不同物理过程参数化方案对雾数值模拟的影响——以2009年12月9—11日的山西省一场大雾过程为例

雾 是 山西 省 地 区冬 季 常见 的灾 害 性 天气 之 一 ． 参 数 化包 括 了 ： 云 参数 化 、 界层 参 数 化 、 式 水 积 边 显
其 严重 的视 程 障碍威 胁 着城 市道 路 系统 、 高速 公 路 、 汽 方案 、 射 方 案 、 辐 地表 温 度方 案 等 。此 次数 值模 拟 航 空港 、 港航 道 的安全 ， 别是 主要 高 速公 路沿 线 的 区域 中 心 点 为 太 原 市 （７７ ｏ １２５ ￣ ） 采 用 海 特 ３ ．８ Ｎ， １ ． Ｅ ， ５ 的太 原 、 汾 和长 治 等地 区因 地 处盆 地 ， 临 地形 复杂 ， 双 向嵌 套 ．大 、小 区域 的格 点距 离 分 别 为 ２ ｋ 和 ７ｍ 是 雾 的多发地 区 因此 ． 对该 地 区高速公 路进 行及 时 ９ ｍ， 点 数 分 别 为 ６ ｘ ２ １ ３ ９ ， 图 ｌ 在 垂 直 ｋ 格 ４ ５ 、０ ｘ １ 如 ： 有 效 的雾预 报预 测 具有 重要 的意义 为 建立 山西 省 方 向上 分 ３ ０层 ． 用 上 疏 下 密 的方 式 ． 中 １５ ｍ 采 其 ．ｋ 大雾数 值 预报 系统 ．对 这些 次 网格 尺度 过程 进行 参 以下 有 ２ ２层 ，其 中最 低 的模 式层 位 于 ３５ 左 右 ： ．ｍ
８ １０ ） １３ ０
摘要 ： 选取 ２ ０ ０ ９年 １ ２月 ９ １ — １日发 生在 山西省 中南部 地 区的一 场辐 射 雾为例 ， 用 非静 力 中尺度 模 式 采 ＭＭ５ 行模 拟 ， 究 了不 同物理 过程 参数 化 方案对 雾数 值模 拟 的影响 ， 果表 明 ： 进 研 结 云辐射 方案 Ｂ 边界 层参 Ｋ 数化 方 案是 此 次辐 射 雾过 程模 拟 的 比较 好 的方 案 ． 雾 区分 布 的模 拟 与 实测基 本 一 致 ． 浓 雾 中心 的表 现 对 对
一
预报 模拟 和 ４维 数 据 同化 。 在更 小 的 中 ｐ和 中 尺 方案、 Ｒ 方案、 ｓ ＠Ｍ Ｆ ④Ｇ 方案 、 Ｔ ＠Ｅ Ａ方案； 度 上 （～ ０ｋ ， ２ ２ ０ ｍ） ＭＭ５能 够被 用 于 研 究 中 尺度 的对
１ — ３
＠ 青 气 海象
天与 候 乏
逆温 强度 有所 减 弱 ； ｌ 到 １日 ０ ８时 ， 随着北 方 冷 空气 的快 速 南 下 ， 向转 为北 风 ， 风 风力 加 大 到 ４级 左 右 ， 近地 层几 百米 内温度 露点 差 增大 ．整层 空气 都 为不 饱 和 状 态 ． 温 层 也 抬 升 到 ７ １ ６ ０ Ｐ ． 开 始 消 逆 ５ ～７ ｈ ａ 雾
散。
表 １ 太原 站 （３ ７ ）０日 ０ ５７２ １ ８时近地 层探 空信 息
图 １ 模 拟 区 域
图 ２ ２０ ０ ９年 １ ２月 １ 日 ８时 雾 实 况 监 测 ０
３ ２０ ０ ９年 １ ２月 ９ １ — １日个 例 实况介 绍
据 山 西 省 气 象 台 观 测 数 据 显 示 ．０ 日 ８ １
夭与 候 咒
＠
不 同物理过程参数化方案对雾数值模拟 的影响
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以 ２０ ０ ９年 １ ２月 ９ １ — １日的 山 西省 一 场 大 雾过 程 为例 李 青 平 ［ 管 琴 【１ １ 】 １ 、 ２
（． １南京信 息工程 大学， 南京 ２０ ４ ；． １０ ４２青海省黄 南州气象 台， 隆务镇
ＭＭ５是模 式 系统 的数 值 天气 预 报 部分 ． 能够 用 每 小 时输 出一次 于理 论 和 实 时研究 ． 些 应用 包 括 对 灾 害性 天 气 的 这
（） １边界层 方案采用 ： Ｒ —Ｂ ①Ｍ Ｆ Ｋ方案 、 Ｋ ②Ｂ （） ２ 辐射方案采用 ： ①云方案 、 Ｃ ２ ＠Ｃ Ｍ 方案。
的影响 。
案 ：用 Ｎ Ｅ ６ Ｃ Ｐ ｈ一 次 的 １ｘ 。 Ｎ 。 ｌＦ Ｌ资 料作 为初 始月 ９日 ２ ０时为 初 始
时 刻 ， 拟 时 间 为 ４ ｈ， 间 步 长 为 ７ ｓ 模 拟 结 果 模 ８ 时 ２，
２ ＭＭ５模 式简 介及模 式 方案设计
也 与 实测 吻合 ； 过 液 态水含 量 可 以成 功模 拟 雾的过 程 ， 雾发 生过程 中基 本存 在 逆 温 、 面湿 度 大 、 面 通 且 地 地 风速 小的特 点 ； 气 象要 素 场的模 拟 上存 在 少许偏 差 ， 在 但模 拟 的要 素 的 变化趋 势 与 实测基 本 一致 ； 中午前后
时 ～ １ 日 ８ 时 ． 西 省 有 １ 个 县 市 出 现 能 见 度 １ 山 ４
受前 期 雨雪 天气 过程 影 响 ． 空气 中水 汽充 足 ． 加 小 于 １０ ｍ 的 雾 天 ， 中 ， 台 山 、 乡 出 现 了 ００ 其 五 武 之 进入 采 暖季 ．空气 中存在 大量 的凝 结 核 ，山西 省 能 见 度 小 于 １ ０ 的 浓 雾 ． 是 一 场 辐 射 雾 过 程 ０ｍ ２０ ０ ９年 １ ２月 ０ — １ ９ １日出现 大范 围雾 天气 过 程 ９ 在 ２ ０ ０ ９年 １ ２月 １ 日 ０ ０ ８时 雾 实 况 监 测 图 上 （ 图 日２ ０时的太 原站 的探 空 图显 示 近地层 ３ ｍ 内静 风 ． ２ ， 字 表 示 能 见 度 ， ７ ）数 ＝表 示 轻 雾 ， 表 示 浓 雾 。
数 化 就显 得 十 分必 要 本文 以 ２ ０ ０ ９年 ｌ ２月 ９ ｌ 一 １ 地 形 分 别 采 用 １ ２ 的全 球 地 形 和 陆 面 资料 ： ０和 积 日发生 在 山西 省一 场大 雾过 程 为例 ．研 究 了不 同参 云 对 流 参 数 化 方 案 选 用 Ｇ ｅ 方 案 ． 下 垫 面 采 用 多 ｒｌ ｌ 数 化 方案 （ 边界 层 参 数 化方 案 、 射 方 案 ） 这 场 雾 层 土 壤 温 度 模 式 ，水 汽 方 案 为 ｇａ ｐ ｌｆ ｉ ｅ２方 辐 对 ｒｕ ｅ ｒ ｓ ｒ） ｅｎ
出现 低 能见度 ． 而模 式没 有描 绘 出雾 ． 因为和 空气 污染程度 有 关 。 是
关键 词 ： ； 雾 参数 化 ； 数值模 拟 ； 态水含 量 ； 温 ； 液 逆 风
１ 引 言
流 系 统 ， 面 ， 陆 风 ， 谷 环 流 以及 城 市 的 热 岛效 锋 海 山
应 ， 采用 的是 ｓ ｍａ坐标 的 预 报方 程 组 ． 设计 的 其 ｉ ｇ 而