地势变化对此次降水的强度和落区有重要的热力 与动力影响 关键词 地形 暴雨 变分同化 地基GPS数值试验 1.引言 干旱缺水是北京市的主要自然灾害 水资源短缺 已成为制约北京影响群众生活和经济 [1] 建设可持续发展的重要因素 吴正华等 研究表明 在北京地区 暴雨直接影响水资源收支 状况 北京地区的暴雨量在年降水量中占有显著地位 暴雨日数的多寡直接影响到北京年降 水量的丰枯与水库来水量的多少 研究影响北京空中水资源分布的各种主要因素 为北京建 设提供科学决策依据具有重要的现实意义 北京地形复杂 面山背海 地处山地与平原的过渡带 山地约占62%平原约占38% 东北 北 西三面群山耸立 东南部是平缓的向东南部倾斜的平原 其中与平原相接是海拔 200-500米的低山 越向西北山势越高 大都在 500-1500米之间 北京最高峰灵山海拔达 2303米 北京 1978年到2000年降水资料统计分析清楚表明 北京年平均降水量与夏季降 水量均具有山前迎风坡一带是多雨区 山后的背风区为少雨区的地理分布特征 针对北京地 形作用 孙继松等开展了地形雨落区与气流垂直分布 地形对夏季冰雹事件时空分布的影响 方面的天气学研究 取得了初步的成果1 基于数值变分分析结果作模拟初值开展地形对短期强降水过程的作用 存在两个方面的 难点 一是因初值对结果有非常重要的影响 在研究地形对短期数值天气预报的作用时 一 方面需要在初始时刻针对模式地形进行的改变要足够大 足以体现地形对模拟的真实影响 另一方面也要求因初始地形改变而引入的初始虚假气象噪音要足够小 不会明显改变初始时 刻模式大气的动力和热力协调 进而对模拟结果引入虚假的地形作用 二是采用先进的初值 变分同化方法 地形对天气模拟或预报的影响一方面体现在背景场误差协方差矩阵的分析与 *受北京市2001~2004 年度科技新星计划项目(合同号 H013610330119) 北京市科委项目 合同号 H010510120119 H020620250330 和国家科技部项目 合同号 2002BA904B05 联合资助 1孙继松,地形雨落区与气流的垂直分布,高原气象( 已接受) 孙继松,石增云等,地形对夏季冰雹 事件时空分布的影响研究(待发表). 1 计算结果中 另一方面与传统分析方法一样 作为模式大气的下边界条件 对预报或模拟过 程直接产生复杂的热力和动力影响 基于较传统客观分析结果更优的三维变分数值同化初 边值 如何设计合理的数值试验方案进行地形影响研究 仍有待开展 近年来 虽然在大地形及其分布特征对短时强降水天气过程影响的数值研究方面 国内 外都有所进展 并取得了一些有价值的成果[2]-[4]但以前的工作一般是通过把一定研究范围 内的模式地形降低 或去除 或增加到一个统一的取值 通过比较数值积分结果差异来