皇彦 孙小龙

摘 要 2020年4月20—21日内蒙古东部出现了一次较强的降雪过程，最大降雪量33.9 mm。利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式对此次降雪过程进行了高分辨率数值模拟，评估了WRF模式对此次降雪过程的模拟能力。结果显示，WRF模式可以较好地模拟内蒙古东部降雪的空间分布，降雪量模拟结果与站点观测一致性较好，同时WRF模式也能够较好地模拟降雪的时间变化;另外通过对此次降雪过程雪深进行对比，发现WRF模式对雪深亦有较好的预报能力。

关键词 内蒙古;WRF;暴雪;数值模拟

中图分类号：P458.3 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.27.082

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再分析資料和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。

2.3 WRF预报雪深空间分布与观测对比分析

强降雪往往造成积雪累积，出现较深的雪深，给道路交通和农业温室大棚、牧业牲畜草原食草造成较大影响。故使用逐日观测雪深与WRF预报雪深进行对比分析，考虑到雪深无逐小时观测，故而只对比4月21日8：00的积雪深度。从图3中观测和WRF预报的雪深空间分布可以看出，观测雪深大值区位于扎兰屯市、阿荣旗和莫力达瓦达斡尔族自治旗，呼伦贝尔市中西部积雪深度较小，均低于2.5 cm;呼伦贝尔市东南部雪深较深，高于30 cm。WRF预报的积雪深度大值区位于扎兰屯市东部、阿荣旗东部和莫力达瓦达斡尔族自治旗大部，雪深超过30 cm，而在西部区积雪深度小于2.5 cm，与观测较为一致。以扎兰屯市站为例，观测雪深为45 cm，而WRF预报雪深为42.36 cm，偏低3 cm，偏差较小。这表明，WRF预报积雪深度的能力较好，能够满足业务需求和农牧业气象服务的需要。

3 结论

WRF模式能够较好地模拟此次强降雪过程，再现了降雪的空间分布和时间序列变化，预报的降雪累积量小于24小时观测值。从时间相关系数和偏差统计特征来看，WRF预报降水与观测的相关系数均高于0.95，通过了99%的信度检验，这说明WRF较好地把握住了降水的时间演变趋势，且偏差较小。

参考文献：

[1] 顾润源.内蒙古自治区天气预报手册[M].北京：气象出版社，2012.

[2] 于恩涛.我国东北地区季节降雪高分辨率数值模拟[J].科学通报，2013，58（8）：690-698.

[3] 谷秀杰，苏爱芳，张宁，等.地形对豫东南一次极端暴雪影响分析[J].气象与环境学报，2019，35（6）：14-20.

[4] 王坤，张飞民，孙超，等.WRF-WSM3微物理方案在青藏高原地区暴雪模拟中的改进及试验[J].大气科学，2014，38（1）：101-109.

[5] Skamarock WC， Klemp JB， Dudhia J， et al. A Description of the Advanced Research WRF Version 3[M].Boulder：NCAR，2008.

（责任编辑：赵中正）