不同参数化方案对西北暴雨的模拟影响
利用wrf模式中不同参数化过程的耦合与NCEP 每6小时一次的1°×1°格点资料，来模拟2012年7月28日至30日在中国西北地区发生的一次暴雨。通过采用3种微物理过程参数化方案（Thompson、 Kessler、Ferrier）、3种边界层参数化方案（MYJ、MYNN、UW）、3种陆面模式参数化方案（UN、RUC、PX），经过整合选取7组方案进行了一次敏感性试验。通过分析与比较我们得知：选用不同参数化过程对于同一个暴雨过程的描述有着很大的不同。没有某一个确定的物理参数化过程方案对所有的诊断量模拟效果都好，不同参数化方案搭配的使用效果更佳。通过对降水强度、涡度、散度、垂直速度等诊断量的分析，可以更好地了解不同参数化方案对于此次暴雨模拟结果的影响,为我国西北干旱地区寻求一个更好的暴雨
预报方案。
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第一章 引言
1.1研究目的
暴雨一般是在特定的天气背景条件下产生，同时具备了水汽、动力、热力条件,它是一种影响严重的灾害性天气。某一地区连降暴雨或出现大暴雨、特大暴雨，常导致山洪暴发，水库垮坝，江河横溢，房屋被冲塌，农田被淹没，交通和电讯中断，会给国民经济和人民的生命财产带来严重危害。暴雨尤其是大范围持续性暴雨和集中的特大暴雨，不仅影响工农业生产，而且可能危害人民的生命，造成严重的经济损失。
IPCC第五次评估报告指出，过去50年来，由气候变化所导致极端天气事件在全球范围内发生的频率呈上升趋势，它们与其他因素相结合还可进一步造成自然灾害的频频发生。未来一个世纪，高温天气和热浪将变得更为频繁，并且持续时间更长。在世界许多地区，将出现强降雨事件及其所导致的降雨量上升。近60年来，我国年平均气温每十年约升高0.23摄氏度，升温幅度是全球的两倍。1961年以来，我国的高温热浪事件明显增多，21世纪以来更为突出，平均每年高温面积占全国27.4%，超过常年两倍。总的来看，我国年降水日数在减少，而暴雨日数增加了10%，易造成城市内涝和山洪灾害的短历时暴雨有增多增强的趋势。区域性和阶段性干旱情况也有所加剧，自1997年以来，东北、华北和西南平均每年中等以上干旱日数，比之前分别增加24%、15%和34%。21世纪以来，我国平均每年有8个台风登陆，其中有一半最大风力达到或者超过12级，比20世纪90年代增加了近一倍。极端天气给我们带来的影响与灾害是显而易见的，我们应积极面对，提出更好的解决方案。
研究显示，暴雨的形成过程是相当复杂的，从宏观的物理条件来说，充足而又源源不断的水汽、强盛而又持久的上升运动、大气层结状态的不稳定，都是诱发各类暴雨产生的原因。近年来，利用各种物理要素对暴雨进行诊断越来越受到人们的欢迎，水汽通量散度、涡度、散度、垂直上升速度、假相当位温等相关的物理量被越来越多地用到暴雨的诊断分析之中。这些物理量能够很好地表明发生一场暴雨所需要的水汽条件、动力条件、热力条件等。利用先进的中尺度数值模式输出的数值模拟产品开展对于强对流天气的研究不仅具有一定的模拟能力，而
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且能在一定程度上弥补观测资料在时空分辨率上的不足。研究表明，WRF中尺度气象数值预报模式模拟出暴雨天气过程已经成为最常运用的手段之一[7-13]，并已经取得丰硕的研究成果。然而受到一定条件的制约，我们在对于暴雨天气的模拟、分析与预报上还有很大的提升空间。特别是在我国西北地区，由于陆面、海拔等因素的不同，必须使用与我国沿海地带不同的暴雨预报方案才能更准确及时地传达暴雨预警信息，所以在这一方面有必要进行更深一步的研究。
陈炯[2]等比较不同参数化方案对于江淮地区暴雨的模拟结果，分析它们在对于降水过程中所起的作用以及差异。闫之辉[3]等对不同微物理过程方案对于降水预报的检验做了研究，表明总体预报效果LIN方案较好，而对流参数化方案从降水落区预报和对流降水对总降水的贡献两方面看则是KF和NKF方案的预报效果较好。马严枝[4]等采用不同的微物理方案对于华北降水进行模拟，所得的结论对该地区的降水预报具有很好的参考价值。本文比较使用不同参数化方案的模拟结果，以分析它们降水过程中所起的作用和不同参数化方案之间的差异。李安泰[1]等耦合不同的陆面方案对于舟曲的暴雨进行模拟分析，表明采用PX陆面方案对于此次暴雨模拟的结果最为合理。张强[5]等归纳总结了干旱区陆面过程和大气边界层领域取得的部分进展。郭宏军[6]等对不同陆面过程方案敏感性的数值研究, 分析不同陆面过程方案对暴雨数值模拟的影响。通过以上的经验，我们将对不同的物理参数化过程进行比较分析，以更深入地去了解WRF模式中不同参数化过程的特点，特别是对于干旱区和湿润区不同的参数化方案的选择以及比较以后我国西北地区暴雨的分析中选用更加出色的方案。
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1.2 背景介绍
我国西北地区地处我国远离海洋的青藏高原东北侧边坡地带，绝大多数地区属于干旱半干旱气候、夏季高温，全年少雨，气候干燥。西北地区的暴雨主要发生在西北地区东部，它的出现属于小概率事件，通常具有落点分散、时间短、强度大、局地性强的特征。而这次“内蒙古微气象观测蒸发试验”所在地，气候终年为西风环流控制，属中温带典型的大陆性气候，降水稀少，年平均降水量102.9毫米，最大年降水量150.3毫米，最小年水降水量33.3毫米。
2012年7月29日北京时间20时左右，我国西北地区发生了一次罕见的暴雨事件，其持续时间久、强度大、分布范围广。此次暴雨持续时间约为8个小时左右，我们在“内蒙古微气象观测蒸发试验”中自动雨量计观测的30分钟累积降水量达到48mm，甚至超过了某些年份的年总降水量，其中每小时最大降水发生于7月29日20时至21时，达到了27.3mm，给人民群众的安全带来了严重的威胁。
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不同参数化方案对西北暴雨的模拟影响
