基于中尺度氣象模式MM 5模擬分析某大型水電站建成后對局地氣候影響

譚 平，劉 園

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

基于中尺度氣象模式MM 5模擬分析某大型水電站建成后對局地氣候影響

譚 平，劉 園

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

采用區(qū)域中尺度氣象模式MM5V3模擬分析某大型水電站建成運行后局地氣候的變化，定量預測分析了該工程建成運行后局地氣候中的主要氣象因子溫度和降雨的變化。

水電站；水庫；局地氣候；MM5

1 概 述

某大型水電站是四川西部某河流規(guī)劃的“龍頭”水庫電站，也是整個流域的控制性工程。該電站相應庫容101.54億m3，調(diào)節(jié)庫容65.60億m3，具有多年調(diào)節(jié)能力，正常蓄水位時水庫面積109.29 km2，干流回水長度114 km，第一大支庫回水長度92 km，第二大支庫回水長度21 km。

該電站地處青藏高原東南邊緣，該地區(qū)地形復雜，局地高度梯度大，天氣、氣候變化復雜。電站修建后，水庫淹沒區(qū)陸地表面將被水體所取代，將明顯改變庫區(qū)的水面寬度。由于陸地與水體具有明顯不同的光、熱屬性，使得地、氣之間相互作用改變，勢必導致局地氣候變化，并進一步影響當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人居環(huán)境。因此，采用適當?shù)姆椒ê侠眍A測該電站建成后對局地氣候的影響意義重大。

2 模型選取

20世紀70年代，國內(nèi)在研究新安江水庫對局地氣候的影響時，采取通過對建庫前后實測氣象資料的對比分析來研究。20世紀80年代，國內(nèi)在評估三峽工程對局地氣候的可能影響時，也是利用實際觀測資料，并通過一些簡化的大氣方程來實現(xiàn)的。

近年來，數(shù)值模式的氣候研究取得了長足進步，數(shù)值模式的進步使研究土地利用變化對局地氣候的影響成為了可能，目前研究較多的就是利用MM 5等數(shù)值模式模擬城市化對局地氣候的影響。MM 5是美國賓夕法尼亞州立大學／國家大氣研究中心（PSU／NCAR）從20世紀80年代以來共同開發(fā)的第五代區(qū)域中尺度數(shù)值模式，該模式曾成功地模擬出爆發(fā)性氣旋、中層渦旋、低空急流、MCS、颮線、切變線和臺風等造成重大災害性天氣過程的中尺度或中間尺度（500～1000 km）系統(tǒng)。在我國，國外學者利用MM 5模擬研究了三峽工程對局地氣候影響，模擬結果與實際監(jiān)測資料基本一致。

為此，本研究擬采用MM 5V3（即MM 5模式的第三版本）模擬分析該水電站建成運行后局地氣候的變化。

3 模型預測

3.1 數(shù)值模擬方法

本次數(shù)值模擬通過控制試驗和敏感性試驗進行預測?？刂圃囼災康氖峭ㄟ^較為真實的地表使用狀況還原真實的大氣狀況，檢驗模式對真實大氣的模擬能力，并以此作為試驗結果是否可信的一個重要依據(jù)。敏感性試驗的目的是，分析該水電站建成運行之后，局地大氣會呈現(xiàn)出什么樣的狀況。敏感性試驗減去控制試驗之差，即可初步視為該水電站對局地氣候可能的影響。

兩組試驗的以下要素設置相同：試驗時間長度為1年，具體時間是2005年3月至2006年2月；試驗區(qū)域范圍模擬采用2重嵌套，粗網(wǎng)格模擬區(qū)域的中心點緯度為31°N，經(jīng)度為101°E，外層的分辨率為5 min，格距約為9 km，范圍在26°N～36°N、96°E～108°E，此區(qū)域包含了青藏高原以及四川盆地，可以較粗略地反映高原以及盆地的地形對研究區(qū)域所產(chǎn)生的影響；內(nèi)層區(qū)域范圍為29°N～33°N、99°E～103°E包含了本研究重點討論的該水電站工程地區(qū)，內(nèi)層格點的分辨率為2 m in，格距約為3 km，內(nèi)網(wǎng)格具有較好的分辨率，較真實的反映了該水電站工程地區(qū)的地形特征范圍（見圖1）；試驗采用1°× 1°的NCEP再分析資料（資料的時間間隔為6 Hr）作為初始場和邊界條件；邊界層方案是適用于高分辨網(wǎng)格的MRFPBL方案；輻射方案是Cloud－radiation scheme。

控制試驗與敏感性試驗的差別在于：控制試驗直接使用模式TERRAIN模塊產(chǎn)生的地表使用數(shù)據(jù)，敏感性試驗將本水庫淹沒區(qū)域的陸地變成3 km寬的水體，改變成水體的位置見圖2所示，其形狀及位置均與該水電站淹沒區(qū)形狀及地理位置大體一致。

圖1 該水電站局地氣候影響研究范圍

圖2 該水電站地區(qū)陸地表面變成水體的主要位置

3.2 該水電站水庫蓄水后局地氣溫的變化

數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，該水電站水庫蓄水后局地氣溫變化如下：3月溫度下降0.2～0.4℃；4月溫度下降0.4～0.6℃；5月溫度增加0.2～0.4℃；6月雅礱江主庫附近存在0.2℃的降溫，鮮水河支庫附近存在0.2～0.4℃的增溫；7月溫度下降0.0～0.2℃；8月溫度下降0.0～0.2℃；9月溫度下降0.2～0.4℃；10月溫度增加0.0～0.2℃；11月溫度下降0.4～0.6℃；12月、1月庫區(qū)溫度下降0.1℃，其余地區(qū)溫度有微弱的增加；2月溫度下降0.4～0.8℃。局地氣溫預測結果見圖3。

總體來看，該水電站水庫蓄水后，氣溫在干季和濕季均有所降低，降低幅度在0.8℃以下，最大溫降出現(xiàn)在2月，降低幅度為0.4～0.8℃；只在干濕季節(jié)轉換的時候（5月和10月）氣溫略有上升，上升幅度在0.4℃以下。

3.3 該水電站水庫蓄水后局地降雨量的變化

數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，該水電站水庫蓄水后局地降雨量變化如下：3月降雨減1～2 mm；4月降雨增加5 mm，增加最為明顯的是該水電站所在地東北面；5月在鮮水河兩岸，降雨增加15 mm；6月在鮮水河以東降雨減少10 mm；7月、8月降雨量將分別減少10～15 mm；9月降雨量減少5 mm；10月該水電站所在地西北面降雨量增加4mm；11月降雨量減少2 mm；12月、1月降雨量沒明顯變化；2月該水電站所在地西北面，降雨量增加2 mm，而東南面降雨量減少1 mm。降雨量變化預測結果見圖4。

總體來看，該水電站水庫蓄水后，局地可發(fā)生明顯的降雨量變化，降雨量的影響范圍主要集中在庫區(qū)水體周邊及庫周區(qū)域的東北部。其中，3月、6～9月和11月降雨量有所減少，4～5月和10月降雨量有所增加，2月降雨量在不同區(qū)域存在不同的增加或減少趨勢，1月和12月降雨量則沒有明顯變化。從降雨量變化幅度來看，增減幅度均在15 mm以下，其中5～8月變化幅度較大，約為10～15 mm；其它月份變幅均較小，基本在5 mm以下。

圖3 2005年3月到2006年2月局地氣溫變化預測值（圖中陰影區(qū)為變化顯著區(qū)，淺色實線為該水電站淹沒區(qū)位置）

4 結 語

本研究通過采用MM 5V3模擬分析地處復雜地形地區(qū)的某大型水電站建成運行后局地氣候的變化，首次定量預測分析了該工程建成運行后由于水面面積增加和下墊面等的改變導致局地氣候中的主要氣象因子溫度和降雨的變化。由于MM 5V3模式的水平分辨率為3 km，所以

本次研究在模式中構造的該大型水庫水體水平寬度為3 km，但實際上該水庫的水體寬度約在1 km以下。因此，敏感性試驗的結果不可避免的存在一定程度夸大的成份，但這對本次研究的定性分析沒有影響。

圖4 2005年3月到2006年2月降雨量變化預測值（圖中陰影區(qū)為變化顯著區(qū)，淺色實線為該水電站淹沒區(qū)位置）

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P461

B

1003－9805（2015）02－0069－06

2014－10－27

譚 平（1977－），男，四川武勝人，碩士，高級工程師，從事環(huán)境影響評價工作。