2.1　试验设计

本章利用包含单层城市冠层 （Chen et al.，2011；Kusaka and Kimura，2004）的WRF模式对京津冀地区2008年的一次夏季强降水过程进行集合模拟，并且通过敏感性试验研究该地区城市化对于降水分布、降水强度的影响。自2003年开始并一直持续发展的BAMEX （Bow Echo and MCV Experiment）试验采用了各种4km 网格距配置的WRF模式，成功地预报出对流系统的发展，并且可以较好地描述降水的日变化规律。本章研究采用三重网格，水平分辨率分别为36km、12km 和4km，格点数分别为170×238 （D1）、186×207 （D2）和258×258 （D3），模拟区域中心点设在 （117.62°E，40.16°N）。这样的配置能够将大尺度气象要素进行降尺度，为精细网格区域提供合理的侧边界条件，从而能够在第三重区域最大可能地刻画出与地表强迫相对应的对流尺度动力系统的详细特征。

第1章提到，对短期气候预测进行物理过程集合模拟十分必要，可以较明显地提高模式对我国东部地区夏季降水的模拟能力。因此，本章的研究选用了WRF模式提供的大气边界层方案（8种）、长波辐射方案（2种）和短波辐射方案 （3种）（表2.1），将其进行排列组合，得到了48个成员的集合。

表2.1　集合模拟所采用的大气边界层方案和辐射方案(https://www.daowen.com)

针对所选取的夏季降水个例，模式积分时间为2008年6月25日08：00至6月28日08：00 （北京时，下同）。为了体现京津冀城市群的影响，设计了两组试验：一组为控制试验（称为URB），另一组为敏感性试验 （称为NURB）。在控制试验中，下垫面采用真实的土地利用情形，长三角地区土地利用依据2003年MODIS （Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）500m 分辨率土地覆盖产品确定。在MODIS资料的基础上，利用2008年1km 分辨率的夜间灯光资料将该地区的城市与乡村进行区分，具体来说，将D3区域中网格点上夜间灯光数据高于62的作为城市，其余网格点作为非城市。在敏感性试验中，D3区域中的城市用农田替代，以此代表京津冀地区城市化前的情形。采用农田替换城市主要基于以下两点：①20世纪80年代中后期，京津冀地区的土地利用变更主要表现为农田显著减少而城镇迅速扩张并呈现出集中趋势；②京津冀地区城市周边主要为农田所覆盖。如上所述，控制试验和敏感性试验均采用48个成员方案配置，最终得到两个各包含48个成员的集合。为了更加客观地反映城市化的影响，所有模拟均采用6h一次的1°×1°NCEP再分析资料为第一重区域 （D1）提供初始条件和侧边界条件。这样一来，控制试验和敏感性试验的唯一差别仅存在于土地覆盖，即二者之差可以体现出城市的影响。微物理方案为WSM 6-class方案（Hong and Lim，2006），D1和D2区域的积云参数化方案采用Kain-Fritsch方案（Kain，2004），D3区域采用显式方案；模式顶层气压为50hPa，模式结果1h输出一次。