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摘要：雷雨天气是春夏影响长乐机场飞行的重要天气之一，为了研究该类天气的发生发展条件，本文利用WRF模式对2012年6月长乐机场的一次雷雨过程进行数值模拟，利用模拟输出结果进行诊断分析，结果表明：降水区处于较强的热力不稳定层结中，西南暖湿气流向北输送与北侧干冷空气相遇产生强对流天气；低层的西南急流对暖湿气流的输送起到了重要的作用，其动量下传增加近地面层大气不稳定度；对流有效位能（CAPE）的累积与强对流的发生有很好地对应关系。
关键词：雷雨 数值模拟 WRF 对流有效位能 动量下传
中图分类号：P468.0+28
引言
雷暴天气是影响航空运输安全和效益的主要灾害性之一，是航空气象预报重点保障要素之一。通常把仅伴有阵雨的雷暴称为一般雷暴，而把伴有暴雨、大风、冰雹、龙卷等严重灾害性天气的雷暴成为强雷暴。强雷暴的强度大、维持时间长，对飞行的影响最大，产生强雷暴的强对流天气也一直是气象学者研究的重点[1-6]。
福建春夏季是雷雨的高发季节，雷雨天气是春夏影响长乐机场飞行的重要天气之一，机场雷暴绝大多数出现在午后至上半夜，午后雷暴的预报是全天预报的重点。本文利用WRF模式对2012年6月长乐机场的一次雷雨过程进行数值模拟，利用模拟输出结果分别从大气环流场、水汽条件和不稳定能量等方面进行诊断分析。
1 资料来源
本文采用NCEP全球再分析资料，分辨率为1°×1°，一天四个时次；福建省66站常规气象台站日降水资料。
2、天气实况及环流形势
2.1 天气实况
6月24日午后到夜里长乐机场出现了一次雷雨过程，其雷暴时段为15：11～16：45（北京时，以下同）、20：37～21：43、23：06～23：42，长乐机场气象台一共发布了四份雷雨警报，由于其发生的时段处于飞行的忙时，本次雷雨天气过程对当天的飞行造成了一定的影响。雷雨回波区是从本场西南方的强回波区移动到本场的。
在24日全省日降水图上（图2.a），我们可以看到，有四个降水中心，其中三个强度均达到暴雨量级以上，分别位于福建省北部和福建中南部沿海地区，在东南沿海地区的两个降水中心值达到大暴雨（>100毫米）量级，在我省南部有还有一量级达到大到暴雨（>33毫米）的局地降水中心。
2.2高空环流形势
24日500hpa、700hpa、850hpa福建地区处于高压后部一致的西南气流中，在东海有一低涡在东移，500hpa短波槽活跃。在850hpa图上在08时、06时和12时在福建沿海地区有西南风急流存在（图1）。
3、WRF数值模拟方案
WRF模式是新一代非静力平衡、高分辨率、科研和业务预报统一的中尺度预报和资料同化模式，它支持单向和多向多重区域嵌套，具有较高的计算效率。
模拟时间：2012年6月24日08時至6月25日08时。
模式采用兰勃脱投影，标准纬度北纬10度和40 度，标准经度东经118度；采用三层嵌套，中心纬度北纬26.0度，经度东经118.0度，第一层90公里（41×35格点），第二层30公里（52×49格 点），第三层10公里（52×52格点），模式分辨率90×30×10公里。
积云参数化采用Grell-Devenyi集合方案；微物理过程采用WRF Single-Moment6-Class方案；边界层方案选择Eta Mellor-Yamada-Janjic TKE（湍流动能）方案；陆面过程方案选择Noah方案；采用RRTM 长波辐射方案、Dudhia 短波辐射方案；模式的初始条件和侧边界条件均采用NCEP每6 h 一次的全球再分析资料。
4 模拟结果分析
4.1 降水
对比24日08时到25日08时降水量的实况和模拟结果（图2）可见，实况中的四个降水中心在模式中模拟出来了。数值模拟结果中，在福建沿海的两个特大暴雨中心在降水位置、降水带和中心量级上都很好地与实况对应，在福建北部地区降水量级偏小；同时看到，在模拟的结果中除了这四个中心，还多了几个尺度较小的中心，其中在福州西北部和宁德中部的降水中心达到了暴雨量级，对比实况台站资料发现在其附近确实有降水中心，但其量级不大，因此模拟结果在这两个地方偏大。总的来说，WEF模式对这次降水过程有较好的模拟能力。
4.2环流
对比500hpa、700hpa和850hpa高度场和流场图可见（图略），低层东海的低涡、高空三层一致的偏南气流和福建沿海低层的西南风急流，都得到较好地模拟。WRF模式对此次过程的环流场也具有较好的模拟能力。
图3是长乐机场南面大暴雨中心（119°E，25.3°N）近地面风速随时间的演变，24日08时风速逐渐加大，17时～20时风速达到最大，20时以后风速开始减小，白天地面风速增大是沿海低层西南风急流动量下传的表现。福建沿海24日地面盛行一致的偏南风，且都有动量下传导致白天地面风速明显增大的现象。
4.3大气不稳定度和水汽条件
通过模式输出的结果发现，24日福建处于上干下湿的不稳定层结中，图4是24日06时850hpa温度露点差，除福建东北部分地区温度露点差较大外，福建大部地区温度露点差小于3℃，低层湿度较大，说明降水区水汽充沛。与数值模拟的降水量图对比发现，福建东部四个暴雨中心均位于温度露点差梯度大值区（等温度露点差密集带）附近，其中在长乐机场及其西南面的温度露点差梯度（图中黑色矩形框）最大，在温度露点差梯度的南侧为湿区，北侧为干区，较强的西南暖湿气流输送与北侧相对干冷空气相遇产生强的对流天气，可见低层的西南急流对暖湿气流的输送起到了重要的作用，其动量下传同时增加了近地面层的暖湿气流的输送，增加了大气的不稳定度。 4.4 对流有效位能CAPE
在强对流天气可能发生的环境中，对流有效位能是一个与环境联系最为紧密的物理量，被广泛地应用于强对流天气的诊断分析中，它表示从自由对流高度到平衡高度对流层的累积浮力能。
式中： θv '表示扰动虚位温； θvs是大气中虚位温的典型值； Zc 为自由对流高度； Ze 为平衡高度。
长乐机场此次雷雨过程的降水中心是位于机场南面的大暴雨中心（119°E，25.3°N），因此下面分析了该大暴雨中心的CAPE的演变。从CAPE和每小时降水量的时间演变（图5）中可见，该地区的CAPE值24日09时从850J·kg-1开始逐渐增大，对流有效位能累积很快，到12时达到峰值（1770 J·kg-1），每小时降水也是随着CAPE的累积而不断增强，同样到12时降水量达到最大，伴随强降水的能量释放，暴雨中心的CAPE值12时开始减小，19时达到谷值（1350 J·kg-1），此期间降水的变化与CAPE有很好的对应关系，19时后CAPE又开始累计增加，23时达到峰值，此时降水增强，25日00时达到降水的峰值，同样随着降水能量释放CAPE开始减小。可见，CAPE两次的累积增加过程很好地对应着两次降水强度增强过程，CAPE值的峰值有时超前于降水量的峰值，因此CAPE的变化很好地反映了该降水中心的发生和发展特征。
5 结论
（1） WRF模式对此次雷雨过程的降水和环流有较好地模拟能力。
（2） 大气处于较强不稳定层结中，降水区中水汽充沛；较强的西南暖湿气流输送与北侧干冷空气相遇产生强对流天气。
（3） 低层的西南急流对暖湿气流的输送起到了重要的作用，其动量下传增加近地面层大气不稳定度。
（4） CAPE两次的累积增加过程很好地对应着两次降水强度增强过程，CAPE值的峰值有时超前于降水量的峰值，CAPE的变化很好地反映了该降水中心的发生和发展特征。
参考文献
[1]刘峰.2008.一次强对流天气过程的诊断分析和数值模拟[J].气象，34（2）：18-24.
[2]张德林，马雷鸣.0730上海强对流天气个例的中尺度观测分析及数值模拟[J].气象.2010，36（3）：62-69.
[3]黄海波，陈春艳等.WRF模式不同云微物理参数化方案及水平分辨率对降水预报效果的影响.2011，39（5）：529-534.
[4]张曼，王昂生等.不同降水方案对“03.7”一次暴雨过程模擬的影响[J].大气科学，2006，30（3）：441-452.
[5]王坚红，张楠等.2011.天津地区080625强对流天气过程的分析[J].大气科学学报，34（6）：688-696.
[6]夏丽花，冯晋勤，黄美金，等. 2006. 一次强对流天气过程的成因分析[J]. 气象，32（7）：110-114.
关键词：雷雨 数值模拟 WRF 对流有效位能 动量下传
中图分类号：P468.0+28
引言
雷暴天气是影响航空运输安全和效益的主要灾害性之一，是航空气象预报重点保障要素之一。通常把仅伴有阵雨的雷暴称为一般雷暴，而把伴有暴雨、大风、冰雹、龙卷等严重灾害性天气的雷暴成为强雷暴。强雷暴的强度大、维持时间长，对飞行的影响最大，产生强雷暴的强对流天气也一直是气象学者研究的重点[1-6]。
福建春夏季是雷雨的高发季节，雷雨天气是春夏影响长乐机场飞行的重要天气之一，机场雷暴绝大多数出现在午后至上半夜，午后雷暴的预报是全天预报的重点。本文利用WRF模式对2012年6月长乐机场的一次雷雨过程进行数值模拟，利用模拟输出结果分别从大气环流场、水汽条件和不稳定能量等方面进行诊断分析。
1 资料来源
本文采用NCEP全球再分析资料，分辨率为1°×1°，一天四个时次；福建省66站常规气象台站日降水资料。
2、天气实况及环流形势
2.1 天气实况
6月24日午后到夜里长乐机场出现了一次雷雨过程，其雷暴时段为15：11～16：45（北京时，以下同）、20：37～21：43、23：06～23：42，长乐机场气象台一共发布了四份雷雨警报，由于其发生的时段处于飞行的忙时，本次雷雨天气过程对当天的飞行造成了一定的影响。雷雨回波区是从本场西南方的强回波区移动到本场的。
在24日全省日降水图上（图2.a），我们可以看到，有四个降水中心，其中三个强度均达到暴雨量级以上，分别位于福建省北部和福建中南部沿海地区，在东南沿海地区的两个降水中心值达到大暴雨（>100毫米）量级，在我省南部有还有一量级达到大到暴雨（>33毫米）的局地降水中心。
2.2高空环流形势
24日500hpa、700hpa、850hpa福建地区处于高压后部一致的西南气流中，在东海有一低涡在东移，500hpa短波槽活跃。在850hpa图上在08时、06时和12时在福建沿海地区有西南风急流存在（图1）。
3、WRF数值模拟方案
WRF模式是新一代非静力平衡、高分辨率、科研和业务预报统一的中尺度预报和资料同化模式，它支持单向和多向多重区域嵌套，具有较高的计算效率。
模拟时间：2012年6月24日08時至6月25日08时。
模式采用兰勃脱投影，标准纬度北纬10度和40 度，标准经度东经118度；采用三层嵌套，中心纬度北纬26.0度，经度东经118.0度，第一层90公里（41×35格点），第二层30公里（52×49格 点），第三层10公里（52×52格点），模式分辨率90×30×10公里。
积云参数化采用Grell-Devenyi集合方案；微物理过程采用WRF Single-Moment6-Class方案；边界层方案选择Eta Mellor-Yamada-Janjic TKE（湍流动能）方案；陆面过程方案选择Noah方案；采用RRTM 长波辐射方案、Dudhia 短波辐射方案；模式的初始条件和侧边界条件均采用NCEP每6 h 一次的全球再分析资料。
4 模拟结果分析
4.1 降水
对比24日08时到25日08时降水量的实况和模拟结果（图2）可见，实况中的四个降水中心在模式中模拟出来了。数值模拟结果中，在福建沿海的两个特大暴雨中心在降水位置、降水带和中心量级上都很好地与实况对应，在福建北部地区降水量级偏小；同时看到，在模拟的结果中除了这四个中心，还多了几个尺度较小的中心，其中在福州西北部和宁德中部的降水中心达到了暴雨量级，对比实况台站资料发现在其附近确实有降水中心，但其量级不大，因此模拟结果在这两个地方偏大。总的来说，WEF模式对这次降水过程有较好的模拟能力。
4.2环流
对比500hpa、700hpa和850hpa高度场和流场图可见（图略），低层东海的低涡、高空三层一致的偏南气流和福建沿海低层的西南风急流，都得到较好地模拟。WRF模式对此次过程的环流场也具有较好的模拟能力。
图3是长乐机场南面大暴雨中心（119°E，25.3°N）近地面风速随时间的演变，24日08时风速逐渐加大，17时～20时风速达到最大，20时以后风速开始减小，白天地面风速增大是沿海低层西南风急流动量下传的表现。福建沿海24日地面盛行一致的偏南风，且都有动量下传导致白天地面风速明显增大的现象。
4.3大气不稳定度和水汽条件
通过模式输出的结果发现，24日福建处于上干下湿的不稳定层结中，图4是24日06时850hpa温度露点差，除福建东北部分地区温度露点差较大外，福建大部地区温度露点差小于3℃，低层湿度较大，说明降水区水汽充沛。与数值模拟的降水量图对比发现，福建东部四个暴雨中心均位于温度露点差梯度大值区（等温度露点差密集带）附近，其中在长乐机场及其西南面的温度露点差梯度（图中黑色矩形框）最大，在温度露点差梯度的南侧为湿区，北侧为干区，较强的西南暖湿气流输送与北侧相对干冷空气相遇产生强的对流天气，可见低层的西南急流对暖湿气流的输送起到了重要的作用，其动量下传同时增加了近地面层的暖湿气流的输送，增加了大气的不稳定度。 4.4 对流有效位能CAPE
在强对流天气可能发生的环境中，对流有效位能是一个与环境联系最为紧密的物理量，被广泛地应用于强对流天气的诊断分析中，它表示从自由对流高度到平衡高度对流层的累积浮力能。
式中： θv '表示扰动虚位温； θvs是大气中虚位温的典型值； Zc 为自由对流高度； Ze 为平衡高度。
长乐机场此次雷雨过程的降水中心是位于机场南面的大暴雨中心（119°E，25.3°N），因此下面分析了该大暴雨中心的CAPE的演变。从CAPE和每小时降水量的时间演变（图5）中可见，该地区的CAPE值24日09时从850J·kg-1开始逐渐增大，对流有效位能累积很快，到12时达到峰值（1770 J·kg-1），每小时降水也是随着CAPE的累积而不断增强，同样到12时降水量达到最大，伴随强降水的能量释放，暴雨中心的CAPE值12时开始减小，19时达到谷值（1350 J·kg-1），此期间降水的变化与CAPE有很好的对应关系，19时后CAPE又开始累计增加，23时达到峰值，此时降水增强，25日00时达到降水的峰值，同样随着降水能量释放CAPE开始减小。可见，CAPE两次的累积增加过程很好地对应着两次降水强度增强过程，CAPE值的峰值有时超前于降水量的峰值，因此CAPE的变化很好地反映了该降水中心的发生和发展特征。
5 结论
（1） WRF模式对此次雷雨过程的降水和环流有较好地模拟能力。
（2） 大气处于较强不稳定层结中，降水区中水汽充沛；较强的西南暖湿气流输送与北侧干冷空气相遇产生强对流天气。
（3） 低层的西南急流对暖湿气流的输送起到了重要的作用，其动量下传增加近地面层大气不稳定度。
（4） CAPE两次的累积增加过程很好地对应着两次降水强度增强过程，CAPE值的峰值有时超前于降水量的峰值，CAPE的变化很好地反映了该降水中心的发生和发展特征。
参考文献
[1]刘峰.2008.一次强对流天气过程的诊断分析和数值模拟[J].气象，34（2）：18-24.
[2]张德林，马雷鸣.0730上海强对流天气个例的中尺度观测分析及数值模拟[J].气象.2010，36（3）：62-69.
[3]黄海波，陈春艳等.WRF模式不同云微物理参数化方案及水平分辨率对降水预报效果的影响.2011，39（5）：529-534.
[4]张曼，王昂生等.不同降水方案对“03.7”一次暴雨过程模擬的影响[J].大气科学，2006，30（3）：441-452.
[5]王坚红，张楠等.2011.天津地区080625强对流天气过程的分析[J].大气科学学报，34（6）：688-696.
[6]夏丽花，冯晋勤，黄美金，等. 2006. 一次强对流天气过程的成因分析[J]. 气象，32（7）：110-114.