中尺度地形对湘西州强降水影响的研究

利用WRF-ARW 4.4版中尺度模式就2021年6月27日湘西自治州暴雨过程进行模拟研究,主要考察中尺度地形对暴雨范围、落区和中心强度的影响。在敏感性试验中,不改变大尺度环境的各要素场,将湘西州及紧邻区域的海拔高度降至200 m。数值试验的结果表明,中尺度地形的改变,使敏感性试验区域的暴雨中心的位置和强度都发生了变化,中尺度地形是形成中尺度扰动的一种外力,在对局地的地形进行“消除”后,带来中尺度扰动的外力也不再存在。

中尺度地形对暴雨降水影响的数值模拟研究

利用PSU/NCAR的中尺度模式MM4就1991年7月2日江淮暴雨进行模拟研究,主要考察了中尺度地形对暴雨降水的影响。在模拟工作中,人为地将模式地形中长江中游的大别山地区及其紧邻地域的海拔高度降为50m以下,而并不改变大尺度环境的各要素场。数值试验结果表明,地形的改变使中尺度暴雨中心位置和强度发生了变化。但是局地地形的改变也只在有限区域内对局地中尺度降水系统产生影响。

江淮地区中尺度地形对一次梅雨锋暴雨的敏感性试验

利用美国俄克拉何马大学 (UniversityofOklahoma)风暴分析预报中心研制的ARPS模式对 1999后 6月 2 3～ 2 4日江淮地区的特大暴雨进行了地形敏感性试验 ,分析结果表明 :中尺度地形通过对动力场和水汽场的扰动对降水的落区和强度有重要影响 ,各个地形对降水的影响是不同的 ,同一个地形在不同时段对降水的影响也是不同的 ,地形和切变线的相对位置是造成这一影响的关键所在。

亚洲夏季风区中尺度地形降水结构及分布特征

采用高分辨率TRMM、AIRS卫星实测资料,从气候态的降水微物理过程角度分析了亚洲夏季风期间中尺度山脉对不同性质降水垂直结构和水平分布的影响。研究表明,中尺度山脉迎风、背风坡均以层云降水为主,层云降水强度在迎风坡强于背风坡;对流降水在迎风坡主要为浅对流,背风坡主要为深对流,对流降水强度在背风坡强于迎风坡。沿西南季风推进方向依次经过的中尺度山脉,其两侧发生降水像素个数、降水微物理特征等差异逐渐减小,其中,对流降水迎风坡向背风坡转变明显,而层云降水背风坡向迎风坡转变明显。大气稳定度与对流降水在迎风、背风坡的分布相一致。另外,对中尺度地形降水的研究为区域气候模式模拟高精度地形降水分布提供了实测依据。

卫星资料揭示的中尺度地形对南海夏季气候的影响

利用一组高分辨率的卫星观测资料,研究了中尺度地形,特别是中南半岛长山山脉对南海夏季区域气候的影响。分析表明,当夏季暖湿、不稳定的西南季风接近长山山脉时,由于地形的强迫抬升作用在山脉的迎风一侧形成强降水区,而在山脉的背风一侧、南海西部则形成无降水区或降水量相对较少的区域。另外,盛行的西南季风气流绕过长山山脉的南端,在越南东南沿海明显形成一支边界层低空急流。这支低空急流通过其引起的蒸发冷却和沿岸上翻流在其北侧形成一片冷海水区,该冷水区的形成反过来又对其上的热带对流活动产生影响。研究还表明,南海中部夏季降水分布呈现东多、西少东西向分布不均匀特征,而降水这种东西向分布不均匀形成可能与中南半岛上中尺度地形的作用有关,严重低估中尺度地形的影响可能是造成全球大气环流模式模拟南海季风夏季降水时存在严重误差的主要原因。

海滩近岸带中尺度地形动力过程研究进展

海滩近岸带中尺度地形动力过程是海岸海洋科学研究的重要研究内容之一。近20年来该领域发展较快,取得了一些重要的成果。对近岸带中尺度地形动力过程的碎波带地形与沙坝、冲流带地形与滩角、海滩风暴响应、观测技术手段等主要领域的进展进行了总结和评述,并对我国海滩研究提出要从加强观测手段和制定长期观测计划两方面来加强的建议。

中尺度地形扰动的非线性问题半解析解

将大气和海洋中f 平面上中尺度地形的扰动问题统一起来作为一个地球物理流体力学问题,应用涡度、能量和经圈动量守恒条件,将原来高度非线性方程变成一个二阶椭园型非线性方程,用数值模拟方法分析了大气中的过山运动和海洋中的沿岸上升流,给出了与观测接近的模拟结果以及运动过程对内部物理参数和外界条件的敏感性分析。所提方法可供进一步的动力学分析和数值研究参考。

中尺度地形对“98.7”鄂东特大暴雨的动力作用

用一个高分辨的 η坐标模式对 1998年 7月 2 1日鄂东沿江特大暴雨过程进行数值模拟 ,得到与实况相吻合的结果。通过敏感性试验和分析 ,研究了局地中尺度地形对这次暴雨过程的影响及其机理。结果表明 ,虽然地形对这次特大暴雨过程的基本面貌并未起到决定性的作用 ,但也有一些重要影响。大别山对边界层南风暖湿气流的阻挡使位于其迎风面上游的暴雨带有所加强。幕阜山对边界层水汽流入的拦截则使位于其背风面下游的暴雨带的初期发展减缓。到了暴雨盛期 ,由于暴雨带南侧有中尺度低空急流出现并正好位于幕阜山区 ,因地形而抬高的摩擦层内的Ekman风矢偏转直指暴雨区 ,加强了暴雨区水汽的辐合。由于强对流暴雨系统盛期近地层气流转为辐散 ,对暴雨维持起关键作用的辐合层升高 ,因此地形抬高的摩擦辐合恰好叠加其上使之增强 ,这可能是此次鄂东沿江特大暴雨过程持续时间长的一个重要原因。

中尺度地形对大气铅直运动和强降水的影响

本文概略地综述了关于地形（特别是中尺度地形）强迫在大气扰动的一些经典工作，它们都是由简化的理想情况引出的一些基本物理概念和原理，但这些知识有助于我们科学地去思考和解释那些更具体复杂的现象，文中还着重对地形扰动中的铅直运动作一些定性推论和讨论，因不它对强降水的触发，加强和持续有地接影响，此外还联系到长江流域的一些有关的观测现象和问题.

一类华南锋前暖区暴雨β中尺度系统环境特征的分析研究

对2005年6月一次引发珠江(西江)流域致洪暴雨的环流特征和影响系统,尤其是β中尺度系统的环境场进行了研究。这次暴雨具有明显的多尺度特征,涉及到季风的活动、边界层的影响、地形的动力作用等。得到如下结果:(1)南海季风爆发推迟而后持续影响华南,西风带急流以及副热带高压位置均明显偏南,且副高脊线稳定维持在18°N左右,为6月中下旬暴雨在华南地区持续发生提供了稳定的大尺度环流条件。(2)这是一类华南前汛期锋前暖区暴雨。在该时段,华南地区始终维持一条近于东西向的准静止锋,这在卫星云图上清晰可见。锋生函数的计算结果表明,弱冷空气的作用明显。经向剖面分析揭示出:锋前有明显的上升运动区存在,非常有利于中尺度对流的发生发展。北方的弱冷空气与副高西北的暖湿气流之间存在明显的中低纬度系统的相互作用。(3)低空偏南气流的风速辐合场,在925 hPa层上最明显。表明在这次华南暴雨过程中行星边界层有很重要的作用。不但从中南半岛和南中国海输送了大量水汽至暴雨区,而且其前方的风速强辐合区,对于对流的启动很有帮助。就启动机制而言,该风速辐合区可能与1998年华南暴雨的风向辐合区有一些差异。(4)南岭山脉的喇叭口地形,对偏南暖湿气流有明显的辐合抬升作用,使垂直运动进一步增强,有利于暴雨的发生。华南(尤其是西江流域)的特殊地形是持续性暴雨产生的重要条件之一。(5)中尺度对流雨团是这次致洪暴雨的直接影响系统。至少有4个β中尺度雨团(A、B、C、D)在西江流域发生发展。上述雨团A和雨团D分别出现于桂林和梧州等测站附近。该研究集中对中尺度雨团A、D的环境特征作了分析。低空风速辐合中心反复向暴雨区“冲击”,暴雨区对流有效位能一次次积累、释放,而又重建。在这种环境下,中尺度对流系统与强降雨云团,此起彼伏,频繁发生。加之对流雨团受环境流场影响“追随”洪峰向下游移动,使暴雨和洪水“叠加”或“遭遇”,加重了洪涝灾害的影响。

局地低矮地形对华南暴雨影响的数值试验

为了探讨华南地区常见的局地喇叭口、迎风坡地形对暴雨的影响,选取云开山地到珠三角平原之间的地理范围为研究区域,利用中尺度气象模式进行三组地形试验,研究了一次特大暴雨过程中局地地形对强降雨的影响。结果表明,移去云开山地,原山地迎风坡的雨带北抬,对应雨量增加带,24h增值超过100mm;增加云开山地的高度,则会出现反"C"形雨量增加带;对于南北向的喇叭口地形,越往北降雨增幅越明显。地形试验表明,华南地区数百米的山地可影响到对流层中上层环流变化;通过改变局地地形,在特定区域将造成近地层辐合与上升运动的增强,有时甚至形成垂直方向的正向闭合环流圈,从而引起局地中尺度对流的发展,造成暴雨增幅;地形的改变将促使近地层风场发生改变,对中尺度而言,先发生变化的风场会引起涡度等要素随之改变,最终导致暴雨落区的变化。

台湾岛地形对登陆台风“莫兰蒂”(1614)强对流雨带发展影响的模拟研究

2016年9月14～15日超强台风"莫兰蒂"(1614)登陆厦门后在福建省中北部引发了特大暴雨天气过程,特大暴雨由台风登陆后北侧至东北侧一个缓慢移动的长生命史中尺度强对流螺旋雨带活动造成。利用中尺度数值模式WRF(V3.9)对台风登陆引发福建省中北部特大暴雨过程进行了大区域无嵌套数值模拟,较准确地模拟了台风引发特大暴雨的强度和落区,并成功地再现了台风登陆后北侧至东北侧长生命史中尺度强对流螺旋雨带的发生、发展过程。分析发现,台风大风区外围几个零散的中尺度辐合区在移入台湾地形下游的弱风切变区、正涡度带、湿静力能(假相当位温、比湿)锋区后,组织发展成一个带状的中尺度辐合带而形成强对流螺旋雨带,长时间地维持和发展,并向东北方向缓慢移动。台湾地形在有利于强对流螺旋雨带长时间组织发展和维持的中尺度环境场的形成中扮演着重要角色,即地形效应在其下游形成的正涡度带(正位涡带)、雨带(位于高湿静力能区)南侧低湿静力能带(即湿静力能锋区),对强对流螺旋雨带的长时间发展维持非常重要。地形敏感性试验的结果进一步证实了台湾地形在台风登陆后东北侧长生命史中尺度强对流螺旋雨带形成及维持中的重要作用。

青藏高原东北部区域性大到暴雨的诊断分析及数值模拟

利用NCEP时间间隔为6h的1°×1°的格点资料、常规探测资料和MM5V3.4版非静力中尺度模式对2003年7月29～30日高原东北部的区域性大到暴雨过程进行诊断分析和数值模拟,研究该过程的天气形势、物理量场配置和卫星云图的演变特征及复杂地形的影响。结果表明,南亚高压西部副型是高原东北部大到暴雨天气过程的主要流型,对大到暴雨预报有一定的指示意义。云系的叠置可为高原及邻近地区的暴雨预报提供重要的依据。MM5非静力中尺度模式对高原大到暴雨天气过程有一定的模拟能力,可为高原暴雨的进一步诊断分析提供高分辨率资料。高原大到暴雨过程的水汽初始源地,有直接水汽源和陆地水汽源。暴雨盛期,物理量场配置与平原地区不同。低层辐合和气旋性涡度的加强所产生的强上升运动是造成较大降水的原因,中低层出现θse的Ω型场是一种不稳定的层结,暴雨区出现在暖舌中。高原东北部的特殊河谷地形及叠加在高原大地形上的中尺度地形对冷暖空气的作用对暴雨过程至关重要,地形在其中的作用主要是动力性的。

不同初始涡廓线对涡旋自组织影响的初步研究

用一个带有地形项的准地转正压模式,研究了不同初始涡廓线对涡旋自组织的作用。结果表明:初始涡廓线的不同,不仅可以影响到自组织的过程,而且可以影响到自组织起来的准终态涡的性质。

涡旋自组织的两类可能机制

在准地转模式的框架内实施四组数值试验,研究涡旋自组织的问题,初步提出了涡旋自组织的两类可能机制.中尺度地形的引进可以使分离的涡合并为一个较大尺度的涡旋;中Γ涡与中Β涡相互作用的引进,可以使分离的涡自组织形成一个类似于台风环流的涡旋.