An Observational and Numerical Study on the Topographic Influence on Dust Transport in East Asia

Based on observations and numerical simulations, the topographic impacts on dust transport in East Asia were studied. Two regions frequently attacked by dust storms have been confirmed： one is the western part of Inner Mongolia and the southern Mongolia （namely the Mongolia Plateau）, and the other is the Tarim Basin. The most frequent dust storm occurrence area within the first region appears in its hinterland while that of the second one lies in its southern boundary. Moreover, the region from the northeastern edge of the Tibetan Plateau （TP） to the Loess Plateau is attacked by dust storms second frequently. The dust storms frequently occurring over the Mongolia Plateau axe related not only to the abundant sand and dust sources, but also to the special topographic conditions of East Asia. The most significant factor that influences the dust storms forming in the hinterland of the Mongolia Plateau is the canyon low level jet （CLLJ）, which dominates around the southern areas of the Altay-Sayan Mountains with an east-west direction in the beginning of its formation, and is accompanied by significantly enhanced surface wind afterwards. Due to the obstructive effects of the CLLJ, a lot of dust particles carried by the southward down-slope cold air mass would pile up over the southern slope of the Sayan Mountains. Meanwhile, uneven surface conditions are favorable for the dust particles to go up into the upper atmosphere. With the dust particles piling up continuously, a dust layer is formed in the troposphere and can be recognized as a ＇!dust accumulating container＂, which provides abundant dust particles to be transported later to the downstream areas. Additionally, the topographic features of East Asia also exert a great influence on dust transport. Generally, the easterly CLLJ enhances the easterly dust transport. The down-slope air current over the southern Sayan Mountains and the air flow surrounding the TP near its northeastern edge enhance the southward dust transport. Lastly, weather system influences are also examined. The weathers associated with cold fronts frequently appear over the areas of Mongolia and North China in springtime. The cold front system, in general, carries the sand and dust southwards. Among all topographic influencing elements, the rounding effect of the TP is the strongest. Under the combined influences of the cold front and the rounding effect of topography, most sand and dust particles are transported and then deposited over the Loess Plateau.     

“07.7”淮河流域梅雨锋暴雨的地形敏感性试验

利用WRFV2.2中尺度数值模式, 对2007年7月8~9日发生在淮河流域的梅雨锋暴雨进行了模拟及相关的地形敏感性试验。结合这次暴雨过程特征, 详细分析了大别山地区地形及皖东南地区地形分别对安徽北部、 湖北北部和河南东南角、 江苏中部降水的影响。结果表明： 在这次降水过程中, 如果没有大别山地区的地形, 安徽北部一带的700 hPa天气系统的发展或移动速度更快, 相关区域降水将加大, 地形在鄂豫地区产生的切变消失, 相应的降水消失, 且地形切变与气流切变叠加时降水更大, 在一定的系统配置条件下, 大别山地区的地形可以影响江苏地区降水的发生\, 发展; 如果没有皖东南地区的地形, 安徽北部系统略有发展, 大别山地区的地形切变作用减弱, 江苏中部的降水大范围减小。     

东南风气流对夏季北京局地暴雨的影响

利用北京地区风廓线雷达和地面自动气象站观测资料,分析局地暴雨过程中的东南风,普查2006年8次局地暴雨过程中风廓线雷达探测的东南风,并详细分析2次典型局地暴雨过程的风廓线资料。结果表明：降水前和降水过程中东南风的大小、厚度与雨量存在相关关系;降水前东南风指数IE的大小和波动加强对局地暴雨的临近预报有一定的指示意义。初步从理论上解释了东南风对北京局地暴雨强度的影响：东南风加强并上传,导致了上升速度和水汽输送的层次快速增加,对暴雨的触发和加强都有一定作用。由于北京特殊的地形,东南风的存在使得局地暴雨容易在山前地区产生。     

一次暴雪过程地形方案的敏感性试验研究

利用WRF模式中提供的包络地形、轮廓地形和平均地形方案对2005年12月20-21日的山东暴雪过程进行数值模拟.结果表明:地形方案与降雪的时空分布有很大的相关性,地形越接近实际地形,降雪的时空分布越接近实况;降雪过程中有明显的中尺度重力波活动,降雪的峰值滞后于重力波的波峰;重力波受地形影响很大,地形越不平滑,重力波的强度越强、移速越慢;当重力波的强度较强时,降雪峰值滞后于波峰的时间差也较长.     

滇中雨季早晚对前期热带环流异常的响应

使用云南省中部玉溪站1971—2007年逐年雨季开始期资料和同期1—5月NCEP/NCAR再分析月平均气压场、高度场及风场资料,用相关分析、诊断分析和EOF等方法研究了滇中雨季开始期对冬、春季热带环流异常变化的响应关系,并利用太平洋东部副热带高压及大西洋亚速尔高压的平均气压与印尼和孟加拉湾地区的平均气压之差,定义了滇中雨季预测指数(MYRSPI)。结果表明：滇中雨季开始期对前期热带环流的异常变化会产生较强响应,当冬、春季热带高度场异常升高(降低)和MYRSPI为负(正)距平时,初夏500 hPa西太平洋副热带高压偏强(偏弱)、偏西(偏东),滇中雨季偏晚(偏早)。统计表明,MYRSPI对滇中雨季早晚有较强的预测能力,可在实际业务中运用。     

GRAPES中地形重力波拖曳物理过程的引进和应用试验

在中国新一代全球中期/区域中尺度同化与预报系统(GRAPES)模式中引进了ECMWF地形重力波拖曳物理过程,填补了GRAPES全球中期数值预报系统中物理过程的空白。重新计算了地形重力波过程需要的地形静态资料数据,并与原ECMWF模式的地形静态参数进行了对比分析,验证了模式地形参数的正确性。利用GRAPES模式,进行了地形重力波拖曳物理过程影响的敏感性数值试验;结果表明:引进地形重力波拖曳过程以后,在存在大地形的区域,风场会发生变化,当纬向风遇到青藏高原时,一部分气流会产生爬坡效应而越过高原,使高原上空的西风气流减弱;另一部分气流会绕过高原,在高原的南侧产生绕流;随着模式积分时间的延长,风场变化会越来越明显,地形越复杂,风场的变化也越复杂;连续的模式积分试验结果显示,引进地形重力波过程,可以延长GRAPES模式的可用预报时效,提高了全球形势预报的准确率。通过对一次降水过程的模拟,对地形重力波过程影响降水预报的原因进行了简单分析。结果显示:引进地形重力波拖曳过程后,改变了大气流场的分布,使预报的流场更接近于大气真实状态,从而提高了降水预报的准确率。     

高原涡诱生西南涡特大暴雨成因的个例研究

利用多途径探测与再分析资料,通过诊断分析、数值模拟和敏感性试验,对2008年7月20～21日一次高原涡东移诱生西南涡并引发川中特大暴雨的天气过程进行了初步分析,探讨了西南涡特大暴雨发生的中尺度环境场特征,特殊地形和非绝热物理过程在高原涡东移诱生西南涡特大暴雨中的作用。结果表明,高原涡形成后沿高原东北侧下滑,在四川盆地诱生出西南涡,川中特大暴雨在西南涡形成过程中由强中尺度对流系统(MCSs)的活动造成。高原涡东移诱生的低层偏东气流在川西高原东侧地形的动力强迫抬升作用下,释放对流有效位能激发出MCSs产生强降水,降水凝结潜热加热反馈驱动西南涡快速发展。地形的动力作用仅能形成浅薄的西南涡,降水凝结潜热的加入才能使西南涡充分发展。高原涡的发展主要受地面热通量影响,它的发展与否在很大程度上决定西南涡能否形成。盆地周边高大山脉对西南涡的位置分别有不同程度的影响,而盆地周边高大山脉上叠加的中小尺度地形对西南涡和暴雨带的整体位置影响不大,在一定程度上影响暴雨的落区。     

WRF模式对山谷城市边界层模拟能力的检验及地面气象特征分析

利用先进的WRF中尺度模式中3种边界层参数化方案(YSU、MYJ和ACM2),模拟了2005年1月25~28日兰州市冬季地面温度和风速的变化,并与同期系留探空和自动气象站的实测资料进行了对比分析。结果表明:对兰州冬季大气边界层地面温度日变化的模拟,局地闭合的MYJ方案优于非局地闭合的YSU和ACM2方案;3种方案模拟的夜间位温廓线较好,白天的较差;在边界层低层,考虑局地和非局地闭合的ACM2方案模拟的位温廓线与观测值比较一致;在边界层上部,局地闭合的MYJ方案则更适合于描述大气湍流对位温垂直分布的影响;3种边界层参数化方案模拟的兰州地区冬季温度场空间分布特征相似,但MYJ方案模拟的夜间温度低于YSU和ACM2方案,白天则高于YSU和ACM2方案。     

北京“7. 31”局地暴雨过程的天气分析

利用常规观测资料、云图资料、雷达资料及T213数值产品资料等对北京2006年7月31日的局地暴雨天气过程进行分析,并计算分析了对流有效位能(CAPE)等几种环境指数在这次强降水中的作用。得出以下主要结论:1)北京7月31日的强降水是一次中小尺度天气过程,是对流层中下层冷空气入侵触发的。2)前期高温高湿天气所积蓄的不稳定能量释放是导致强降水形成的有利条件。3)大气稳定度指数K指数、沙氏指数(SI)对这次强降水有较好的指示意义;对流有效位能(CAPE)对北京这次强降水有较强的反应能力,是一个比较好的预报指数工具;4)海淀特殊地形和地面辐合线是7月31日强降水出现在海淀的重要原因。5)很可能是降水诱发了边界层急流的产生。超低空东风急流在这次局地暴雨中起着非常重要的水汽输送作用,边界层急流和海淀局地强降水可能出现正反馈现象。     

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。