Page 27 - 《高原气象》2026年第1期

1 期 全 芮等：三江源区湿地土壤湿度异常对降水反馈的模拟研究 23
础上， 选定模拟时间为 2018 年 6 月 1 日 00:00 至 16 LCL）常用于评估云的形成和预测以及对流活动的
日 00:00。该时间段内包含了三次显著的降水事件。 产生和发展。LCL定义为在绝热抬升过程中， 气团
考虑到 WRF 模型作为用于天气预报和大气模拟的 达到饱和状态（相对湿度达到 100%）的高度， 即空
数值模型存在系统性发散的现象， 即其模拟的准确 气温度与露点温度相等的高度。具体而言， LCL的
性会随着模拟时间的延长而降低， 因此研究聚焦于 计算通常采用以下经验公式：
两个降水事件： 6月2日18:00至3日10:00的显著连 LCL = 125 × ( T - T d) （8）
续性降水过程（事件 1）和 6 日 04:00 至 7 日 14:00 的 式中： T表示地表温度（单位： °C）； T 为地表露点温
d
间断性降水过程（事件 2）。在试验设计中， 分别使 度（单位： °C）， LCL 的单位： m。该公式通过地表
用模型默认的土壤水力学参数（Default Soil Hydrau‐ 温度与露点温度的差值， 反映了空气中的水汽含量
lic Parameters， DSHP）和基于瞬态蒸发实验及简化 及其对饱和的需求。温度差越大， 意味着空气越干
蒸发方法测得的土壤水力参数（Simplified Evapora‐ 燥， LCL 高度越高； 反之， 温度差越小， 空气越湿
tion Method， SEM）进行模拟， 并将这两套参数的 润， LCL高度越低。较低的 LCL通常预示着低层云
模拟结果与站点观测数据（Observed Data， OBS）进 或积雨云形成的可能性增加， 反映出大气的不稳定
行对比分析， 评估实验所测得的真实土壤水力参数 性较强， 利于对流和降水的发展； 而较高的 LCL 则
在研究区域中对关键气象和陆面要素模拟精度的 表明空气较为干燥， 云的形成受到限制， 对流活动
改进程度。 较弱。
为进一步探讨土壤湿度异常对对流性降水的 CTP-HI 框架用于预测地表条件是否影响对
low
敏感性， 基于 SEM 设定研究区域的初试土壤湿度 流的发生。其中， CTP（Convective Triggering Po‐
接 近 季 节 平 均 值（Initial Soil Moisture， ISM1= tential）表示对流触发指数， 用来衡量触发对流的难
45%）， 同时设计两组对比试验： 一个较干的土壤湿 易程度， CTP 值越大， 表示大气越容易触发对流条
度模拟（ISM2=20%）和另一个较湿的土壤湿度模拟 件。HI （Humidity Index）表示湿度指数， 用来测
low
（ISM3=70%）。通过对比分析三种初始土壤湿度条 量由大气初始状态和地表蒸发决定的大气湿度状
件下的降水模拟结果， 评估对流性降水对土壤湿度 况， 较大的 HI low 值表示更干燥的低层大气。该框架
异常的响应强度。同时， 选取降水事件前 24 h作为 假定混合层无云， 土壤饱和度恒定， 从而导致地表
评估时段（Da Silva et al， 2022）， 利用 CTP-HI 框 反照率和气孔阻力直接受到地表土壤湿度的影响，
low
架 和 CAPE（Convective Available Potential Energy） 进而影响潜热、 感热通量以及净辐射。计算公式
指数， 对评估时段内的大气稳定度以及大气湿度状 如下：
况进行分析。通过这些指标的综合评估， 探讨湿地 p sur - 100mb ( T v_act )
p sur - 300mb
土壤湿度异常对对流性降水的影响机制， 揭示其潜 CTP = ∫ g T v_env - T v_act dz （9）
在的反馈过程与主导因子。 ( - T d，P sur - 50mb) ( - T d，P sur - 150mb) （10）
3. 6 对流触发与强度预测的分析方法 HI low = T P sur - 50mb + T P sur - 150mb
式中： p sur - 100mb 和p sur - 300mb 分别代表地面上100 mb和
行 星 边 界 层 高 度（Planetary Boundary Layer
Height， PBLH）是大气边界层的核心参数， 定义为 300 mb处的大气压力； T v_env 代表由地面上100 mb处
地表与自由大气间的湍流混合层顶高度， 表征地表 气压计算得到的湿绝热线温度； T v_obs 代表实际气
热力与动力强迫（如太阳辐射加热、 地表摩擦）对近 温。T P sur - 50mb 和T P sur - 150mb 分别代表地面上50 mb和150 mb
地面大气的垂直影响范围。其数值通常介于几百 处的实际气温， T d，P sur - 50mb 和 T d，P sur - 150mb 分别代表地面上
米至数千米， 日间因太阳辐射加热引发强湍流和对 50 mb 和 150 mb 处 的 露 点 温 度 。 CTP 的 单 位 ：
-1
流 ， PBLH 显著抬升 ； 夜间地表冷却抑制湍流 ， J·kg ， HI low 单位： ℃。
PBLH 随之降低。PBLH 的变化直接反映大气稳定 CAPE 在预测大气对流强度和预报恶劣天气方
性和对流强度： 较高的 PBLH 常伴随强对流活动和 面有着重要意义， 它代表大气中潜在的浮力能量，
降水潜势， 而较低的 PBLH 则对应稳定层结， 对流 是气团在上升过程中克服环境阻力所能获得的总
活动较弱。在本文所使用的 WRF模型中， PBLH可 能量。CAPE 值越高， 意味着大气中的浮力越强，
通过边界层参数化方案直接输出， 因此无需依赖外 对流活动越剧烈。CAPE 是通过温度和水蒸气垂直
部计算方法。 剖面计算得出的， 用于衡量浮力驱动的大气不稳定
抬 升 凝 结 高 度（Lifted Condensation Level， 性的指标（Holley et al， 2014）。其计算公式如下：