数值模拟青藏高原东北边缘冰雹云形成的中尺度环境——个例研究

运用中尺度数值模式MM5,对2003年7月6~8日甘肃南部发生的一次典型区域性冰雹过程进行了数值模拟,并用模拟资料分析了大中尺度环流背景和局地对流单体群特征的演变。结果表明,模式MM5较好地模拟了这次冰雹天气过程和中尺度系统发生发展的特征;低层偏南暖湿气流和中高层西北气流为本次降雹过程提供了环流背景,地形等局地因素是本次冰雹天气发生的重要条件;对流单体主要在海拔较高的山脊处生成,并向低海拔地区移动传播,传播的速度和方向主要与地形和中高层风速风向有关。     

一次强对流天气过程的诊断分析和数值模拟

利用常规资料和WRF模拟结果分析了2007年4月17日发生在广州白云机场附近的强对流天气过程.结果表明,此次天气过程发生于高低层系统有利配置、南海季风涌活跃和低空急流等低层系统加强使得华南地区具备充足水汽和不稳定条件的环境中.热力作用、地形和锋面的抬升作用促使冰雹和飑线等强对流天气生成和发展.数值模式输出的局地强降水和雷达强度回波等产品对保障航空安全有很好的指示作用.     

复杂地形局地环流的数值模拟研究

采用一个三维中尺度动力学诊断模式,对重庆地区气象场进行了实例模拟,研究了复杂地形和不同下垫面型对流场的动力和热力作用,揭示了中尺度局地环流（山谷风、河陆风）的基本特征和变化规律,模拟结果与实测资料有好的一致性,表明该模式能够成功地模拟复杂地形局地环流。     

乌鲁木齐东南大风的数值研究

一、引言与地形作用有关的乌鲁木齐东南大风,作为局地性大风早已闻名于全国。近30年来,先后有人从动力学和天气学方面做过研究。这些研究主要强调了地形、天气系统、冷暖平流和气压的分布对东南风形成的作用,并给出了几个预报指标。然而由于资料和计算手段的限制,这些研究都是定性的,对东南风的物理过程也尚未得到较合理全面的认识。为了进一步印证和认识以前在动力学、天气学方面对东南风所做的定性研究,并揭示目前尚不清楚的物理过程,本文利用一个一层σ坐标原始方程次天气尺度模式从天气尺度系统,地形动力和加热场作用等方面模拟研究了东南大风的形成及物理成因。     

长江三角洲地区区域气候模式的发展和检验

利用区域气候模式对大尺度天气过程进行模拟, 分析了模式对多种降水过程模拟能力的差别, 对模式中的物理过程、积分步长对模拟结果的影响进行了简单的分析; 并利用模式模拟了长江三角洲地区地面特征改变对气候的影响。模拟结果显示, 长江三角洲地区植被退化、城市化面积扩大等因素会引起比较显著的局地气候变化。     

四川地区一次暴雨过程的观测分析与数值模拟

本文首先利用多种资料,对2010年8月18~19日四川地区一次引发了泥石流次生灾害的暴雨天气过程开展了观测分析,进一步利用中尺度模式WRF对此次降水过程开展了高分辨率数值模拟,并利用模拟资料对暴雨过程进行了初步诊断分析。结果指出:(1)此次暴雨过程具有强降水持续时间短、短时降水强度大、局地性强等特点,在空间和时间上都具有明显中尺度特征;强降水主要发生在汶川—雅安断裂带陡峭地形附近,与地形关系密切;(2)中高纬度“两脊一槽”环流形势及其缓慢变化、副热带高压(简称副高)与高压脊叠加形成“东高西低”形势,为此次暴雨天气过程提供了有利的大尺度条件;西南涡的发展加强及其与副高西侧边缘强风速带的相互作用,增强了川西陡峭地形的抬升效应,促发暴雨发生;而四川盆地中多个中尺度云团的发生、发展与暴雨的发生直接相关;(3)WRF模式较好地模拟再现了此次降水过程,模拟结果初步诊断分析显示,在四川盆地复杂地形及大尺度环流背景发展和演变的影响下,稳定层结盖的进退、低层东南风的加强和减弱以及不稳定能量的累积与释放控制着暴雨过程的发生与结束。     

济南市城市热岛和山谷风环流的模拟研究

基于区域大气模拟系统(RAMS),采用水平网格嵌套等方法,实现了使用同一模式对区域尺度和城市尺度气象场的同步模拟.作者重点模拟和分析了济南地区两种典型的中尺度局地环流--城市热岛环流和山谷风环流.在考虑复杂地形条件和非均匀下垫面型对中尺度天气系统的动力过程和热力过程的影响下,结合考虑长短波辐射、湍流扩散和积云对流等多类重要物理过程,揭示了影响济南地区这两种中尺度局地环流的基本特征及其形成、演变规律.       

梅雨锋暴雨数值模拟中地形的作用

通过WRF模式对2003年7月9日至10日梅雨锋暴雨天气过程在有、无地形情况下数值模拟的结果的分析,探讨了地形对梅雨锋暴雨的影响。研究表明:在有地形的模拟中,模拟的结果较好地再现了梅雨锋降水过程、主要影响系统和梅雨锋的结构;而无地形的模拟中,模拟的雨带偏南,强降水范围偏大,降水系统偏南。地形对梅雨锋暴雨的作用是由于地形减弱了北方冷空气的强度。     

近海区域地面风场日变化的数值模似

本文用修改的一层σ坐标中尺度模式,模拟了我国部分沿海地区地面风场及其日变化,讨论了复杂地形和非绝热强迫效应对局地天气的影响。     

中尺度数值模式中初始场和地形的不同处理对降水预报的影响及相对比较

与天气尺度系统相比,中尺度天气系统的风场较重要,散度场和降水量有很好的相关性。那么在中尺度模式的初始资料处理中是否能延用天气尺度模式的处理方法,如风场的无辐散处理等。另一方面,中尺度系统中强迫过程如地形的作用也很重要。这两方面分别有过不少研究,但对某一地区,特别是地形复杂的地方,弄清中尺度数值模拟是对初始场还是对地形处理敏感,将有助于中尺度模式的研究改进和地形作用的探讨。     

一次局地强降水的主要物理过程和特征分析

分析了１９９４年８月１日出现在青州市西南山区的一次局地强降水过程。研究了地形、大尺度天气背景以及中－β尺度系统对局地强降水的作用以及暴雨云团的一些特征，对山区局地大暴雨的预报有一定的参考价值。     

北京地区一次局地强降水过程的数值分析

应用网格距为3 km的中尺度模式MM5v3及3DVAR同化系统,对2006年6月27日夜间发生在北京地区的一次局地强对流天气过程进行了模拟分析.结果表明,模式能够较好地模拟出本次城区西部的局地强降水过程,反映出降水事件的局地性、突发性和短历时特征.分析还表明,直接造成本次暴雨过程的是两个局地生成的中尺度对流系统,地面中尺度辐合线是降水的主要触发机制之一.北京周边陡峭地形的存在,导致山前偏南、偏东气流在迎风坡强烈爬升,并与北面、西面来的过山气流共同作用在山前形成垂直方向次级环流,是强降水维持的主要物理机制.此外,不断发展的城市下垫面亦会对降水过程产生影响.     

不同分辨率西南区域模式对冕宁“6.26”突发性暴雨过程的模拟

针对冕宁“6.26”突发性暴雨过程,对比分析了不同水平分辨率的西南区域业务模式对此次山区突发性强降水的预报效果,结果表明:复杂下垫面区域突发性强降水的落区和强度对模式分辨率均较为敏感;模式分辨率的提高可以更加精细地刻画复杂地形,使之更接近真实地形状况,进而得到更加精准的局地热力和动力状况,因此能更好地模拟中小尺度天气系统;提高模式分辨率对预报结果的改进具体表现为雨带特征更加清晰、强降水中心增多且更加细化,以及降水强度明显增大。      

北京地区干湿雷暴数值试验对比研究

使用多种常规、非常规观测资料,结合WRF模式云尺度数值模拟和敏感性试验,对2007年8月6日和2008年8月23日发生在北京地区的两次强雷暴天气过程进行观测和数值模拟对比研究,前一过程为孤立单体雷暴造成的局地强降水过程,后一过程为干雷暴天气过程。结果表明：1）前一过程是由高层中α尺度低槽携带分裂南下的弱冷空气与副高西侧...     

新疆冰雹天气过程的基本特征

通过对新疆39a冰雹天气资料的普查，得到76次系统性冰雹天气过程和1279次局地冰雹天气过程，局地冰雹天气的发生远远多于系统性雹天气。冰雹天气过程与地形密切相关，主要发生在山区，冰雹天气以1天为主，多发生于夏季，系统性冰雹天气均由中尺度高压造成。     

2014年初冬湖北省一次大雾成因分析和数值模拟

利用湖北省高速公路交通气象站观测数据及NCEP的1°×1°格点再分析资料,分析了2014年1月29—30日发生在湖北省内的大雾天气过程的气象要素变化特征及大雾形成机理,并利用优化参数化方案的数值模式对本次大雾过程进行了模拟。结果表明,大雾过程能见度基本与相对湿度变化趋势相反,气温与能见度变化趋势基本一致,风速都较之前有所下降。本次大雾是暖平流影响后,经夜间辐射冷却降温后形成,属平流辐射雾。利用WRF模式对本次大雾过程的模拟结果表明,除对海拔较高、受局地地形影响较大区域的模拟效果不理想外,模拟的大雾范围、强度、生消时间等与实况基本相符,可为以后大雾预报提供一定的参考。     

特殊地形对鄂东北一次局地强降水过程的作用机制分析

基于FNL1°×1°再分析资料和来自国家气象信息中心的区域自动站与CMORPH小时降水融合产品,通过高分辨率的WRF数值模拟,本文重点分析了2015年7月22-24日期间在西南涡东移过程中,受长江中下游特殊地形影响,在鄂东北江汉平原河谷地区诱发生成的一次短时局地强降水天气过程,围绕特殊地形对局地降水增幅的作用机制展开一系列的深入研究,研究结果表明:此次局地强降水过程是在长江中下游特殊的中尺度地形影响下,配合东移西南涡前部偏南暖湿气流的输送,两者共同作用而诱发产生,此次局地降水过程持续时间短,降水增幅显著。之后,通过研究单一地形对局地降水的影响发现,大别山脉作为单一地形的作用效果为提升局地降水增幅,扩大强降水范围;幕阜山脉作为单一地形的作用效果为削弱降水增幅,缩小强降水范围。进一步深入分析上述单一地形影响降水变化的作用机制得出,大别山脉的地形作用有利于局地强降水区附近对流层低层的层结对流不稳定性增强,以及降水区近地面层冷池的维持和增强,有利于提升局地降水的增幅。而与大别山脉对局地降水作用效果不同,就幕阜山脉单一地形而言,地形对偏南暖湿气流的阻挡作用,削弱了局地强降水期间进入降水区的水汽通量,继而对局地降水的增幅有抑制作用。此外通过研究组合地形对局地降水的影响时发现,大别山脉、幕阜山脉、皖南山地,以及幕阜山脉和皖南山地之间的狭窄河谷地形共同构成的类似"喇叭口"地形,其产生的狭管效应,使进入地形区内的偏南气流辐合加强,而幕阜山脉和大别山脉之间的河谷地区,作为偏南气流从幕阜山脉东侧绕流进入江汉平原的重要通道,有效保证了强降水区域内充足的正涡度平流输送,上述有利的地形组合配置对于局地降水发展增强起到了至关重要的作用。     

武汉地区连续两次严重雾霾天气成因分析

利用环境污染物监测资料、气象实况资料、NCEP再分析资料、MODIS火点监测和气溶胶光学厚度资料以及轨迹模拟模式等,对2012年6月11-12日(过程Ⅰ)和15日(过程Ⅱ)武汉地区连续两次严重雾霾天气的成因进行详细分析。结果表明,此次过程主要为地面秸秆燃烧形成的污染物随700hPa以下的水平气流进入武汉地区,在局地水汽增加、近地层维续上升、下沉运动联合配置,以及低层逆温和盆地地形共同作用形成雾霾天气。水平流场转变、气流抬升增强、相对湿度减小、下沉气流触地、逆温层顶下降均有利于能见度逐渐转好。过程Ⅰ和过程Ⅱ的不同在于过程Ⅰ结束后污染物没有完全沉积,局地污染物吸湿造成过程Ⅱ提前开始。     

采用次网格地形方案对白鹤滩水电站坝区一次大风天气的数值模拟

基于中尺度气象模式,采用次网格地形方案模拟了2019年3月19~20日四川、云南交界处白鹤滩水电站的一次大风过程,对10 m风速、风向和2 m温度空间分布及日变化的模拟结果进行检验评估,并结合地形分析了坝区易产生大风的原因。结果表明:此次西南大风天气是由高低空一致的西南气流配合地面“东高西低”的环流形势共同造成的。午后热低压发展强盛,地面风速增大,坝区出现8级大风。采用次网格地形方案后,风速的平均绝对误差和均方根误差最高可分别减小17%和14%,同时该方案有效地缓解了模式对白天风速的低估和夜间风速的高估,在大风和小风时段均对风速有较好的模拟能力,从而能更好地刻画风速的日变化特征。综合来看,次网格地形方案能显著改善风场的模拟效果,其中Jiménez方案更适用于坝区大风的模拟,但次网格地形方案对温度模拟没有改善作用。白鹤滩水电站的大风受局地地形影响极大,南北向狭长河谷地形产生的狭管效应使气流增速显著,坝区主体高度区河谷风的放大系数超过3.0,使得白鹤滩水电站极易出现灾害性大风天气。      

局地地形、地表特征对上海暴雨过程影响的研究

作者在对2001年8月5~6日上海地区一场特大暴雨的诊断分析与数值模拟研究中确知,停滞在上海的热带低压及在其内发生、发展起来的中尺度对流云团是造成此次暴雨的直接天气系统。暴雨过程中,非常规观测资料及高分辨率暴雨数值模拟结果的分析对于揭示热带低压内暴雨中尺度系统的结构及发展演变的时空连续性具有重要作用。但同时也意识到,对于造成暴雨的各尺度系统的发生、发展,特别是造成局地突发性强降水的暴雨中尺度系统,某些物理过程的影响是不可忽视的。这些物理过程或独立影响着暴雨中尺度系统的发展,或相互作用、相互制约,共同影响着暴雨中尺度系统的发展。为此,作者在此次暴雨过程较成功的数值模拟研究基础上,对上海附近山脉地形及上海地区地表状况等可能影响暴雨中尺度系统发展的物理过程进行了模拟试验研究,结果表明,上海及其周边地区局地山脉地形和上海地区的地表分布特征虽不是造成此次局地突发性强暴雨的直接原因,但明显影响着暴雨系统的移动、停滞、发展和加强。上海以西的莫干山、天目山在热带低压东移过程中对于气流具有一定阻挡作用,有利于暖湿气流的聚集及热带低压移速的减慢。但若山脉过高且热带低压移至非平原地带,则来自西南的暖湿气流会受阻而汇集在莫干山至杭州湾一带,这样在相对强的偏西气流作用下,热带低压的移向就会出现变化。另外,上海局地地表城市化特征的加强使得城市近地层空气的暖干特性效应和城区上风方风速辐合,并由此引起暴雨系统内中尺度动力、热力特征出现变化,这值得在局地暴雨强度预报中加以关注。局地城市地表特征是城市暴雨灾害不容忽视的影响因素。