不同风场结构下贺兰山地形降水的理想数值试验

地形降水是我国西北地区最主要的降水类型之一,加深其形成机理的认识对提高预报能力有重要意义。本文以贺兰山东麓地区20次暴雨过程中的高空环境参数为基础构建不同类型风场垂直分布结构,利用WRF模式中的em_hill2d_x模块开展不同类型风场对降水模态影响的理想数值试验。结果表明:(1)有/无风垂直切变的两种不同类型干气流过山后其迎风坡均表现为地形对迎风坡气流的抬升作用,而背风坡波动表现出明显不同的变化特征,单层均一气流条件下背风坡主要表现为沿垂直方向传播的过山波,低空存在风切变的风场条件下背风侧主要体现背风波的特征,重力波呈水平与垂直传播共存的特征,且随着低空风切变增强水平传播的背风波特征越来越明显。(2)单层均一湿气流条件下模拟的降水主要位于迎风侧,背风侧在较强的下坡风影响下,降水强度相对较弱。当风速增大至10m·s^(-1)以上时,迎风侧云水含量大值区向山顶汇集,降水强度显著增强。低空存在风切变湿气流过山试验结果显示在迎风侧与背风侧均存在较强的降水中心,背风坡存在一深对流系统,随着风速增大,两侧降水均增强。(3)在低空东风高空西风的条件下,背风侧降水显著减弱,降水更加集中于上游山顶附近,强度也有一定的增强,这与高空西风的出现使迎风坡上升气流加强,且不利于水汽向下游的输送有关,这是贺兰山脉两侧降水特征存在显著差异的主要原因之一。

低空急流对贺兰山东麓两次暴雨影响的数值模拟研究

利用NCEP 1°×1°再分析资料、宁夏区域自动站观测资料、FY-2E卫星资料,通过天气学诊断和数值模拟的方法对发生在贺兰山东麓的2018年7月18—19日和2017年6月4—5日两次伴随低空急流的暴雨过程进行对比分析。结果表明:(1)“7·18”过程是在500 hPa“东高西低”的环流背景下高空槽和偏南急流共同作用产生的局地短时暴雨,而“6·04”过程则是稳定大槽和东南急流影响下形成的大范围持续性降水过程。(2)低空急流对两次暴雨过程的影响存在差异可能是急流分布形态不同所致,“7·18”过程暴雨发生前的低空偏南急流主要起到输送水汽的作用,当急流加强与贺兰山山体相互作用后诱发暴雨,且偏南急流偏转为西南急流,低空急流转向后与暴雨相互促进使降水加强;而“6·04”暴雨过程中宁夏北部地区一直处在中尺度低涡东南侧和东南急流左侧的有利动力条件下。(3)数值敏感性试验的结果表明,减弱低空急流后,两次暴雨过程的降水强度均减弱,减小的区域分别位于贺兰山山区和宁夏平原中部地区,其中低空急流中的南风分量对降水的强度有重要影响。(4)诊断分析结果显示,低空急流对“7·18”过程的影响主要体现在加强迎风坡垂直运动的动力作用,对“6·04”过程的影响则主要体现在急流左侧的动力辐合抬升作用,急流强度减弱对“7·18”过程水汽输送的影响较“6·04”过程更大。

循环同化C波段雷达资料模拟贺兰山地区一次暴雨过程

利用宁夏气象站资料和银川站多普勒雷达资料,对2017年6月4-5日贺兰山地区一次暴雨过程进行数值模拟和同化试验,对比分析不同雷达资料同化窗对初始场及暴雨强降水时段的降水量和落区分布的影响.结果表明,同化雷达资料后加强了初始场中500 hPa“东高西低”的环流形势,700 hPa东南急流的强度和范围明显增强.TS评分结果相比控制试验,6 h循环同化试验RAD6模拟的降水量仅对10 mm降水阈值的模拟效果有改进;12 h循环同化试验RAD12的结果对10、 25和50mm降水阈值的评分均有显著提高.循环同化12 h雷达反射率因子后模拟的云水、雨水含量更大,假相当位温逆温区的水平范围更广,层结不稳定性显著增大,强降水时段雷达反射率因子与雷达观测实况有较好的一致性,700 hPa正涡度带的分布与雨带位置更加一致.

祁连山夏季两类地形降水过程的环流特征及成因分析

祁连山地区的降水与大尺度环流系统和复杂地形强迫形成的地形云发展变化有关。本文利用多种观测资料对2018年发生在祁连山地区过程降水(2018年7月19-20日,CASE1)和地形云降水(2018年8月28日,CASE2)两类降水过程进行天气学分析,并利用高分辨中尺度数值模式WRFV3.8.1对两类降水过程的数值模拟结果分析了有关物理参量和发展机制等方面的差异。结果表明:CASE1是在有利的大中尺度条件下形成的降水过程,它的形成是大尺度环流系统和局地地形共同作用的结果,CASE2没有明显的大尺度环流系统,主要是由局地地形诱发的降水过程;CASE1具有水汽供给充足,降水发生前大气中层结明显不稳定、对流有效能量大(1064.84 J·kg^(-1))、水平风的垂直切变强(27.6 m·s^(-1))、理查森数(Ri)小于0和垂直上升运动强烈等特点,这有利于产生大范围持续性的降水过程;而CASE2过程中的层结较CASE1的稳定,MCAPE的最大值为546.15 J·kg^(-1),约为CASE1的一半,水平风垂直切变最大值为17.37 m·s^(-1),远小于CASE1的值,理查森数在降水阶段始终大于0,这导致此类降水的降水率相对较小,对流活动较弱,持续时间相对较短。

贺兰山东麓20次暴雨过程环流形势及低空急流特征

贺兰山东麓是中国西北极端暴雨易发区之一,为了进一步探究该地区暴雨发生时大气环流配置及低空急流系统演变特征,提高该地区暴雨预报准确率及防灾减灾能力,本文利用加密地面降水观测资料和NCEP/NCAR再分析资料,对2009—2020年贺兰山东麓20次暴雨事件的形成机理进行了综合分析。结果表明:(1)依据500 hPa环流形势特征可将该地区20次暴雨过程分为高空槽前型和西太平洋副热带高压西北侧型。高空槽前型降水是在高空西风槽影响下,配合高空急流及低空水汽辐合场发生与维持,副高西北侧型降水过程中贺兰山东麓位于西太平洋副热带高压西北侧,副高边缘带来充沛水汽,高低空动力辐合配合使得该类降水强度更强。(2)两类降水过程对应的低空急流系统存在明显差异,副高西北侧型降水其低空急流呈北进增强-南退减弱特点,急流轴在贺兰山体左侧,在暴雨过程中起到了水汽输送及增大迎风坡风速等作用。(3)高空槽前型降水过程中低空急流多呈东移减弱特点,急流轴位于山体右侧,低空急流动力作用所产生的中尺度气旋的发展演变对此类暴雨的触发与维持起到重要作用。