山东半岛辐合线的数值模拟

运用σ坐标系下一层二维中尺度原始方程模式对山东半岛地面中尺度辐合线、辐合区进行数值模拟。对1991年9月16日的个例分别进行了理想初始场－－静止大气、强加热场和弱加热场的数值模拟，结果表明，在大尺度天气形势少变时，中尺度辐合线模拟效果较好。     

淮北地区一次弱天气尺度强迫背景下MCS过程分析与模拟

利用多源观测资料和WRF中尺度数值模式对2016年8月7日淮北地区一次中尺度对流系统（Mesoscale Convective Systerm，MCS）过程进行诊断分析和模拟。结果表明，本次MCS过程发生在弱天气尺度强迫背景场下，系统性上升运动较弱，对流层低层存在较弱的源自西北太平洋的偏东风转东南风的水汽输送作用；MCS移动和形态变化与地面辐合线演变特征较为一致，地面流场的演变与降水强度之间有着密切的联系；WRF模式较好地模拟出本次降水的分布特征以及MCS演变过程中对流活动和地面辐合线相互作用的特征。模拟结果表明，本次过程中MCS在逐渐南移过程中完成了对流单体的更替，地面辐合线在此过程中发挥重要作用，并且处于不同发展阶段的对流单体环境场的对流不稳定度的垂直分布存在明显差异。     

1989.07.21大暴雨的诊断分析与数值试验

对1989年7月20—21日内蒙古中西部的大暴雨,进行了诊断分析和数值试验。分析表明,南亚高压东北移在该地区对流层上部形成强辐散流场;西来短波槽诱发切变线北抬,使暖湿空气与干冷空气在该区上空交绥,扰动不稳定发展;暴雨落区与辐合线关系密切。数值试验表明,地形的动力作用和热力作用,是产生地面辐合的主要原因之一。     

贵州南部山区一次大暴雨的数值模拟

利用WRF模式,对2008年5月27日夜间贵州南部山区大暴雨天气进行了数值模拟。复杂地形条件下,数值模拟有一定难度。本次数值模拟能够反映此次大暴雨的降水区域、降水特征和降水强度。在此基础上,利用高分辨率的数值结果,对该暴雨过程的中尺度气旋及地形对降水的作用进行了分析,结果表明：中β尺度气旋是造成此次局地暴雨的直接系统;气旋在结构上表现出中低层强烈的辐合和正涡度柱的耦合,出现了伸展到对流层顶的深厚强上升运动;造成大暴雨的辐合线生成在贵州西部地形梯度较大地方,辐合线上发展起来的中尺度气旋在850 hPa和地面上表现为生成在一个开口向南的喇叭口地形上,由于喇叭口地形对气流的辐合和抬升作用,水汽辐合和上升运动在该地达到最强,无疑对降水的落区和强度有重要影响。     

北雁荡山地形对2020年“黑格比”台风暴雨影响的数值模拟

2020年第4号台风“黑格比”在浙南登陆后过境北雁荡山期间在山区引发了特大暴雨。基于中尺度数值模式WRFV4.0.2对台风进行高分辨率数值模拟，分析北雁荡山地形对此次台风暴雨的作用，并设置了升降地形敏感性试验。结果表明：数值试验较好地模拟了台风移动及特大暴雨的落区和强度，台风大风区明显不对称分布，台风登陆后第一、四象限过境山区，其东侧强偏南气流向山区输送了充足水汽。台风登陆前山区低空存在一条由台风内核拖曳出的狭长螺旋辐合带，水汽通量辐合与风场辐合相一致。台风眼墙过境时沿着降水中心的迎风坡有强烈上升运动，动力条件极好，水汽输送带由近地面向对流层低层延展，山区有零星对流单体触发加强。台风后部环流影响时在高海拔山区风速减弱、绕流激发了中尺度低涡，强降水中心迎风坡上出现持续性、停滞不动的强正涡度中心，是特大暴雨发生的主要原因。地形敏感性试验中无地形时降水减幅40%～50%，地形高度翻倍降水增幅超过60%。     

九岭山地形对弓形飑线形成影响的模拟分析

基于GSI-3DVar同化系统,将多部多普勒雷达径向风和反射率资料同化进入初始场,利用WRF-ARW模式对2016年4月16日发生在江西省西北部的一次飑线天气进行数值模拟,以分析九岭山地形对飑线形状演变的影响及其原因。结果表明：1） 真实地形下的试验基本再现了飑线在经过九岭山东移下山过程中由直线形演变成弓形的情景,而将地形高度减半后飑线未能由直线形演变成弓形,地形直接影响了飑线形状的演变。2） 九岭山地形影响飑线系统的近地面冷池和后侧入流急流的强度,其中九岭山地形存在时,气流下山增强,飑线后侧对流层低层形成强后侧入流急流,且形成近地面冷池,有利于飑线由直线形演变成弓形。若九岭山地形不存在时,后侧入流急流明显减弱,近地面冷池强度也有所减弱,飑线未能由直线形演变成弓形。     

太行山地形对一次河北暴雨过程影响的数值研究

应用MM5模式对2000年7月5日河北省中南部的暴雨个例进行数值模拟及诊断分析,探讨了太行山脉对于河北省暴雨的影响.结果表明:降水分布在太行山东部迎风坡上,且强降水中心与喇叭口地形相对应,地形雨特征明显.在高分辨率模式模拟中,地形资料越精细,对迎风坡地形暴雨特征模拟能力越好.本次个例中低层东风越大,造成的迎风坡降水越强.近地面层受地形影响,气流表现为局地环流特征,随山脉的起伏,各物理场均有波动的特征.     

太行山东麓地面辐合线特征分析

由于太行山地形的影响,在河北中南部,地面存在着几乎定常的风向辐合,局地对流天气往往发生在地面辐合线附近。利用2007和2008年5—9月地面加密风场资料,分析了河北省中南部地面辐合线的逐时演变特征以及与局地对流降水的关系。结果表明,地面辐合线傍晚时分在保定西南部生成以后,沿太行山逐渐扩展,自西向东缓慢推移,强度逐渐加强,早晨前后形成近乎闭合的气旋式环流。依据逐次过程最强降水时次的风场,将地面辐合线分为7类;单纯由地形引发的地面辐合线一般不产生降水,即使造成降水,量级也比较小,也就是说,一般地形导致的辐合不会直接触发对流,只有在有利的天气系统配合下,才会产生较为剧烈的对流天气。通过对2008年7月下旬连续冷涡天气个例逐日的地面辐合线分析表明,无论何种类型的辐合线,对流天气首先出现在辐合线附近;在大尺度的环流背景下,利用逐时风场、温度场的发展演变,可以定性判断对流天气出现的时间、落区,以及强度等。     

郑州“7·20”极端降水地形影响数值试验

针对2021年7月20日发生于河南省郑州市的极端暴雨事件，利用数值模式对此次暴雨过程中的地形影响问题进行了数值试验分析。结果发现， CMA-MESO（GRAPES-MESO 3 km）模式能够较好地模拟此次极端降水过程。地形对降水具有显著影响，地形高度降低时，降水中心强度减弱，位置偏北；地形高度增加时，降水中心强度增加，位置偏南。其主要影响机制为：①太行山与郑州市西侧山体抬升作用使郑州市西部出现较强的上升运动中心；太行山南端阻挡作用使东南暖湿气流北支一部分气流向西偏转，与越过伏牛山的偏南气流及东南气流南支汇合，使郑州市上空维持大尺度水汽辐合，进而产生极端暴雨。②当地形高度增加时，东南气流北支的部分气流遇太行山阻挡转为偏东北气流，气流辐合区强度增强，郑州市上空水汽含量明显增加；而东南气流南支受伏牛山阻挡抬升作用影响在郑州市西南侧也产生了强上升气流，在郑州市西北侧与西南侧形成两个强降水中心。     

太行山和山东半岛地形对冷流暴雪的影响分析

用WRF模式模拟了2005 年12 月6-7 日山东半岛一次冷流暴雪过程,通过降低太行山地形高度至10 m和抬升山东半岛地形高度至500 m的敏感性数值试验,分别分析了上游太行山和本地山东半岛地形对山东半岛冷流降雪的影响。结果表明：太行山对山东半岛冷流降雪的强度起到了加强的作用,降低太行山地形高度的敏感性试验在山东半岛北部10 m风场辐合强度较同时次控制性试验明显减弱,减弱的区域主要在山东半岛北部地区,其他区域变化不明显;同时敏感试验的流场在山东半岛的辐合也有所减弱,流线密度要疏散些。850 hPa西北风越过太行山后在背风面产生波动,波动中的气旋性小涡旋移至山东半岛后,加强了山东半岛本地的辐合强度。抬升山东半岛的地形高度后,地形的抬升辐合作用增强,故冷流降雪的强度也得到增强。     

The Ocean Circulation of Chatham Sound,British Columbia,Canada: Results From Numerical Modelling Studies Using Historical Datasets

Chatham Sound, a semi-enclosed inland sea located off northern British Columbia, is an important waterway due to many proposed industrial activities related to the Port of Prince Rupert, along with its high levels of marine productivity. The oceanographic forcing in Chatham Sound is complex due to a combination of large tides, seasonally strong winds, and large freshwater discharges. Although much oceanographic data have been collected over the past six decades, past studies of the oceanographic regime of the full Chatham Sound area have been very limited. Using these extensive forcing datasets, high-resolution three-dimensional numerical modelling using the Coastal Circulation model for Sediment transport was conducted to investigate the tidal and wind-driven currents in the stratified waters of Chatham Sound. The numerical study shows the progression of the river-dominated lower salinity near-surface waters being advected northward, especially on the eastern side of Chatham Sound, with more saline waters on the western side of the Sound, especially in areas of exchanges with the waters of Hecate Strait through side channels. These surface circulation results are in good agreement with the large-scale representation of the outer diffuse Skeena River plume as seen in high-resolution Landsat satellite imagery. The model was operated over a representative year with four seasonal model runs. Southern Chatham Sound was found to be dominated by large tidal currents. Seasonal variations of residual flow were also investigated. Significant correlation between non-tidal current speeds and Skeena River discharges was found in the Skeena River delta area and through narrow tidal channels in southern Chatham Sound. In other offshore areas, non-tidal currents were found to be constrained near the surface and driven mainly by winds.     

太行山对北京“7.21”特大暴雨的影响及水汽敏感性分析的数值研究

运用GRAPES_Meso模式对2012年7月21—22日发生在北京地区附近的特大暴雨过程进行数值模拟和地形、水汽的敏感性试验。地形敏感性试验发现,在这次特大暴雨过程中,由于太行山北端的阻挡作用,使得气流和水汽辐合、抬升,加强了对流过程;对流层低层山前东南风和西南风、北风的辐合带增大了气旋性涡度,使东移到北京的低涡稳定维持5 h左右,对降水有明显的增幅作用;而且地形起伏和地形海拔高度对降水都有明显增幅作用,地形起伏的增幅作用较地形高度的大。水汽敏感性试验发现在这次特大暴雨过程中,水汽条件较小的变化,会导致水汽输送的明显差异,从而导致降水量显著地改变。     

Development of a hurricane boundary-layer wind model

Summary Hurricanes cause a variety of damage due to high winds, heavy rains, and storm surges. This study focuses on hurricanes’ high winds. The most devastating effects of sustained high winds occur in the first few hours of landfall. During the short period, hurricanes’ rainfall often increases, while the low-level pressure gradients continue to weaken. Latent heating does not appear to strengthen the surface winds. The indicator is that dry mechanisms such as the boundary layer processes and terrain are responsible for the damaging winds in the coastal areas. In this study, the design of a dry hurricane boundary layer wind model is described. The goal is to develop a forecast tool with near-real time applications in expeditious wind damage assessment and disaster mitigation during a hurricane landfall event. Different surface roughness lengths and topographic features ranging from flat land to the mountainous terrain of Taiwan were used in the model simulation experiments to reveal how the coastal environment affected the hurricane surface winds. The model performed quite well in all cases. The experiments suggested that the downward transfer of high momentum aloft played a significant role in the maintenance of high wind speeds at the surface. The surface wind maximums were observed on the lee sides of high terrain. The surface streamline analyses showed that the high mountains tended to block the relatively weak flow and caused small eddies, while they forced the stronger flow to turn around the mountains. Due to great difficulty in data collection, the hurricane boundary layer over land remains one of the least understood parts of the system. The dry model proves to be an effective way to study many aspects of hurricane boundary layer winds over a wide range of terrain features and landfall sites. The model runs efficiently and can be run on a medium-size personal computer. Received March 16, 2001 Revised September 10, 2001     

台湾海峡海陆风数值模式与数值模拟试验

研制了一个包括水平及垂直扩散、牛顿冷却的二维46层非弹性运动方程组的台湾海峡海陆风数值模式,并用此模式来模拟及研究台湾海峡两岸海陆风的生成与变化特征.模式中考虑了太阳辐射、长波辐射及其日变化、地表向大气的感热与潜热输送以及向土壤层的热传导等.数值计算中采用了分解算法及隐式时间差分方案.用此模式得出的模拟结果与闽东南及台湾海陆风的观测事实比较吻合,表明了此模式能够较好地描述海峡两岸的海陆风变化规律.     

THE CHARACTERISTICS OF HIGH WIND DISTRIBUTION IN CHINA''S COASTAL REGION AND THEIR CAUSES

This work investigates the distribution of high winds above Beaufort scale 6 in the offshore zones of China using high-resolution satellite measurements.A numerical experiment is carried out in order to find out the effects of Taiwan Island on the formation of strong winds.The analysis indicates that the distribution of high wind occurrence is similar to that of the average wind velocity in winter.High winds tend to be anchored in special topographical regions,such as the Taiwan Strait,the Bashi Channel and the southeast coast of Vietnam.High winds occur much more frequently over the warmer than the colder flank of Kuroshio front as it meanders from Taiwan to Japan.The frequency of high winds decreases drastically in spring.The Taiwan Strait maintains the largest high wind occurrence.Besides,high winds remain frequent in the Bashi Channel,the southeast tip of Taiwan Island and the warmer flank of Kuroshio front.In summer,high winds generally occur infrequently except over a broad region off the southeast coast of Vietnam near 10°N and the frequency there decreases from southwest to northeast.High winds around Taiwan Island present near axisymmetric distribution with larger frequency along southeast-northwest direction and smaller frequency along southwest-northeast direction.The dominant direction of high winds exhibits a counterclockwise circulation surrounding the island.The frequency of high winds increases rapidly in autumn and almost repeats the distribution that appears in winter.The simulation results suggest that the effects of Taiwan Island topography on high winds vary with seasons.In winter,topography is the major cause of high winds in the surrounding oceanic zones.High winds in both Taiwan Strait and the southeast corner of the island disappear and the frequency decreases gradually from south to north when the terrain is removed.However,in summer,high wind frequency derived from two simulations with and without terrain is almost identical.We attribute this phenomenon to the factors which are responsible for the formation of high winds.     

台湾岛地形对“麦德姆”台风的影响

采用WRF模式,以2014年10号台风"麦德姆"为例,针对台湾岛中央山脉的局部地形,设计精细化地形试验,数值模拟了"麦德姆"台风登陆台湾岛前后地形对其路径、强度及风雨分布的影响。研究结果表明:真实的地形能更好的模拟和再现"麦德姆"台风发生发展的过程;台湾岛中央山脉地形对登岛"麦德姆"台风的路径有实质性的影响,降低台湾地形高度试验导致台风路径向西南偏转,而提高台湾岛地形高度则导致台风路径向东北偏转,地形高度改变的程度与路径偏转程度成正相关,地形高度改变所导致阻挡效应及台风环流与大尺度环流的相互作用是导致路径偏转的主要原因;台湾岛地形高度的改变对台风强度有明显的影响,增加或减少台湾岛地形高度,都会使台风强度有所减弱,这与地形变化引起的动力狭管效应、云水物质分布及外围云带的对流运动有关;台湾岛地形影响"麦德姆"台风降水的机制更为复杂,其不仅与地形引发的台风强度及结构变化有关,更与地形引起的眼区对流活动和螺旋云带及外围云系的时空分布有关。     

一次东海气旋爆发性发展数值模拟

在2006年6月1日发生在东海的爆发性气旋的天气学分析基础上,进行数值模拟,以进一步认识其爆发性发展的物理机制。结果表明:这次东海气旋的地面系统来自台湾岛附近的海上倒槽,在浙北沿海遇到高空比较深厚的低槽,大尺度高空槽通过槽前正涡度输送和槽前后冷暖平流对斜压不稳定的加强作用为气旋发展和维持提供有利的环境。同时,高空急流也通过其出口区的辐散和暖平流为气旋发展和维持提供有利的环境。中低层在舟山海域的强涡度平流的抬升作用产生降水,并通过水汽凝结引起潜热释放,进一步造成地面气旋系统的发展,此时气旋和降水形成正反馈机制。潜热释放被高空槽前斜压不稳定和急流出口区右侧辐散共同引起的上升运动激发后,对气旋的发展起着重要作用。     

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。     

豫西地形对一次强降水过程的影响分析

利用中尺度模式WRF 3.3.1模拟了2007年7月29日豫西山区强对流天气过程,并进行了地形高度敏感性试验。结果表明：模式能够很好地再现此次强对流降水过程,模拟降水范围与强降雨中心均与实况较一致。分析对比控制试验和地形敏感性试验结果可知,地形的改变能够在水平和垂直方向上影响环流形势,进而影响降水的落区和中心量级。地形升高和迎风坡梯度增大使近地面层水平风场辐合增强,中层上升运动明显增大,且低层的水汽通量增大,导致雨带横向范围和降水中心量级明显增大;而地形降低和迎风坡梯度减小使山脉对近地面层气流的阻挡作用明显减弱,低层水汽通量显著降低,中层辐合抬升运动明显减弱,迎风坡前强降水中心减弱甚至消失,而山脉下游降水则有所增强。分析地形高度与山前降水的定量关系可知,降水中心量级随着地形升高或降低相应地增大或减小,但二者并非完全的线性正相关。     

低层偏南气流对一次暴雨过程的动力作用分析和数值模拟

利用常规观测资料和NCEP再分析资料,对2010年7月22-25日四川盆地西部出现的一次暴雨过程进行了诊断分析.结果表明:暴雨出现在对流层低层南海至四川盆地一直维持偏南气流的环流背景下,暴雨与这支偏南气流的风速演变密切相关,降雨强度随南风气流的增强而增强,南风气流增强所形成的风速辐合及正涡度平流是暴雨的主要动力触发因子,暴雨与低层辐合和正涡度平流区域有很好的对应关系.WRF数值模拟试验进一步表明:850 hPa层3h风速演变对中尺度对流系统的发展具有很好的指示意义,在3h风速增大区域的下风方,未来3h对流云团将迅速发展;盆地西部形成的气流辐合与其西侧的高原地形密切相关.