Page 201 - 《高原气象》2023年第1期
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第 42 卷  第 1 期                        高     原     气    象                             Vol. 42  No. 1
                 2023 年 2 月                       PLATEAU METEOROLOGY                              February， 2023


               张珊， 王宗敏， 黄刚，等， 2023.  基于 WRF-LES 的崇礼复杂地形局地风场模拟研究［J］. 高原气象， 42（1）： 197-209. ZHANG
               Shan， WANG Zongmin， HUANG Gang，et al， 2023.  Local Wind Simulation over Complex Terrain of Chongli Using WRF-LES
              ［J］. Plateau Meteorology， 42（1）： 197-209. DOI： 10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2022. 00011




                                  基于WRF-LES的崇礼复杂地形

                                              局地风场模拟研究




                                                                           3
                                      张 珊      1， 2 ， 王宗敏    1， 2 ， 黄 刚 ， 薛学武         4
                                               （1. 河北省气象台，  河北  石家庄    050000；
                                         2. 河北省气象与生态环境重点实验室，  河北  石家庄    050000；
                                              3. 中国科学院大气物理研究所，  北京    100029；
                                            4. 河北省人工影响天气中心，  河北  石家庄    050000）

                       摘要： 采用四重嵌套的 WRF-LES， 针对 2022 年北京冬奥会张家口崇礼赛区开展局地风场模拟试验， 基
                       于地面自动气象站和激光雷达观测资料， 对一次晴空高压系统控制下的具有明显局地风环流特征的天
                       气个例模拟结果进行检验评估。文中引入了 STRM1 30 m 地形数据、 glc2015 27 m 土地利用数据和 CL‐
                       DAS 的土壤湿度数据用以提高模拟结果的准确性， 并设计了敏感性试验来探讨不同资料对模拟结果的
                       影响。结果表明： （1）WRF-LES能够呈现出复杂地形下局地风场的时空变化特征， 各站风向绝对误差在
                                                   -1
                       10°~60°， 风速绝对误差在 0. 5~2 m·s 。在山谷和山沟区域， 模拟风场和观测风场都表现出明显的日变
                       化特征， 海拔较高站点的误差比海拔相对较低站点的误差更小。海拔较低站点在山谷风或上下坡风发
                       展稳定时段风向误差较小， 风向转换时段误差较大。（2）更新地形、 土地利用以及 CLDAS 土壤湿度初始
                       场对模拟结果都有一定程度改善。其中更新 CLDAS土壤湿度初始场对风向和 2 m 气温的改善效果最为
                       明显， 风向绝对误差减小 4. 26°， 2 m 气温绝对误差减小 0. 84 ℃。更新土地利用对风速的改善效果最明
                                                -1
                       显， 风速绝对误差减小 0. 32 m·s 。（3）CLDAS 土壤湿度较 ERA5的土壤湿度明显偏小， 较小的土壤湿度
                       会使土壤具有低传导率或低热容量， 这种状态会导致地表温度在白天的升温幅度和夜间的降温幅度都
                       增大， 较强的白天增温垂直高度可延伸至 700~900 m， 较强的夜间降温垂直高度在 200 m 以下， 与此同
                       时， 较小土壤湿度也会使白天低层风速增大， 这些特征在山谷和山沟中更为明显。
                       关键词： WRF-LES； 复杂地形； 风场模拟； CLDAS土壤湿度
                       文章编号： 1000-0534（2023）01-0197-13   中图分类号： P435   文献标识码： A
                       DOI： 10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2022. 00011



               1  引言                                             获取存在一定的困难和局限性。随着计算水平的
                                                                 不断提高， 越来越多学者使用中尺度数值模式（如
                   由于山区地形复杂、 环流局地性强， 且气象观
                                                                 MM5、 RAMS和 WRF等）开展复杂地形的局地风场
               测数据较少， 其风场监测和预报成为国际难题。开
                                                                 研 究（Noppel  and  Fiedle，  2002；  Jiménez  et  al，
               展复杂地形下局地环流研究在冬奥会气象服务、 山
               区森林火灾， 以及风能资源评估等领域都有迫切需                           2010； 王颖等， 2010； 程雪玲等， 2015； 周荣卫和何
               求。很多学者利用外场观测试验来研究山区局地                             晓凤， 2018； 李洪兵等， 2021）。然而在地形、 下垫
               环流问题（林之光和李映江， 1985； 覃军等， 2001；                    面等具有高度非均匀性的山区， 低层风场具有更强
               周立波等， 2007； 贾春晖等， 2019）， 但观测资料的                   的瞬变性、 波动性和间歇性（张飞民， 2014）， 利用


                  收稿日期： 2021⁃09⁃08； 定稿日期： 2022⁃02⁃15
                  资助项目： 国家重点研发计划项目（2018YFF0300101）； 河北省科技冬奥专项（19975414D）； 河北省气象局面上项目（20ky01）
                  作者简介： 张珊（1988 -）， 女， 河北石家庄人， 工程师， 主要从事天气预报、 数值模拟相关研究. E-mail： 769175314@qq.com
                  通信作者： 王宗敏（1970 -）， 男， 河北石家庄人， 正高级工程师， 主要从事天气预报、 数值模拟相关研究. E-mail： 18425733@qq.com
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