基于MM5模型的大连市气象场模拟分析研究

宫福强 王迎春 庞 越

(1.大连市环境监测中心，辽宁 大连 116023;2.阜新矿业集团职业病防治院，辽宁 阜新 123000)

长期以来，对中小尺度天气系统的预报一直很困难［1］，这种中小尺度的系统往往具有突发性、多发性、强度大等特点，靠传统天气学手段是难以较好地预报出来［2－3］。因此，开发和建设中尺度数值天气模式(如MM5)是目前进行中小尺度天气系统分析和预报的最有效方法之一［4］。运用气象预报模型MM5 进行气象场的模拟，对大连市分析研究该区域降水径流的时空分布和变化规律，将为保护该区域水资源、农业、生态环境和确保南水北调中线工程的顺利实施提供科学依据，具有重大意义［5－6］。

1 MM5 模型简介

MM5 模式具有非静力动力框架、多层网格嵌套、多种物理过程选项、四维变分、更广泛的计算机平台移植等主要功能［7］。MM5 的模拟区域采取Lambert 投影，两条真纬度分别为北纬25°和北纬40°;为保证边界气象场的准确性，MM5 模拟区域比空气质量模拟区域的水平各边界多3 个网格［8］;模拟层顶为100mb，垂直分为以下23 个σ 层。地形和地表类型数据采用美国地质调查局的全球数据;客观分析采用NCEP 的ADP 全球地表和高空观测资料，进行网格四维数据同化［9－10］。模拟域的物理过程的参数化选择如下:Kain－Fritsch 的积云参数化方案;Pleim－Xiu 的边界层及土地表层参数化方案;Reisner 的多相显式水汽方案;云模式(Cloud－radiation)的辐射参数化方法;及多层土壤模式［11］。

2 气象场验证

气象场的验证利用大连市5 个气象观测站的资料。5 个气象观测站分别位于瓦房店、长海、庄河、旅顺和大连。观测资料包括逐时(或每三小时)的温度、湿度、风速及风向［12］。

(1)温度验证:大连市四季温度差异分明，沿海站点长海的温度日变化较小。MM5 的模拟结果与观测吻合较好，相关系数均在0.98 以上。

(2)湿度验证:大连市的湿度月变化较为明显，夏季雨水较多，模拟结果整体趋势较好，相关系数在0.64～0.80 之间，但略有偏低，可能由于模拟空间分辨率不够所致。

(3)风场验证:大连市冬季风速较大，沿海站点长海尤为明显。模拟结果整体上与观测吻合，相关系数在0.5～0.6。

3 气象场模拟

通过对温度、湿度和风场的检验表明，模型获得的模拟气象场与实际情况符合较好，可以以此为基础进行空气质量的模拟。模拟的逐月平均温场、湿度场和风场结果分别如图1、2 和3 所示。

图1 2012年逐月平均模拟温度场分布

图2 2012年逐月平均模拟湿度场分布

图3 2012年逐月平均模拟风场分布

4 结 论

(1)运用MM5 模型模拟的大连市气象场的结果与大连市5 个气象观测站的观测值相比较，温度场的MM5的模拟结果与观测吻合较好;湿度场的MM5 模拟结果整体趋势较好，相关系数在0.64～0.80 之间，但略有偏低，可能由于模拟空间分辨率不够所致;风场的MM5 模拟结果整体上与观测吻合，相关系数在0.5～0.6。(2)通过对温度、湿度和风场的检验表明，通过调整MM5 模型垂直方向的垂直层分布及增加垂直层数，模型获得的模拟气象场与实际情况符合较好，可以以MM5 模型进行空气质量的模拟。(3)通过对大连市气象场的模拟，对大连气象预测预报及降水径流的时空分布和变化规律具有很好的参考价值和应用价值为保护该区域的水资源、农业、生态环境提供科学依据，具有重大意义。

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