山东地区一次夏季极端暴雨中尺度系统发展演变过程及机理分析.pdf

9895.2208.21261RainstorminShandongProvince.ChineseJournalofAtmosphericSciences(inChinese),47(3):786-804.doi:10.3878/j.issn.1006-Wanding,ZHOU Yushu,ZHONG Shanshan,et al.2023.Evolution Process and Mechanism Analysis of the Mesoscale System of an Extreme Summer龚琬丁，周玉淑，钟珊珊，等.2 0 2 3.山东地区一次夏季极端暴雨中尺度系统发展演变过程及机理分析J1.大气科学，47(3）:7 8 6-8 0 4.GONG2023年5月May2023ChineciencesVol.47 No.3第47 卷第3期科学山东地区一次夏季极端暴雨中尺度系统发展演变过程及机理分析龚琬丁1,2周玉淑又2,3钟珊珊1沈新勇1.4李小凡5邓国6,71南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心，南京2 10 0 442中国科学院大气物理研究所云降水物理与强风暴院重点实验室（LACS），北京10 0 0 2 93中国科学院大学地球与行星科学学院，北京10 0 0 494南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），珠海519 0 8 25浙江大学地球科学学院，杭州310 0 2 76中国气象局地球系统数值预报中心，北京10 0 0 8 17中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室，北京10 0 0 8 1摘要对2 0 2 0 年7 月2 2 日山东半岛一次极端暴雨天气过程开展观测分析，并利用中尺度模式WRF对此次局地降水过程进行了高分辨率数值模拟，对暴雨过程进行了天气背景和中尺度降雨的诊断。WRF模式较好地再现了此次极端暴雨过程，结果表明：此次极端暴雨过程短时降水强度大且局地性强，在时空上具有明显中尺度特征。降水发生在北抬副热带高压与华北低涡底部之间的西南气流中，强低涡与低空急流是影响此次降水的重要天气系统。西南急流为本次暴雨过程极端水汽的主要输送载体；在弱高空辐散场下，从地表延伸至50 0 hPa高空的深厚低涡是造成本次暴雨的主要影响因子，其时空演变特征与中尺度云团变化一致，与暴雨的发生直接相关。低涡、低空急流和副高之间的相互作用使低涡加强发展，低涡南部有暖湿气流入流，北部有干冷气流流入，比湿梯度基本呈现为自南向北递减分布，是典型的伴有低空急流的中尺度低涡流场分布；低涡辐合及其与副热带高压边缘强风速带的共同作用，导致强垂直运动发展并维持，是造成本次山东半岛极端暴雨的重要原因。关键词山东半岛极端暴雨中尺度低涡低空急流发展演变过程文章编号1006-9895(2023)03-0786-19中图分类号号P445文献标识码Adoi:10.3878/j.issn.1006-9895.2208.21261Evolution Process and Mechanism Analysis of the Mesoscale System of anExtreme Summer Rainstorm in Shandong ProvinceGONG Wanding2,ZHOU Yushu,ZHONG Shanshan,SHEN Xinyong1,4LI Xiaofan,and DENG Guo6,71 Key Laboratory of Meteorological Disaster,Ministry Education/Joint International Research Laboratory of Climate and EnvironmentChange/Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters,Nanjing University of Information Science收稿日期2021-12-30网络预出版日期2 0 2 2-0 8-0 1作者简介龚琬丁，女，1997 年出生，硕士研究生，主要从事暴雨诊断及机理分析研究。E-mail:通讯作者钟珊珊，E-mail:资助项目国家自然科学基金项目42 17 50 12、4197 5137、418 7 50 56、41930 96 7，国家重点研发计划项目2 0 19YFC1510400Funded byy National Natural Science Foundation of China(Grants 42175012,41975137,41875056,41930967),National Key Research andDevelopment Program of China(Grant 2019YFC1510400)No.3787GONGWandinrocessandMeystemofan.sosale龚琬丁等：山东地区一次夏季极端暴雨中尺度系统发展演变过程及机理分析3期and Technology,Nanjing 2100442 Key Laboratory of Cloud-Precipitation Physics and Severe Storms(LACS),Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing1000293 College of Earth Sciences,University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 1000494 Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory(Zhuhai),Zhuhai 5190825 School of Earth Sciences,Zhejiang University,Hangzhou 3100276 Earth System Modeling and Prediction Centre,China Meteorological Administration,Beijing 1000817 State Key Laboratory of Severe Weather,Chinese Academy of Meteorological Sciences,Beijing 100081Abstract The synoptic circulation pattern and mesoscale systems associated with the extreme torrential rain occurring inthe Shandong Peninsula on 22 July 2020,are analyzed with conventional observational data and a high-resolutionnumerical simulation using the mesoscale model WRF.The simulation agreed well with the precipitation process.Theresults show that the rainstorm process is characterized by mesoscale features spatially and temporally,represented in itshigh intensity of short-term rainfall,severe locality,etc.Precipitation occurs in the southwest airflow between thesubtropical north elevation and the bottom of a low vortex.Strong vortices and low-level jets are important weathersystems that affect this precipitation.The southwest jet stream is the main carrier of extreme water vapor during thisheavy precipitation.Under a high-level weak divergent field,the main influence of this rainstorm is the deep low vortexextending from the surface to the 500-hPa high altitude.Its temporal and spatial evolution characteristics are consistentwith the mesoscale cloud cluster changes shown by the FY-2E hourly TBB data.This consistency is directly related to theoccurrence of heavy rain.The interaction between the vortex,low-level jet,and subtropical high strengthens thedevelopment of the low vortex.There are warm,wet airflows from the north and cold,dry airflows from the south of thelow vortex.The specific humidity gradient is roughly distributed from south to north,which is a typical flow fielddistribution of a vortex accompanied by a low-level jet.The convergence of the low vortex and its interaction with thestrong wind speed belt at the edge of the subtropical high lead to the development and maintenance of strong verticalmotion,thereby contributing to the persistence of extreme rainstorms.Keywords Shandong Peninsula,Extreme rainstorm,Low vortex,Low-level jet,Developmental process1引言我国暴雨频发，常引发洪涝灾害。暴雨形成物理机制复杂，降水强度和时空分布往往存在着很强的不均匀性，预报难度大，其一直是气象工作者关注的重点和难点。对于暴雨的研究，主要基于实测资料和数值模拟结果进行分析（章国材，2 0 0 4）。近年来，依托于探空资料、卫星资料等资料数据集的完善及模式系统的改进和发展，对于中尺度暴雨的研究不断深入，尤其在暴雨数值模拟和诊断分析存在较大进展。暴雨现象的发生发展不只局限于单一系统，陶诗言（198 0）、丁一汇（2 0 0 5）的研究指出，在暴雨发生时存在多种尺度天气系统互相影响，在有利的天气尺度环流背景下，空间尺度在252 50 k m 的中尺度系统发生发展，最终其直接引发了暴雨。华北东北地区最常见的暴雨类型有高空槽（伴冷锋）暴雨、冷涡暴雨等暴雨天气型（陶诗言，198 0；丁一汇，2 0 0 5；孙建华等，2 0 0 5）。华北东北暴雨过程中通常伴随有明显的由非均匀饱和引起的局部湿度集中，中高层干冷空气入侵引起的不稳定和动量下传及高空中尺度急流增强引发的高层局地辐散增强，这三类背景场对暴雨发生有重要作用（高守亭等，2 0 18）。山东半岛处于黄海和渤海之间，三面环海、中部为山地，由于特殊的地理位置和较复杂的地形，夏季经常出现小范围的暴雨。山东暴雨频次统计及天气学物理量的时空分布特征显示，暴雨天气是山东夏季的主要灾害性天气之一，全年一半以上的暴雨出现在6 8 月，并且主要集中在7 月下旬至8月上旬（周雪松等，2 0 14）。虽然山东暴雨降水次数较江浙和福建两广一带偏少，但降雨强度并不弱，预报难度也很大，突发性的强降水极易给当地人民的生产生活带来严重影响。一般以西太平洋副热带高压（简称西太副高）脊线到达2 5N以北为山东雨季开始的标志，是影响山东暴雨的重要天气系统。在我国东部夏季降水天气预报中，需要特别关注和研究的气象系统之一是副热带高压，它与中国东部的导致降水现象的天气背景场密切相关，副高的强788Vol.47ChinesenaericSciences科47卷学弱、进退直接影响了我国的旱涝状况（曹钢锋等，1988；朱乾根，2 0 0 0）。山东暴雨影响系统主要有低槽冷锋、气旋、台风（含东风扰动）、切变线和静止锋等（蒋伯仁等，2 0 0 5）。山东雨季的暴雨过程，常常受副高边缘和50 0 hPa高空槽前西南暖湿气流及低空冷涡的共同影响，其中低涡是重要的暴雨影响系统（曹钢锋等，198 8）。在有锋面系统影响时，降水位置可能远离低涡中心，而是位于副高边缘的高温湿舌内（孙兴池等，2 0 15）。同时，中高层的干冷空气入侵对山东暴雨有重要影响，在济南2007年“7.18”特大暴雨过程中，在7 月14日之后，济南以北一直存在干冷空气侵入，主要表现形式为对流层顶附近向下的干冷空气侵入和对流层低层由北向南的冷空气侵入。暴雨发生前12 天，干空气侵入达到峰值，有利于对流层中上层的对流有效位能的产生、积聚和释放，为暴雨的发生和维持提供强对流上升运动，同时对锋区的形成和移动具有重要作用（刘会荣和李崇银，2 0 10)。统计意义上，随着副高第二次西伸北跳，雨带相应地由江淮地区北抬至华北和东北区域。可在山东半岛停留并引发极端暴雨过程的情况并不多见，预报难度大，且相对而言，水汽和热力因子对山东暴雨的贡献要高于动力因子（周雪松等，2 0 14）。2020年7 月2 2 日，山东半岛出现一次由低涡和副高共同影响下的暴雨过程，降水过程中有雷雨大风现象发生。本次降水的持续时间较短但降水强度大，强降水的落区分布于整个山东半岛的南部区域，表现出了显著的中尺度特征，其中7 月2 2 日日照市24小时降水量为2 43mm，打破了当地最大单日降雨量纪录，属于山东地区的极端暴雨过程。为了揭示此次山东极端暴雨的机理，本文结合再分析资料、中尺度数值模拟以及观测资料，对山东半岛此次降水过程进行诊断分析，以阐述此次极端暴雨形成的原因，向以山东半岛为代表的华北区域内发生的极端暴雨预报提供案例支撑。2资料和方法本文所用资料：（1）ERA5提供的全球分辨率为0.2 50.2 5逐小时再分析资料（Hersbachetal.，2 0 2 0）。（2）中国气象局提供的中国自动站与CMORPH降水产品融合的逐时降水量网格数据集（Shenetal.，2 0 10；沈艳等，2 0 13；许时光等，2014），水平分辨率为0.10.1，空间范围为（1560N，7 0 140 E）。（3）国家气象中心FY-2E卫星逐时TBB资料，水平分辨率0.1X0.1。（4）美国国家环境预报中心（NCEP）提供的GFS再分析资料，水平分辨率为0.5X0.5，垂直分辨率为2 6 层，时间分辨率为6 小时，包含温、压、湿、风等基本气象要素，提供天气环流分析及WRF（We a t h e r R e s e a r c h a n d Fo r e c a s t）模式初始场及侧边界条件。（5）中尺度数值模式WRF高分辨模拟输出资料。利用WRF模式对该次暴雨过程进行高分辨时空模拟，在实况与模拟对比基础上，分析造成2 0 2 0 年7 月2 2 日山东地区极端暴雨的中尺度系统结构演变及发展过程。由于近地面的中尺度低涡对此次极端暴雨有重要作用，本文采用涡度方程对低涡发展过进行分析。选取p坐标中的垂直涡度方程求解局地涡度的变化，忽略方程中的摩擦项和积云的涡度垂直输送，所得到的的涡度（）局地变化为=A+B+C+D,(1)t其中，(+f)8(+fAu+V（2）xoyB=(3)opdwQu(4)ypaxopouD=-(5)8xoy式中，u、V、分别为纬向风速、经向风速、垂直风速，f为地转涡度。A为涡度平流项，表示由绝对涡度的水平分布不均引起的涡度局地变化，包含相对涡度平流和地转涡度平流。当相对涡度分布不均匀时，沿气流方向相对涡度减小，则存在正涡度平流，局地涡度增加，反之有局地涡度减小。同理，地转涡度分布不均匀时大气水平运动也会引起局地涡度变化。北半球风从低纬吹向高纬度时，气块减小，局地相对涡度减小；当气团由高纬向低纬移动时，局地相对涡度的变化反向。B项代表涡度的垂直输送，体现了非均匀涡度场中，涡度因垂直运动而发生的局部变化。当相对涡度随高度减小时，如果存在上升运动（0），则有局地涡度减小。789No.3GONG WandinvoutionProcessandMechanlystem of an.次夏季极端暴雨中尺度系统发展演变过程及机理分析龚琬丁等：山东地区3期当相对涡度随高度增加时，若有上升运动（0)，则局地涡度增加。C项表示倾斜项，指在涡度的分布中，局地涡度的变化会受到垂直运动水平分布的影响，即在水平面上的垂直速度出现不均匀分布的状态时，存在涡度的水平分量向垂直分量转化的现象。D为辐散项，表示由水平的辐合（辐散）引起的垂直涡度增加（减小），主要体现了大气的斜压性的贡献，其中包含两个部分，相对涡度与水平散度和地转涡与水平散度，在辐散时有气旋性涡旋减少，辐合时有气旋性涡旋增加。3降水过程观测分析3.1降水实况2020年7 月2 1日2 0 时（协调世界时，下同）至2 3日0 0 时，山东半岛南部及苏皖北部有强烈的暴雨天气过程，降水如图1所示，其中2 4h降水达到50 mm以上的区域主要分布在鲁中南山地以南与江苏省北部之间，呈东北一西南走向，强降水落区西起河南、安徽、山东和江苏四省交界处，东至胶东半岛。降水过程存在2 个主要暴雨中心，临沂市与日照市累计雨量均超过150 mm，最大雨量为青岛市崂山区太清站的352.7 mm。安徽宿州、江苏响水出现龙卷。此次降水过程特征之一为短时强降水，最强降水时段为7 月2 2 日1112 时，临沂市降雨量超过每小时40 mm，具有很强的局地性，在空间和时间上都具有明显的中尺度特征。这次降水过程与2 0 2 0 年江淮流域的超长梅雨期均给国内的防洪抗灾带来巨大压力和经济损失。39N38N37N36N35N34N-33N-114E116E118E120E122E124E2575125175mm图12020年7 月2 2 日2 4h累计降水量（单位：mm）Fig.124-h accumulative precipitation(units:mm)on 22 July 20203.2环流背景及降水量极端性分析山东雨季开始的平均时间为6 月底或者7 月初，主要标志是副高脊线北跳到2 5N以北且稳定少动（周雪松等，2 0 14）。2 0 2 0 年7 月2 0 日，2 0 0 hPa上山东地区位于较为平直的西风气流中，高层辐散流抽吸作用不强。从图2 可见，2 0 2 0 年7 月2 2 日00时，2 0 0 hPa中高纬度环流形势为“两脊一槽”，西部槽线位于新疆北部约7 5E处，脊线位于蒙古国约110 E处，东部槽线位于中国东北约12 7 E处；槽脊线以每2 4小时约7 的速度东移。整个暴雨过程中山东半岛上空高层无高空急流，高层的辐散抽吸作用并不明显。7 月2 2 日0 0 时，50 0 hPa上槽脊位置与2 0 0 hPa高度场类似，副高脊线北跳至27N，中纬度地区内蒙中部存在一个低压，0 0 12时，低压加强东移至山东半岛上空，在中低层深厚低涡作用下，山东开始出现暴雨过程。7 月22日8 50 hPa（图2 b、图3）山东半岛上空低涡的旋转和辐合造成强上升运动，暴雨中心的移动和雨强的变化与低涡移动路径较为一致。综合高低空气压场环流形势，本次极端降水发生在高空弱辐散抽吸条件下，暴雨的发生发展主要是低层低涡发展和维持造成，低涡可能对本次极端暴雨过程起了主要作用。在8 50 hPa高度场上，副高稳定维持，副高和大陆低压带之间存在一条伸展至35N的西南水汽输送带，将水汽从南海上空输送至山东省南部。副高西侧、经南海转向北的水汽输送带和副高北侧40N附近由太平洋向西的水汽输送带（图4）是本次大暴雨过程的主要水汽源。从7 月2 2 日18 时（图4a）、2 3日0 0 时（图4b）8 50 h Pa 等压面上的水汽通量分布可以看出，两条水汽通量高值区分别形成了两个大于10 g cmhPas的水汽辐合中心，其为山东地区极端暴雨的产生提供了充沛的水汽条件。大陆高压底部与副高西伸到东南沿海地区的高压中心之间的低压区，导致气压梯度力加强引起风速大值区在此发展，并伴随有短波槽活动，也有利于降水的发生和维持。在东部槽线移至日本海附近，东亚槽脊完成一次置换后，8 50 hPa上中纬度地区位于山东半岛的低涡以每6 h约2 的速度东移至渤海洋面上。2 2 日18 时至2 3日0 0 时，低涡移至朝鲜半岛附近，其主体远离山东半岛后，强水汽通量辐合区出现在黄海海域上，而整个山东区域变为水汽通量和涡度的辐散区，降水过程结束。790ChinesricSciencesnaVol.47大47卷科学850hPa10m/sa134(b)60N60N￥3 419642881444813614013814013413450N50N1461441383813613614014040N40N14014214614614461404830N30N1481501404214015015015220N20N1441481.46144L14810N10N75E90E105E120E135E150E75E90E105E120E135E150E500hPa20 m/sC(d)60N60N5522556556556560.556564569564560%56066455856856456856456857256857650N50N57657256872576580572580580957640N40N.58057658458058058268458430N8830N588588588584个58820N20N58458810N10N75E90E105E120E135E150E75E90E105E120E135E150E200hPa20 m/se()60N60N170180-1180之119-1170.801905418011808071190418050N18050N119012001T901902001190512002120011901200-1210124040N12102121940N之T2002001210220元1820122012030N30N1230元K1230123820N123020NK10N10N75E90E105E120E135E150E75E90E105E120E135E150E图22020年7 月2 2 日0 0 时（左）、12 时（右）位势高度（黑色实线，单位：dagpm）、风场（箭头，单位：ms-）分布：（a、b）8 50 h Pa；（c、d）50 0 h Pa；（e、f）2 0 0 h Pa。阴影为大于350 0 m地形Fig.2Distributions of geopotential height(black solid lines,units:dagpm)and wind(vectors,units:m sl)at 0000 UTC(left)and 1200 UTC(right)on 22 July 2020:(a,b)850 hPa;(c,d)500 hPa;(e,f)200 hPa.The gray shading is the terrain larger than 3500 m2020年2 2 日0 8 时至2 3日0 8 时，山东日照24h降水量为2 43mm，打破了自196 7 年8 月15日以来的当地观测史最大单日降雨纪录。本次山东降水过程的水汽通量散度远高于气候平均状态，降水过程确有较为充足的水汽支持（图5）。与历史的几次山东极端灾害降水过程（2 0 0 7 年7 月18 日、2009年5月2 0 日、2 0 12 年7 月2 5日、9月2 1日、2018年8 月17 至2 0 日）的7 0 0 hPa比湿对比（图略），山东省本次降水过程的水汽状态在几次极端降水过程中也是较为突出的，在没有台风引导水汽输送的情况下，整个山东省上空7 0 0 hPa比湿大于10gkg，整层水汽通量散度小于-2 6 10 kgms，强于2 0 0 9年5月2 0 日、2 0 12 年7 月2 5日，9月2 1日、2 0 18 年8 月17 至2 0 日三次降水过程，因此可以判断本次降水过程具有较强的极端性。4中尺度云团活动本次降水与中尺度对流云团的发生、发展有关，791No.3GONG Wanding et al.Evolution Process and MechanismIvesoscaleystemofan龚琬丁等：山东地区一次夏季极端暴雨中尺度系统发展演变过程及机理分析3期40N40N(a)38N38N1406636N36N34N34N14014032N32N6m/s6m/s30N30N115E120E125E115E120E125E-1.5-0.50.51.52.53.54.5105s:1100012501500m图32 0 2 0 年7 月（a）2 2 日18 时、（b）2 3日0 0 时8 50 hPa位势高度（黑色实线，单位：dagpm）、温度（红色虚线，单位：C）、大于1.5ms的风场（黑色箭头）、相对涡度（彩色阴影，单位：10-4s)。灰色阴影表示地形（单位：m）Fig.3 Distributions of geopotential height(black solid lines,units:dagpm),temperature(red dashed lines,units:C),wind more than 1.5 m s(blackvectors),relative vorticity(color shadings,units:10-*s)at 850 hPa at(a)1800 UTC and(b)2300 UTC on 22 July 2020.The gray shading shows theterrain(units:m)45N45N(a)（b)40N40N35N35N30N30N25N25N20N20N15N15N10N10N95E105E115E125E135E95E105E115E125E135E-2.5-112.557.51010kgmshPa11000180026003400m图42 0 2 0 年7 月（a）2 2 日18 时、（b）2 3日0 0 时8 50 hPa水汽通量（黑色流线）、水汽通量散度（彩色阴影，单位：10-kgmshPa）。灰色阴影表示地形（单位：m）Fig.4 Moisture fluxes(black streamline)and their divergence(color shadings,units:10-kg m s hPal)at 850 hPa at(a)1800 UTC and(b)2300UTC on 22 July 2020.The gray shading shows the terrain(units:m)本节利用国家卫星气象中心提供的FY-2E卫星逐时TBB（Bl a c k Bo d y T e mp e r a t u r e）资料分析中尺度对流云团的活动和演变。7 月2 1日18 时，山东省中南部上空出现多个TBB低值中心，表示对流792Vol.47ChinesenaericSciences47卷科学42N(a)42N(b)40N1040N4.538N838N3.536N36N62.534N34N41.532N32N30N30N110E114E118E122E126E110E114E118E122E126E图5（a）2 0 2 0 年7 月2 2 日7 0 0 hPa比湿（单位：gkg）、（b）2 0 2 0 年7 月2 2 日与19912 0 2 0 年7 月平均的7 0 0 hPa比湿差（单位：gkg)Fig.5 (a)700-hPa specific humidity(units:g kg)on 22 July 2020,(b)the differences(units:g kg)of 700-hPa specific humidity between 22 July2020 and the averageof July 1991-2020云团开始发展，云团中心强度都在-47 以下，对应山东省西南边缘区域开始出现弱降水。7 月2 2日0 4时，首个TBB强度-57 C的对流云团（图6 a中的云团A）生成，7 月2 2 日0 6 时至07时，本次降水过程中起最主要作用的云团B出现（图6 b），此时，8 50 hPa上空有低涡生成，使得对流云团不断加强，并与低涡A同时向东北移动。09时，山东省西南方向的云团C生成，并于12 时与云团B开始合并，在0 9时后，雨带西端不再有对流云团形成，表明上游的能源供应减少。尽管没有新云团生成，合并后的云团B在2 2 日11时发展达到最强，此时的云顶温度在-6 2 以下，云团位置位于低涡中心附近。受此对流云团发展影响，济宁及其附近区域（云团B所的影响范围区），出现了较为强烈的对流性降水，降水强度达到100mmh-以上。此后，云团B继续东北向移动，强度有所减弱，在2 2 日13时，云团B达到最大覆盖范围，山东省西部大部分地区、江苏省北部受其影响出现降水。14时，云团B分裂，其北部分裂生成一个中心TBB强度-57 C的对流云团D,在缓慢北移过程中减弱消失。而云团B南部仍然与低涡区域重合，受低层低涡发展影响，云团B再次加强，中心强度重新加强到-6 2 以下，对流增强，导致山东沿海青岛、日照等区域出现极值降水。17 时后，云团B缓慢西南向移动，而低涡仍向东北方向移动，云团移出低涡中心，强度逐渐减弱。7 月2 2 日19时以后，减弱的云团B主体移至黄海洋面上（图略），只有少数的降水点出现在山东半岛东部地区。因此可以推断，本次强降水过程与对流云系的生成和消散基本同步，而对流云系的发生、发展主要受低涡控制，强降水发生后造成的地面冷池外流对新对流发展的加强起到正向作用（赵宇等，2 0 11），相关分析将在下面的数值模拟中展开。5数值模拟方案及验证5.1模拟区域及微物理方案为详细分析此次极端暴雨过程的中尺度过程，利用WRF（4.2 版本）（Skamarock,2019）模式对此次极端暴雨过程开展了高分辨率数值模拟。模拟时段为2 0 2 0 年7 月2 0 日12 时至2 0 2 0 年7 月2 3日12 时，共48 h，背景场使用美国国家环境预报中心（NCEP）提供的GFS分析资料，模拟采用两层嵌套，中心点位于（36 N，118 E），大区格距15km，小区格距3km，水平方向格点数分别为155130和57 152 1，垂直层数取51层，积分步长为90 s，具体模式设置与微物理方案设置在表1中给出。5.2模拟降水验证模拟2 4h累计降水量和实况对比（图7）显示，模拟的雨带（图7 a、c、e、g）为东北一西南向分布，其走向、落区与实况（图7 b、d、f、h）较为一致。模拟的两个暴雨中心分别位于山东省临淄市附近和日照市至青岛市沿海区域，WRF模式模拟结果与实测降水过程在具体细节上存在些许差异，但模拟的结果较好地反映出了此次山东省极端暴雨过程的降水量、落区及其时间变化。模拟数据适用于本次暴雨研究及中尺度系统机理诊断。793No.3GONG WandinSsaeystemofan.龚琬丁等：山东地区一次夏季极端暴雨中尺度系统发展演变过程及机理分析3期39N0400UTC22Jut1000UTC22JuF1600UTC22Jut38N37N14036N14414035NBB14034N140142146(a)(g)(m)33N39N0500UTC22JuT1100UTC22Jut1700UTC22Jut38N37N140福36N14014214435NBB14034N4140(b)(h）(n)33N39N0600UTC22J0l1200UTC22Jur1800UTC22Jul38N37N140414036N144BB35N14034N140144(c)()(o)33N39N0700UTC22Jut1300UTC22Jut1900UTC22Jut38N37N14014036NEB35N14014414440B14034NB(d)140)(p）33N39N0800UTC22Jut1400UTC22JuH2000UTC22Ju38N140D37N14036N14435N140B14414034N140B144(e)(k)40B(q)33N39N0900UTC22Juf1500UTC22Ju2100UTC22Jut38N14037N14014014036%N一14435%NB￥4014414034NBo140(f)B(）33N114E116E118E120E122E114E116E118E120E122E114E116E118E120E122E124E5007501000m-72-67-62-57-52-47-42-37-32图6 2 0 2 0 年7 月2 2 日0 4时至2 3日0 0 时8 50 hPa位势高度（黑色实线，单位：dagpm）和TBB逐小时分布（彩色阴影，单位：C）。灰色阴影表示地形高度（单位：m）Fig.6 Hourly distributions of geopotential height(black solid lines,units:dagpm)and brightness temperature(color shadings,units:C)from the FY-2E satellite at 850 hPa from 0400 UTC 22 July to 0000 UTC 23 July 2020.The gray shading shows the terrain(units:m)794Vol.47ChinesernaricSciences47卷科学39N39N(a)(b)38N38N37N37N36N36N35N35N34N34N33N33N114E116E118E120E122E124E114E116E118E120E122E124E2575125175mm图7 2 0 2 0 年7 月2 2 日0 0 时至2 3日0 0 时（a）实测、（b）模拟的2 4h累计降水量（单位：mm）Fig.7 Accumulative 24-h precipitation(units:mm)obtained from(a)simulation,(b)observation from 0000 UTC 22 July 2020 to 0000 UTC 23 July2020表1WRF模式模拟中使用的主要参数Table 1List of