应用天气研究与预报模式（WRF）对2005年7月26日孟买一次暴雨过程的分析外文翻译资料

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应用天气研究与预报模式（WRF）对2005年7月26日孟买一次暴雨过程的分析

摘要：利用天气研究和预报（WRF）模型，对有显着的空间变异24小时降雨量为944毫米的2005年7月26日孟买豪雨事件的案例进行了研究。这次活动是由不良的运作模式预测，并导致大量的人力和经济损失。目前的结果表明，WRF系统能够再现强降雨事件及相关的动力和热力学特征。一些实验是用WRF模式的建议高度当地化，暴雨是中尺度系统与沿海陆地表面特征天气尺度天气系统的相互作用的结果。这些实验表明，在孟买地区大规模上升运动具有较强的概括性。在大规模的上升运动在孟买形成模型模拟的激烈，但昙花一现，对流雨单体的痕迹分析的水分来源的北部和西北溢流从阿拉伯海。无地形和无地表（土地与水代替）合成灵敏度仿真结果表明，大型天气溢流定位在阿拉伯海的低压系统，而尺度陆面（包括地形和潜热）反馈调制在风和区域水分收敛变化的位置和降雨强度。在高分辨率模型分析捕获的另一个重要特点是在孟买尺度涡旋，似乎加强了本地化，强降雨在孟买条件的形成。

关键词:西高止山脉；中尺度模式；陆面过程；印度夏季风

1.简介

2005年7月26日，一个官方印度气象局（IMD）在大都市孟买北部印度的西海岸的圣克鲁斯国际机场（19.11N，72.85E）（18.56N，72.51E），录得24小时944毫米累积雨量（7月26日0300 UTC至2005年7月27日0300 UTC）。由与印度海岸平行的西高止山脉阻隔，孟买通常在夏季季风季节常遭受暴雨。然而，有几个特点使得2005年7月26日的事件是独一无二的。首先，944毫米降雨量是迄今为止对一个例如孟买的超大城市（人口超过1000万），单日降雨事件的记录量。其次，一些超过1981年9月23日的399mm最重的单日降雨量在西高止山脉地区和1975年7月孟买（圣克鲁斯）318毫米，如1991年6月5日375毫米和1997年8月23日346毫米（Jenamani等人，2006）。三，雨区主要发生在孟买北部，且与南部无语去比较，雨量就明显表现为当地化效应。在孟买北部（圣克鲁斯）的IMD天文台显示雨量944毫米，而其他官方天文台在孟买南部（戈拉巴）约27公里只获得73毫米降水在本次过程中。使得这个事件有趣的另一个特点是观测的有效性，从现场和卫星资源来看，如热带降雨测量使命（TRMM）。此外，运营模式无法模拟这种豪雨的大小，位置和强度，使得与此事件还重要相关过程的研究（Bohra等，2006;西卡和Rao，2008）。印度的季风期间有几个已经可能潜在地影响暴雨发生的时间，地点，和暴雨强度的因素已被确定。西南季风（索马里急流）的强风，从阿拉伯海携带充满水分的季风气候，当他们遇到的西高止山脉（萨哈，1974年Sarker，1967年）可能会被阻断。 Grossman和durran（1984）得出结论，西高止山脉能使远海（50-200km）通过在接近海岸解除潜在的不稳定的空气产生深刻的对流。史密斯（1985）认为，西高止山脉可引起对流萌生，由于地形提升和过度山坡差加热。强降雨在孟买和其他语言环境中的西高止山脉是多项因素共同影响造成的，如来自孟加拉湾沿季风槽，越来越西南季风强度在阿拉伯海低压系统的西北运动，和存在在东北阿拉伯海一个向北运动的中尺度近海涡旋的共同影响下（Asnani，2005，第109页）。并与2005年7月26日事件相关的天气特点的初步分析表明，本地化豪雨事件也是串联行动从天气尺度到中尺度的各种因素的产物。最近已经在2005年7月26日孟买豪雨方面进行了大量模拟研究。例如，维迪和库卡尼（2006）所使用的非静力高级区域预报系统（ARPS）中尺度模式与一条40公里的网格分辨率和研究领域规模和边界条件的影响。降雨事件的几个特点被成功获得，但该模型没有在孟买模拟降水量。对同一案件的另一个模型研究是由拉玛饶等人的天气研究预报（WRF）模型完成的，用20公里的水平网格分辨率。该模型是能够模拟出孟买50公里以北的圣克鲁斯的误差大约为250毫米的降水。 Chang等人也使用WRF模式来模拟此事件，并得出结论认为，暴雨在孟买的模拟关键是在模型分辨率（网格的大小），且降雨量和位置高度敏感于由影响地表反馈调制形成和降雨产生的对流单体的力度。在后续研究中，雷等人（2008）用一个明确的城市能源平衡模型来模拟孟买城市热岛和中区域大气模拟系统（RAMS）的TRMM-规定的海表面温度（SST）的视场网络。他们的研究结果表明，大雨造成的SST梯度固定的交汇地带，就在孟买和显热通量梯度的结果，由于城市热过孟买。在这项研究中，我们试图识别和理解各种小型到大型的动态交互，如形成对流单体对大型风，下面的第2节，我们总结了此事件的雨量观测；第3节介绍了WRF模式设置和它的特性；第4部分讨论了模式验证；第5描述模型敏感性测试。结论在第6节介绍。

2. 2005年孟买降雨事件的典型特征

来自全国各地孟买不同雨量计观测如图1所示。孟买北部在印度气象部门2005年7月27日0300 UTC结束的24小时雨量（IMD）观测站944毫米在圣克鲁斯（19.11N，72.85E）和73毫米（18.93N，72.85E，27公里南部圣克鲁斯的）。湖豪尔（位于15km左右东北圣克鲁斯的）记录了此事件的非IMD记录降雨量为1049毫米。无论是测量和观察到的记录显示，孟买北部遭受暴雨而城市南部地区保持相对干燥。2005年7月26日，TRMM卫星还获得了孟买降雨（图2(a)）在1539本地时间（1009 UTC）。如在图2（a）可知，代表重沉淀区的暗的区域集中在孟买。图2(b)示出了从2005年7月25至27两个图像显示此降雨事件的本地化和激烈的自然降雨积累。 NOAA的国家环境卫星数据和信息系统（NESDIS）卫星图像（图2（c）条）显示了孟买一个云集群在2005年7月26日0709 UTC与比孟买可能涡云集群的存在7月26日也被Shyamala和Bhadram（2006）的基础上探测和卫星数据集的分析推断。基于地面雷达观测（不存档）在7月26日09 UTC提供2007年激烈的对流单体孟买 圣克鲁苏与7月26日16 UTC（库马尔形成沿孟买海岸线旋涡的40公里以北的证据等。）以上孟买观察探测示于图3的(a) -（c）所示。在对7月25日12UTC的探测表明，大气表面附近饱和，700Hpa和500Hpa（图3）之间的相对干燥。在7月26日00 UTC（图3（b））的探测表明在半山干燥。然而，后来的探空（如图3（c））超过孟买表明大气饱和的，但高于在圣克鲁斯站550Hpa没有数据被记录。图3（d）表示为7月26日，这也表示饱和气氛中高达500Hpa 12 UTC我们的基于模型的测深（下面讨论）。来自美国国家环境预报中心的地面风如图（NCEP）再分析资料图4（a）提出强烈的低层西风溢流过孟买5米的S-1风速和萧条形成了印度在东海岸00时,2005年7月26日的850MB和500MB的风分析，（图4（b）-(C））从NCEP全球分析数据获得也显示低层次的区域西风溢流过孟买（图4（b））和强的大型低层循环（图4的（c））。这些功能使用WRF模式模拟进一步调查，并在下面的章节中讨论。

3.模式描述和实验设计

该数值模拟进行了使用天气研究和预报（WRF）模型第2版（2.1版，2005年8月）。 WRF模式是具有多重嵌套功能完全可压缩非静力，原始方程模型，加强了对感兴趣的区域的分辨率。这WRF模式的版本使用欧拉质量坐标和高级研究WRF（ARW）的简称。对于本研究中，三个嵌套域，如图5 gured CON组fi（a）中。域1是粗筛，并在南北和东西方向的，具有202times;162的网格点分别与33公里水平栅格间距。域2嵌套于域1中，网格距离为11KM，具有397times;319网格点。域1和2的双向嵌套相互作用一起运行。的网络连接NE-网格域3是397times;382点用3.6公里栅格间距，并使用计算方法fi效率单向交互。所有的区域都集中在孟买代表区域尺度环流和解决该地区复杂的地形，包括西高止在域3的位置，示于图5（b）中。所有的模拟使用从NCEP 6小时一次FNL得出相同的初始条件和边界条件1度分析（参见维迪和库卡尼，2006年）。这些分析都插补到WRF-模型网格为2005年7月24日00时提供的初始条件，以及用于33公里域6小时一次侧边界条件。该11公里电网从33公里域1中得到的初始条件和边界条件和嵌套运行期间提供反馈给33公里域。在域1和2的模型模拟在2005年7月24日0000UTC开始，并在2005年7月27日0000UTC型号的模拟集成为120H为域3从插值域2的输出2005年7月25日1200UTC开始，并在2005年7月27日1200UTC结束这一模拟。CON组被称为控制运行（CTRL）。数值实验来研究大规模进程的相对作用和地形的影响，陆地和海洋的对比。为了评估地形在这种强降雨事件中的作用，一个实验台陆面在海平面高度统一。要测试的海陆加热对比的效果，另一个实验替代土地质量具有设置为301.2K（代表阿拉伯海SST）的海表面温度（SST）的水。

3.1。微观和积云参数化

模拟使用的WRF单力矩（WSM）6级霰方案（Hong等，2004）。该方案是由冰，雪，适用于高分辨率模拟霰过程。该Grell-Devenyi（GD）（Grell和Devenyi，2002）合奏积云参数化方案用于域1和域2（在控制模拟）。的GD方案是基于一个封闭的多，多参数，合奏与通常的144次网格的成员方法。的网络连接NE目域与微物理过程（WSM6）和无任何对流参数化运行。与预后土壤温度和土地利用相关的土壤墒情5层热扩散选项所代表的地面上。之所以选择快速辐射传输模式（RRTM）方案在Dudhia（1989）短波辐射方案长波辐射。灵敏度模拟用不同积云方案进行（对于域1和2）。和GD方案，模拟的沉淀结束孟买最接近观察到的雨量（如图中下面的部分）。的凯因-弗里奇（KF）（凯因和弗里奇，1990，1993;凯因，2004）和贝茨 - 米勒-Janji C（BMJ）（Janjic，1994，2000）的方案相当低估（由大于50％）（未示出），这种差异突出了模型结果的可变性，特别是，不确定性与对流参数化来模拟这种极端降水事件相关联。

4结果

4.1 雨量

模型降水的分布和数量可以验证暴雨特别是对于这种具有极端空间异质性降水。该模型结果显示合理的沉淀，该问题的关键在于模拟降水的中心区域。该WRF模型模拟的24小时降雨量为2005年7月26日分别如图6（A）-（C）。图6（a）示出网格距11km分辨率域2模型模拟的总24小时的降雨量。除了大雨在孟买，该模型也显示出具有较大规模的过程，如在孟加拉湾地区的低气压相关的降雨量。图6（b）表示在最内域3.模型雨量的模拟降雨是平滑的TRMM图像中看到的空间变异比较（图2（b）），并在图6（c）所示。模型化和TRMM观测的降雨模式之间存在着明显的相似性（即图2（b）和6（C））。大多数大雨的离岸和在孟买沿西高止山脉一个显著蔓延一起。雨轨观测（图1）显示，孟买北部（圣克鲁斯）和南部（戈拉巴）之间存在很大的空间变异。图7（a）所示模型的时空演化和在沿72.5◦E的圣克鲁斯和戈拉巴IMD记录观测站累计雨量。与观测相一致，高降雨量值是出现在圣克鲁斯（图7（b））附近。特别是，该模型成功模拟在圣克鲁斯破纪录的降雨（在之前的研究还没有得到很好的模拟）。的分布和模拟的降水演变一般都是有雨轨卫星的估计是一致的。模拟显示，雨西高止山脉的南部地区开始，并向北移动并停滞于孟买（未显示）。

4.2风

模型模拟的7月26日0000 UTC地面风如图8（A），相似于NCEP地面风（图4（a））。图8（B）-（c）所示的850Hpa和500Hpa的位势高度在7月26日0000 UTC的大风。在孟加拉湾北部（印度东部）的低压系统接近20°N纬度可见一个对孟买造成影响的东风和低层西风带。 天气环流特征类似于在NCEP再分析数据所描绘的（图4的（b）-（c）项）与WRF高分辨率域2的控制运行（CTRL）的降水比较分析进一步审查表明，除了天气模式和配置充满水分的低水平西风和西北风的影响外，降雨量超过孟买，其进化强对流单体重合中尺度也受西北，华北，东北方向气流的影响。如图9（a）-（c）表示925Hpa简化的2005年7月26日0600 UTC 至1200UTC.7月27日示出一个海上涡流的发展。这离岸尺度涡旋似乎是由一个对流潜热反馈过程。我们进行了各种潜热被关闭一个独立的模型运行。结果表明，有嵌入在岸大规模内无尺度涡旋溢流（未示出）时，潜热加热被关闭。这种涡流的发生是无论在其时间方面显着的对应于豪雨事件和它的稀有性,弗朗西斯和Gadgil（2006）表明，印度西部只有1％的豪雨事件与境外中尺度涡旋关联。

4.3大规模强制

之前对于暴雨在孟买和沿西高止山脉地区的研究表明，西高止山脉的地形，特点是规模大，如索马里急流和热带东风急流相结合，可能会导致在100-200mm/天的夏季降雨率（ogrua和Yoshizaku，1988）。本文采用了准地转omega;-方程和Q矢量分析进行，以了解大规模在孟买区域垂直运动迫使运动对beta;平面上的准地转方程的Q向量表示（霍斯金斯等人，1978）。

公式——

图10（a）-（b）示出850Hpa位势高度和潜在的温度梯度在7月26日2100 UTC有效铅转风向量。域2进行这种分析如图10所示，欧米咖方程的解表明，在孟买地区拥有在850Hpa的水平强烈负omega;值（表示运动上升）。图10（b）表示Q矢量收敛，因此负omega;和一个上升运动。在普遍向西Q矢量低重心是由于辐合带南北温度梯度相关的变形东北风Q矢量是由于​​锋生。

4.4水汽来源和风轨迹分析

为了理解强降雨周期湿气供应，我们检查了2005年7月26日1200 UTC，在1000Hpa和850 Hpa的风矢量以及小时降水，如图11（a）-（b）。这两个近地面层的影响有助于孟买地区的暴雨产生。图11（a）-（B）还示出强烈单体在孟买北部形成具有大约85毫米/小时的降雨率。图11的（c）-（d）示出了在

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