基于WRF模式的渭河流域极端降水模拟研究

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极端降水是全球最受关注且影响最大极端气候事件之一,是极端气候变化及防灾领域研究的热点。研究极端降水的时空变化及机理特征具有重要的理论和现实意义。本研究以渭河流域逐日降水观测资料为基础,运用线性回归等方法揭示了 1966-2017年间极端降水指数时空分布特征,对极端降水阈值空间差异等特征进行分析,并筛选出两场极端降水事件,探讨了极端降水事件的天气形势及水汽条件。结合区域气候模式WRF(Weather Research and Forecasting Model)选用12种参数化方案组合,模拟这两次极端降水过程,并选择TS评分,相关系数等评价指标对各方案的模拟结果进行评价。之后以WRF模式的输出数据驱动HYSPLIT模型(Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model),对渭河流域极端降水过程的水汽输送特征进行分析,并与GDAS(Global Data Assimilation System)数据驱动HYSPLIT的水汽路径进行比较,探讨WRF模式运行结果驱动HYSPLIT模型的可行性及轨迹误差来源,主要研究结论如下:(1)总体上,近52年来渭河流域极端降水指数呈缓慢增长或下降趋势,但年际差异较大,波动较为显著。在年代际变化中,极端湿润指数(CWD)及极端降水日数(R25)周期异常现象最为显著。渭河流域东部极端降水指数普遍大于西部,极端降水阈值和极端强降水阈值空间分布形态较为一致,极端降水阈值趋于16.58mm-28.09mm之间,极端强降水阈值趋于29.12mm-53.56mm之间,并与海拔及经纬度呈现较强的相关关系。(2)10723极端降水过程受台风‘灿都’北上与副热带高压北抬共同影响,槽线东移致槽前引导的冷空气与副热带高压西北侧引导的暖湿气流交汇是造成13721极端降水的主要原因。两次降水期间,渭河流域均处于高湿水汽范围内,并存在明显的水汽辐合区,与强降水落区对应。相较于采用Kessler方案,Lin et al.方案在降水落区及降水量级上更适用于渭河流域的短时极端降水模拟,当积云对流参数化方案采用Grell-Freitas方案模拟效果较优,边界层参数化选取对降水模拟影响较小。(3)10723极端降水水汽主要来源于偏南通道的水汽输送,其水汽来源于台风‘灿都’登陆提供的源源不断水汽。13721极端降水水汽主要来源于偏南通道及偏西通道的水汽输送,主要受副热带高压外围源源不断输送提供的低层暖湿气流影响。由于WRF更高分辨率的输出数据驱动HYSPLIT模型生成更为精细的分辨率轨迹,导致其在不同高度上存在较小占比的水汽路径,然而在GDAS驱动HYSPLIT中未能模拟出这些水汽路径。此外,不同驱动数据对空气质点所在位置地形高度的描述能力不同,因此两者水汽气团传输存在高度差异。
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