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年内蒙古一次暴雪过程的高分辨率数值模拟
作者:网站采编关键词:
摘要：内蒙古是我国气象灾害较多的地区，干旱、大风、沙尘暴、低温冻害和暴风雪气象灾害事件因社会影响大而受到广泛的关注。这些气象灾害往往会造成人员伤亡、农牧业受损、公共交通
内蒙古是我国气象灾害较多的地区，干旱、大风、沙尘暴、低温冻害和暴风雪气象灾害事件因社会影响大而受到广泛的关注。这些气象灾害往往会造成人员伤亡、农牧业受损、公共交通受阻以及社会经济损失。暴雪是内蒙古冬季主要的气象灾害，关系着来年土壤墒情状况和干旱发生发展程度[1]。
2020 年4 月20—21 日，内蒙古东部地区出现了大范围降雪天气，降雪主要出现在内蒙古呼伦贝尔市和兴安盟。20 日8:00 至21 日8:00，呼伦贝尔市扎兰屯市出现特大暴雪，降雪量最大为33.9 mm，为1981 年来同期第三高[1]；阿荣旗出现大暴雪，降雪量为27.9 mm，鄂伦春自治旗和莫力达瓦达斡尔族自治旗出现暴雪，降雪量为13 mm 和12.6 mm，另有4 个站出现大雪，降雪量在5 mm 以上，是2020 年冬春之交出现的一次较强暴雪天气过程。此时正值冬春季节转换，是冬季风向夏季风过渡的时段，各大数值模式预报和预报员对降水预报的准确率下降，预报难度上升，因此，冬春时节的暴雪事件亟需研究。对于暴雪天气过程已有诸多研究。于恩涛[2]利用WRF（Weather Research and Forecasting）中尺度模式模拟了东北地区冬季降雪，评估了WRF 模式对季节降雪的模拟性能，研究发现WRF 模式可以合理地模拟冬季气温和降水的空间分布、东北地区季节降雪的空间分布和时间演变。高分辨率模拟结果更接近观测，该模式对陆面过程和微物理过程参数化方案更加敏感。谷秀杰等[3]利用NCEP 再分析资料和WRF 模式模拟分析了河南省东南部出现的一次极端暴雪过程，通过试验对比分析发现，山体的迎风坡一侧对降水的增幅作用达4～6 mm，而背风坡一侧对降水的减幅作用约为6 mm。王坤等[4]利用WRF 中尺度预报模式WSM3 微物理方案研究了青藏高原地区暴雪，并对偏差进行了原因分析，取得了较好的进展。基于此，利用国际上先进的中尺度数值模式和美国国家环境预报中心（NCEP）全球预报系统预报资料，对2020 年4 月20—21 日发生在内蒙古东部的一次暴雪过程进行模拟，评估了WRF 模式对此次暴雪过程的模拟能力。
1 资料与方法
使用NCEP 的全球预报系统2020 年4 月19—21 日GFS 预报资料，该数据时空分辨率为3 h、0.5°×0.5°。大气垂直分层为34 层，积雪分为3 层，土壤分为4 层。本文所用降雪观测资料为2020 年4 月20 日8:00—21 日8:00 的内蒙古地区气象站逐小时观测降雪数据。中尺度数值预报模式WRF-ARW[5]版本为V3.9.1，WRF 模式设置为2 重嵌套，外层分辨率为20 km×20 km，内层为4 km×4 km。
2 结果与分析
2.1 天气概况与WRF 降雪空间模拟
2020 年4 月19 日，东北地区受高空槽、低涡切变、低空急流共同影响，内蒙古东部出现大范围大风、雨雪天气，4 月19 日夜间，东北地区地面气旋开始发展，低层大气湿度增大，降水强度增大，此次过程冷涡切变维持时间长，影响系统东移速度缓慢，在东北地区产生入春以来全区最大范围、最大强度的降水、降温、大风天气过程。至4 月21 日降水开始减小，系统逐渐移出内蒙古地区，降水趋于结束。2020 年4 月20 日8:00—2020年4 月21 日8:00 累计降水（雪）量落区图见图1a，呼伦贝尔市东南部大部出现大到暴雪，局部大暴雪，最大降雪出现在扎兰屯市站，24 小时累计降水33.9 mm，强降水主要出现在呼伦贝尔市东南部。从图1b 对应时段的WRF 预报降水量（内层4 km 分辨率）来看，大于25 mm的特大暴雪位置与观测的特大暴雪位置十分一致，均出现在扎兰屯市东部和阿荣旗东南部，与观测实况吻合较好；WRF预报暴雪（介于10～25 mm）位于鄂伦春自治旗、莫力达瓦达斡尔族自治旗、阿荣旗中西部、扎兰屯市中西部和根河市东南部，与观测到的暴雪较为一致；而对于小雪和中雪预报亦与观测较为一致，这说明WRF 能够很好地预报强降雪的空间分布和降雪强度。
2.2 WRF 预报降水量与观测降水的时间序列对比分析
为了定量分析降水量预报能力，选择此次降雪过程降雪量最大的扎兰屯市站为代表，对比分析了2020 年4月20 日9:00—21 日8:00 逐小时降水的时间序列（图2）和统计特征。从图2 可以看出，WRF 预报的逐小时累计降水量与实测累计降水量趋势较为一致，较好地预报出了大于25 mm 的大暴雪；观测累计降水为33.7 mm，WRF预报降水量为27.74 mm，小于实测降水，较实测降水偏低5.96 mm。统计显示，扎兰屯市站WRF 预报24 小时逐小时降水量与观测的相关系数为0.968，超过了99%的信度检验，平均偏差为-0.327 mm·h-1和5.96 mm·d-1。
文章来源：《内蒙古煤炭经济》 网址: http://www.nmgmtjj.cn/qikandaodu/2021/0316/697.html
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