Gao Xiaoyu、Luo Yali、Lin Yanluan 与 Bao Xinghua 等学者在 Journal of Geophysical Research: Atmospheres 上发表了题为“A source of WRF simulation error for the early-summer warm-sector heavy rainfall over south China coast: Land-sea thermal contrast in the boundary layer”的研究论文。该文于2022年正式刊出，研究团队来自中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室、清华大学地球系统科学系，以及南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心。论文针对华南海岸暖区暴雨的数值预报难题，利用2020年5月29—30日一次与低空急流密切相关的夜间至早晨强降水个例，结合多源观测、再分析资料以及天气研究与预报模式（WRF）中的集合与敏感性试验，系统探讨了模拟降水偏差的可能来源，尤其聚焦海陆边界层热力差异对海岸边界层风场的调控机制。

在学术背景方面，华南海岸是中国乃至全球人口与经济高度密集的区域之一。每年早汛期（4—6月）降水约占当地年降水量的一半，其中相当比例的强降水发生在弱天气尺度强迫、无明显锋面系统南压的环境下，被称为暖区暴雨。与常规锋面降水依赖强斜压抬升不同，暖区暴雨的触发和维持往往需要中尺度动力与热力条件，例如海岸地形对向岸边界层气流的阻挡、海陆风与南海季风的配合、前期对流冷池造成的热力对比等。由于此类降水的空间尺度小、发展迅速且机制复杂，对流可分辨数值模式在定量降水预报方面仍存在显著不足。已有研究表明，华南暖区暴雨过程常与南海北部的边界层急流和对流层低层天气尺度低空急流共存相关，二者在海岸附近形成的垂直耦合可为对流触发提供关键的中尺度上升运动。然而，针对模式模拟中低层风场偏差成因的观测约束分析仍相对缺乏，这构成了本研究的出发点。

研究首先对2020年5月29—30日个例进行了观测事实梳理。自动气象站资料显示，强降水主要集中在距海岸线10公里以内的狭长区域，24小时最大雨量达265.8毫米；区域平均雨强在凌晨3时前后迅速增强，至清晨7—8时达到峰值，午后转为中等或弱降水。卫星与雷达观测进一步表明，白天华南上空云系覆盖广泛，夜间在沿海丘陵附近先后出现多个对流单体群，随后逐渐组织为线状中尺度对流系统。再分析资料揭示，此次过程中950百帕附近存在来自南海的暖湿边界层急流，850百帕存在西南风天气尺度低空急流，二者在海岸附近形成边界层辐合与对流层低层辐散相耦合的有利结构。风廓线雷达资料还显示，海洋边界层急流在夜间显著增强，内陆站点则主要显示天气尺度低空急流的加强。

在控制试验（exp-ctrl）中，尽管WRF模式对500百帕位势高度场、可降水量以及高低空环流的大尺度形态具有合理再现能力，但对海岸强降水的模拟严重失败：模拟的24小时最大雨量仅为45.6毫米，区域平均雨量不足观测值的11%，且对流触发时间明显偏晚、对流组织化程度弱。进一步与地面自动站、风廓线雷达和沿海多普勒天气雷达观测对比后发现，模式在2000—0200 LST期间系统性高估陆地边界层风速，例如地面10米风速平均偏高约1.8米/秒，部分站点边界层内风速偏高可达5米/秒。与此同时，模式对陆地边界层温度也存在系统性暖偏差，午后2米气温偏差最大可达3°C以上，夜间对流触发期仍维持约0.3°C的暖偏差。这一暖偏差被认为与模式对白天间歇性弱降水的低估有关，导致降水蒸发冷却与云遮蔽效应偏弱。

为区分地表摩擦与热力强迫的相对贡献，研究设计了三组敏感性试验。第一组为exp-sgter，通过Jiménez和Dudhia提出的次网格地形拖曳参数化方案增强地表摩擦；第二组为exp-10rough，将所有陆地类型的背景粗糙度长度乘以10；第三组为exp-bltem，利用GSI三维变分系统逐小时同化ERA5资料中900百帕以下的虚温，以修正模式边界层热力结构。结果显示，增强地表摩擦虽能使10米风速更接近观测，但对降水预报改善十分有限；两类摩擦试验的沿海24小时最大雨量与平均雨量仍远低于实况。相反，exp-bltem使陆地边界层温度降低、海洋边界层温度升高，午后至夜间的海陆温差明显向再分析值靠拢，夜间陆上边界层风速减小超过3米/秒，海岸附近的辐合与上升运动显著增强。该试验模拟的最大雨量和平均雨量分别达到233毫米和29.12毫米，约为控制试验的5倍与7.5倍，中尺度对流系统的组织化程度和生命史也更接近雷达观测。

动量收支分析进一步表明，在触发区域边界层内，经向风变化与水平温度梯度项密切相关。控制试验中，白天至夜间海陆温差演变偏慢且夜间偏高，导致向岸边界层风速衰减不足；而在exp-bltem中，温度同化带来的经向温度梯度修正使沿岸南风分量减弱，强化了类似陆风的热力驱动，进而增强海岸辐合。特别值得注意的是，该改善不能通过增加地表摩擦实现，说明海陆边界层热力对比才是本次模拟误差的关键来源。此外，研究还通过36组物理参数化方案集合试验检验了微物理、边界层和陆面方案的敏感性。集合成员均未能再现观测中的强降水，表明仅调整上述常规物理方案难以弥补初始热力结构偏差。表现相对较好的成员更倾向于模拟出白天较冷的陆上边界层，并在夜间形成更明显的近岸风速衰减；Thompson与WSM6微物理方案、YSU与MYNN2.5边界层方案以及Noah-MP与RUC陆面方案的组合效果相对较优。这从集合角度进一步佐证了海陆热力差异对预报质量的重要影响。

文章的结论指出，对于华南早汛期暖区夜间强降水，模式若在白天至夜间高估陆地边界层温度，将削弱由海陆温差驱动的陆风效应，导致沿岸边界层风速辐合不足，最终漏报或严重低估强降水。若要改进定量降水预报，除了以往强调的夜间海洋边界层气流增强之外，准确刻画白天边界层热力结构同样不可或缺。该研究在方法上综合了多源地基遥感与地面观测，首次利用风廓线雷达、多普勒雷达径向风等资料直接证实WRF模拟中陆上边界层风速的系统性正偏差，并将误差来源追溯至海陆热力对比表征缺陷，而非地表摩擦参数化。这一发现为后续改进华南暖区暴雨的数值预报提供了清晰的热力学切入点，也提示在业务模式中强化日间陆面—边界层耦合过程和多源温度观测同化具有潜在应用价值。同时，研究展示了在观测空间中进行面向过程的模式诊断思路，对于其他沿海复杂地形区域的暖季强对流预报亦具有借鉴意义。