地形对凉山州夏季降雨的影响研究

利用地面区域自动站降水、GMTED2010高程、ERA5再分析等资料,通过三阶反距离平方权差分、卷积计算等求出地形、降雨指标,分析凉山州夏季(5一10月)降雨、地形特征及其复杂地形对降雨的影响。结果表明:凉山州复杂地形下降雨空间分布不均匀,总降雨量1100mm以上大值区及强降雨主要分布在河谷流域,雨日100d以上的大值区主要分布在东部山区;坡向、坡度对大雨及以上量级的强降雨都有显著影响,对中雨及以下降雨影响不明显。高精度坡度、坡向地形指标有助于在凉山州这种复杂地形下更好地评估强降雨过程的雨量,提高灾害预警质量,特别是在地形多样、对降雨敏感的河谷流域作用更加明显。

雅安雨城区八步“8·11”山洪灾害成因研究

利用雅安市雨城区八步村自动气象观测站2016—2020年的分钟级雨量数据和定量降水预报数据,统计分析八步村历年大暴雨、特大暴雨的年际变化和日变化特征,从降雨的极端性和地形地貌两方面重点分析雨城区八步村2020年“8·11”山洪灾害成因。结果表明:八步村2016—2020年大暴雨、特大暴雨发生频率为1.6次/a,其中大暴雨发生频率为1.2次/a,特大暴雨发生频率为0.4次/a;大暴雨、特大暴雨出现最早时间为6月26日,最晚时间为8月22日;八步村降水日变化较大,夜雨特征明显,主要降水时段发生在夜间23—04时,最大小时雨强为64.2mm,相邻两小时最大降雨量为41.4~121.4mm;短时强降水是造成八步村“8·11”山洪灾害的主要外动力直接因素,特定地形地貌和地质结构是其耦合因素。

山西省汛期降水集中度及其与地形的关系

降水集中度的时空格局是水文分析的关键因素.首先基于山西省1980-2020年27个气象站点的汛期(5月1日—10月30日)逐日降水量,分析汛期总降水量和汛期极端降水量的时空特征.其次,利用降水集中度(PCD)和降水集中期(PCP)来描述汛期降水的集中程度.最后,计算PCP、PCP与地形因子之间的相关系数来识别两者之间的关系.结果表明:1.山西省汛期年均总降水量和年均极端降水量在1980-2020年呈现不显著的上升趋势,空间上表现出明显的纬度地带性和地形特征.2.年均PCD在0.26~0.4之间,说明汛期内降水集中程度较低.空间上呈现由南向北逐渐递增的纬向分布规律.年均PCP处于7/10~7/22,表明最大日降水量主要出现在7月中后旬,空间上表现出明显的地形特征.3.在占研究时段66%的年份,PCP与PCD呈现反相关关系,即降水集中度越大的地区,降水集中期越早.4.在70%的年份中,海拔越高,降水集中度越高,最大日降水出现时间越提前.5.1 000 m以下,坡向朝南的PCD和PCP均小于坡向朝北的;而在1 000 m以上则相反.

地形影响热带气旋“泰利”降水增幅的数值研究

利用NCEP/NCAR再分析资料与日本气象厅区域谱模式的融合资料,采用WRFV2.2模式研究了热带气旋"泰利"(0513)降水增幅过程中的大别山地形效应。结果表明,大别山地形对"泰利"降水影响明显,改变了降水增幅的中心位置,降水强度增幅约为15%,但是降水增幅是否发生与大别山地形无关。大别山地形的存在导致了地形辐合线和中-β尺度低涡的形成和发展,使得迎风坡气流辐合加大和维持。随着"泰利"的移动,其东北侧环流和地形配置发生变化,降水范围和中心也随之变化,强降水主要发生在大别山东坡和南坡,降水中心多位于辐合线和地形迎风坡相交之处。降水增幅期间不同的地形高度造成不同的中低层涡度、散度和上升运动,随着地形的升高,涡度、辐合和上升运动总体加强。增幅期间,地形强迫垂直运动占模式最低层总垂直运动的50%左右,地形强迫对上升运动有明显影响。地形强迫垂直运动极大值出现在峰顶附近的东坡,降水量极大值出现在峰顶和地形强迫垂直运动极大值之间。

青藏高原热力强迫对中国东部降水和水汽输送的调制作用

从4个方面综述了有关青藏高原大地形热力"驱动"对中国东部雨带和水汽输送特征及其年代际变化的影响作用的研究进展:(1)中国三阶梯大地形热力过程变化与季风雨带季节演进;(2)青藏高原地-气过程热力"驱动"及其季风水汽输送结构;(3)青藏高原积雪冷源对中国东部水汽输送结构及其雨带分布的影响;(4)青藏高原视热源变化与雨带年代际变化相关特征及其可能调制。其主要研究结论是:(1)中国西部高原特殊三阶梯大地形结构强化了海-陆热力差异,尤其是高原大地形使地-气热力差异季节变化有由青藏高原向东北方向大地形区域延伸变化趋势,且其与季风雨带由东南沿海移向西北朝青藏高原与黄土高原边缘同步演进,两者似乎存在类似季节内演进的一种"动态的吸引"。(2)中国东部雨带时空变化特征和季风强弱变化趋势均与青藏高原热源强弱异常变化相对应。青藏高原热源异常影响低纬度海洋向陆地的水汽传输路径和强度,进而调制中国东部降水时空演变。在青藏高原热源强和弱年,中国降水变率空间分布特征分别为"北涝南旱"和"南涝北旱"。青藏高原视热源强(弱)异常变化"强信号"将对东亚与南亚区域的季风水汽输送结构,以及夏季风降水时空分布的变异具有"前兆性"的指示意义。(3)长江中下游地区作为独特南北两支水汽流的汇合带,该地区夏季青藏高原热源与水汽通量相关矢特征呈类似于青藏高原多雪与少雪年水汽通量偏差场中水汽汇合区显著特征差异,揭示了冬季青藏高原积雪冷源影响中国东部夏季长江流域梅雨水汽输送结构特征。(4)中国降水的年代际变化基本型态为中国东部呈"南涝北旱趋势",西北区域呈现出"西部转湿趋势"。但基于近10年青藏高原春季视热源出现"降后回升"趋势,中国东部"南涝北旱"的降水格局已出现转折趋势。

夏季风期间青藏高原地形对降水的影响

利用高分辨率的3″数字高程模型资料,青藏高原东部102个常规气象观测站5～10月份的降水资料,采用多元逐步回归的方法,分类建立青藏高原雨季逐月降水量和6个地理、地形因子间关系模型,估算青藏高原地区雨季降水量空间分布。结果表明,以此方法建立的青藏高原降水量与诸因子间方程的相关性显著,通过置信度0.95的检验,相对误差在20%内;受季风影响,高原东部地区降水呈现出南北差异,降水高值中心也出现北进-东移-南撤的分布特征,反映了季风水汽输送规律;地理因子、高度及局地地形因子对降水的空间分布的影响有很大差异。

中尺度地形对梅雨锋暴雨影响的个例研究

利用多种观测资料和NCEP再分析资料,分析了2007年7月9—10日皖南特大暴雨过程中尺度对流系统(MCSs)的活动特征及其引发暴雨的天气背景和环境场特征,探讨了大别山和皖南山区中尺度地形对MCSs活动和暴雨形成的影响,并通过高分辨率的数值模拟、地形敏感性试验和对比分析,进一步研究了中尺度地形对MCSs活动及其降水的影响。结果表明,此次强降水过程形成的2个暴雨中心分别位于大别山东北侧和皖南山区北部,期间有4个MCSs活动,皖南特大暴雨是由2个准静止MCSs活动造成的。MCSs具有明显的日变化特征,在清晨出现日峰值,梅雨锋中低层辐合和高层辐散是MCSs形成和发展的主要原因之一。在梅雨锋东移南压的过程中,MCSs相对于中尺度地形的位置在不断地发生变化,地形上空盛行气流方向以及地形Fw数也在不断变化,地形通过不同的动力机制影响MCSs。高地形Fw数下,大别山主要通过山脉波影响下游的MCSs;低地形Fw数下,地形绕流和山脉波共同影响下游的MCSs活动。当MCSs移近皖南山区北坡时,地形有利于MCSs的形成和维持,其阻滞效应可减缓MCSs的移动,有利于皖南特大暴雨的形成。大别山和皖南山区中尺度地形对暴雨强度和分布有明显的影响,其构成的中尺度组合地形效应是皖南特大暴雨形成的重要原因。

祁连山及周边地区降水与地形的关系

利用祁连山区及其周围(90°～104°E,32°～42°N)1960—2004年55个气象站点白天08:00—20:00时、夜间20:00—08:00时和全天20:00—20:00时逐日降水资料,分析了不同降水强度的时空分布特征及其与海拔的关系,得出了不同降雨强度以及不同季节最大降水总量出现的海拔.小雨日数与海拔较为密切,呈线性增长;中雨以上与坡向、地理位置有关,在海拔4850m附近降雨日数最多为143d.降雨日数和总量在海拔3700m左右达最大峰值,而在海拔2700m附近为次大峰值.进一步利用干湿年资料诊断分析出祁连山区最大降水高度的出现除了受地面海拔的影响外,很可能与高低空两个最大相对湿度中心及相应较强的冷空气活动中心出现高度关系密切.

川西高原东坡地形对流暴雨的研究

利用地面常规雨量站和探空资料以及NCEP1°(纬度)×1°(经度)再分析资料,对2004～2010年川西高原东坡地形过渡带的12次暴雨过程进行了分析,研究了高原东坡地形对流暴雨发生发展过程中的天气背景和环境场特征,并对高原东坡地形在对流暴雨形成中的作用进行了初步诊断,在此基础上利用WRF中尺度数值模式和地形上游探空12次暴雨过程的平均垂直廓线在模式真实地形下开展理想数值试验,验证了观测诊断分析的推断。结果发现:高原低值系统移入盆地是地形对流暴雨发生发展的天气背景条件。随着高原低值系统移入盆地上空,盆地低层气流从西南(偏南)气流逐渐发展成东南(偏东)气流,它的出现是地形对流暴雨形成的重要原因。地形对流暴雨发生发展过程中,盆地大气柱含有充足的水汽,存在明显的对流有效位能(CAPE)。CAPE存在着明显的日变化,它在14:00(北京时间,下同)至20:00的峰值位相有利于地形对流暴雨的形成和发展。低层东南(偏东)气流的地形费劳德数略小于1,气流遇到高原东坡地形后爬坡和阻滞绕流同时存在,它在地形缓冲带的爬升和向南绕流形成的气旋性切变皆有利于对流暴雨的启动和发展。最后归纳总结了川西高原东坡地形过渡带对流暴雨形成的物理概念模型。

横断山脉中西部降水的季节演变特征

利用台站观测逐日降水资料,对横断山脉中西部地区的降水季节演变特征进行了分析,发现该地区降水具有独特的季节变化特征:雨季开始早,从第10候前后降水开始迅速增加,至第19候前后就达到第1个峰值;雨季时间长,从第10候前后雨季开始,至第60候雨季结束,雨季持续长达8个月;多峰值特征明显,雨季先后经历3个降水峰值,分别在第19、35、55候前后。通过再分析资料对这一地区风场的季节变化进行分析发现,这些降水的季节演变特征与这一地区独特地形下风场季节演变密不可分。雨季开始早与第10候起低层西风、南风迅速加强,特别是西风加强有关;第2、3个降水峰值则与西南风,特别是经向南风增强有关。对3个降水峰值时刻的环流背景进行了分析,第1个降水峰值发生时,位势高度东西方向水平差异小,降水主要受西风系统影响,与西风系统的季节变化密切相关;而第2、3个降水峰值分别发生在西太平洋副热带高压西伸、东退进程中,位势高度场东高西低,降水主要受西南风控制,并伴有南风辐合,与南风的季节变化相关。

祁连山及黑河流域降雨量的分布特征分析

利用祁连山及其周围42个气象站的降水资料,采用EOF,REOF等方法,分析了祁连山区年降雨量的空间变化趋势,并将其分为3个部分。进而采用网格分析法和GIS技术结合的方法,针对黑河流域所在的祁连山中东部的降水分布,进行年降雨量分布的拟合研究,着重分析了模拟雨量场在空间上的复杂变化。结果表明,应用该方法对黑河流域的祁连山区局地降水分布能够很好地模拟,局地降雨量和气象站观测资料基本吻合,同时网格场的降水分布更能反映出山区的复杂地形,其雨量分布为黑河流域的用水分配提供了一定的科学依据。

中国大陆雨季时空差异特征分析

利用1961—2012年1710个地面气象台站观测的逐日降水资料,对中国大陆雨季特征进行了分析。结果表明,雨季最早到来的地方是藏东南、滇西北的横断山脉中西部地区;接着江南地区进入雨季;之后随着夏季风的爆发,全国大部分地区进入雨季。而雨季结束最早的地区在江南地区,较迟结束的地区在华西地区、南海地区,最迟是在新疆西北部地区。就雨季持续时间而言,华北地区和西藏西部及其与新疆南部相接的部分地区雨季持续时间最短,横断山脉中西部地区、华西地区和南海地区雨季较长。通过对多年平均逐候降水进行经验正交函数(EOF)分解,能较好地将主要的降水季节演变特征分离出来,分析发现,第1、第2和第3模态分别反映了夏季、春季和秋季降水为主要特征的降水空间结构。

地形对2008年初湖南雨雪冰冻天气的影响分析

利用NCEP逐日资料、探空站点资料和地面观测资料,分析了2008年初发生在湖南的第三次冰冻雨雪过程(1月25～29日)。结果表明,冰晶层、融化层、冷层这种两头冷中间暖的温度垂直分布结构以及地面微风、低温、潮湿的气象要素条件共同导致了湖南的这次严重冰冻灾害。利用中尺度数值模式MM5模拟了湖南独特的地形特征对这次冰冻过程的影响。两个敏感性试验结果表明,随着南岭山脉地形高度的降低会导致南岭北部上空的大气垂直温度层结发生变化,而这种变化并不利于湖南南部冻雨的发生,同时还在一定程度上导致南岭以北的降水增加,以南的降水减弱。

多普勒雷达径向散度在迎风坡降水中的应用

以太行山东部3次迎风坡降水过程为例,分析了由多普勒雷达原始资料计算得到的径向辐合与迎风坡降水分布的关系:迎风坡降水大值区落在临近径向的辐合大值区的弱辐合区内,且降水中心落在正径向速度开始减小的边界同NE风急流相交的位置。连续分布的径向辐合越强,降水越强。同时以2004年7月11—12日过程为例说明单站径向辐合和降水率的关系:径向辐合越强,降水越强,且径向辐合变化超前于降水率变化1h以上;径向辐合持续减弱3h以上,降水率减小,直至结束。径向散度对迎风坡区域的降水预报有很好的指示作用:综合分析区域径向辐合分布和单站径向辐合随时间的变化,可以预测迎风坡降水的落区、发展及生消。

清原地区“0816”洪水灾害临界雨量分析

以抚顺清原地区南口前镇浑河支流(包括海阳河和康家堡河)流域为研究对象,根据流域周围雨量站的降水资料、SRTM 3全球数字高程模型和辽宁省土地利用类型等资料,利用Flood Area淹没模型对2013年8月16日抚顺清原地区特大暴雨洪涝过程进行模拟。结果表明:Flood Area淹没模型模拟的清原地区暴雨洪涝过程降水量最大值出现在2013年8月16日17时,最大小时降水量达61.7 mm;17日01时后,降水过程结束。随着降水量积累,南口前镇浑河支流流域的水位逐渐上涨,流域内海阳村与南口前村水位上涨迅速,16日23时隐患点淹没深度出现最大峰值,其中,南口前村淹没深度达4.12 m,海阳村淹没深度达2.32 m;至17日01时,隐患点淹没深度逐渐降低,洪水继续向下游集中,下游水深持续增加,最后流入浑河,结束暴雨洪涝过程。通过分析隐患点的逐时淹没深度与流域面雨量的相关关系,推算清原地区暴雨洪水过程山洪灾害不同风险等级的隐患点致灾临界面雨量阈值;其中,南三家村与康家堡村计算结果与实际相差较大,而南口前村与海阳村4个山洪灾害风险等级的临界面雨量阈值分别为33.2、43.2、53.2 mm和63.2 mm及41.3、57.6、73.8 mm和90.0 mm。

里下河地区下垫面变化对降水、气温、风速的影响

近年来,随着苏北地区经济和城市的快速发展,土地覆盖状况发生了显著变化,其中尤以城市化扩展为主。为了分析下垫面变化对天气过程的影响,特别是对降水过程的影响,采用中尺度WRF3.4/Noah/UCM模式,对苏北里下河地区2005年8月6日的一次强降水过程进行了模拟,其中通过改变模式的下垫面特征,设置了三种敏感性分析试验,分别是USGS土地利用类型(CASE1)、修正后的MODIS土地利用类型(CASE2)和城市极端扩张后土地利用类型(CASE3)。研究结果表明,修正后的MODIS土地利用类型数据(CASE2)更能真实地反映里下河地区的下垫面结构,与实测值对比后发现模拟的降水、气温和风速等气象要素更为准确。通过将CASE2、CASE3与CASE1的模拟结果对比发现,城市下垫面增加后会使城市气温明显增加,上空的风速减小;白天地表感热通量增强,潜热通量减小,夜间延长了感热通量由正变负的时间;边界层高度被抬升,在中午前后分别被抬升了近45 m和100 m左右;垂直速度和散度值增大,大气低层的扰动位温增加,云水混合比和雨水混合比均增多。以上这些条件均有助于对流降水天气的发生、发展。

辽宁暴雨的日变化特征及其成因分析

利用长时序(1961—2012年)的辽宁省夏季逐小时降水观测资料、2008—2013年CMORPH(中国自动站与NOAA气候预报中心morphing技术融合的逐时降水量0.1°网格数据)夏季逐小时降水资料、2000—2012年NCEP再分析资料以及高分辨率中小尺度数值模式WRFV3.3.1,对辽宁暴雨日变化规律进行了统计,并对其形成机理进行了分析和数值试验,结果表明:(1)辽宁省内陆地区基本为午后降水(暴雨)峰值,沿海地区基本为午前降水(暴雨)峰值,内陆平原站点凌晨到午前有次峰现象发生。(2)辽宁降水日变化特征与地理环境关系密切,内陆地区午后降水峰值、沿海地区午前降水峰值的主要原因是大兴安岭—内蒙古高原山区、东北平原、海洋三大地形热力性质的不同而诱发的局地环流日变化。内陆地区午后—夜间降水峰值由山地—平原局地环流上升支诱发,沿海地区凌晨—午前降水峰值现象由海—陆局地环流上升支诱发。(3)对内陆站点做去除大地形试验的数值模拟试验表明,去除大地形对于日累积降水量无明显影响,但对内陆站点的降水日变化有影响,去掉地形后,内陆站点降水峰值发生时间基本均明显提前至正午前后且峰值雨量均明显减小;沿海站点做海洋改陆地数值模拟试验结果表明,海洋改陆地试验对于日累积降水量也无明显影响,但对沿海站点降水日变化有影响,海洋改为陆地后,沿海站点降水峰值由午前变为午后至夜间。数值试验结果进一步说明山地、海洋大地形是诱发辽宁降水日变化规律形成的主要原因。

近50年乌鲁木齐河流域垂直气候带的异同变化特征

依据乌鲁木齐河流域各站点近50a的观测数据,分析垂直带内气候变化的异同特征。结果表明,年增温趋势最强的是低山带0.554℃/10a,贡献最大是冬季温度。温度距平变化幅度除中山带为进入21世纪最大外,其他均为1990s最大。显著增温突变年际尺度(2a)上,低海拔带响应早于中、高山带;年代际尺度(16～23a)上高山带最早,中山带最晚。年增湿趋势最显著是高山带20.8mm/10a,贡献最大是夏季降水。降水距平幅度除高山带1990s振幅最大外,其他均为1980s最大。降水突变特征为随着海拔高度的增加突变的响应时间依次推后。

山地屏障与水汽通道综合作用初探——兼谈大香格里拉自然成因

在我国藏东南地区,东西走向的喜马拉雅山脉与南北走向的横断山脉相交,雅鲁藏布江、怒江和澜沧江穿流于其间,这种特殊的地形条件具有的屏障和水汽通道综合作用对降水分布和气候自然带分布带来特殊的影响。屏障作用阻挡了西南季风的暖湿气流,带来山脉两侧(南北向或东西向)降水和气候自然带分布的巨大差异;同时,在该区,山地屏障作用与水汽通道作用同时存在,两者综合作用形成了特殊的降水和气候自然带分布,为形成人类的理想天堂—大香格里拉地区做出了自然贡献。

低平原雨养农田因雨种植理论及实践

１９８４—１９９０年对河北省低平原半湿润易旱区雨养农田生态系统中自然降水─—作物─—土壤水三者关系进行定位研究，明确季节过程“透雨”与作物生育关键期配合程度决定产量丰歉；提高雨养农田水分利用率的核心是因雨墒种植，提出因雨耕作、量化栽培综合技术。生产实践证明：采用“因雨墒采取耕作措施逆境成苗；因雨墒定播期、因播期定品种；根据雨墒情况，作物长势采取底、连结合施肥法；因雨墒制定轮作形式，利用休闲使土壤水分恢复平衡”的因雨种植技术，可使旱地粮食水分生产效率达到０．８５９ＫＧ／ｍｍ亩。