青藏高原东北边缘冰雹形成机理

"穴道"理论认为,冰雹云中存在冰雹形成和增长的"穴道"。本文以在青藏高原东北边缘及毗邻地区常诱发冰雹灾害的东移短小切变线天气过程为研究背景,采用三维冰雹云分档模式,用MM5V3中尺度气象模式提供冰雹云模拟研究所需的环境大气状况,模拟研究了各类冰雹形成和增长的过程。结果表明,温度、云中上升气流、水平风速零线和云中各类水成物、各类冰雹质粒的空间分布满足"穴道"理论描述的配置区域是冰雹颗粒含水量的大值范围。同时显示出了小冰粒子(D<1mm)、霰和雹胚(1mm相似文献   

青藏高原东北侧冰雹微物理过程模拟研究

以青藏高原东北侧及毗邻地区诱发冰雹灾害的东移短小切变线天气过程为研究背景,采用中国科学院大气物理研究所三维冰雹云分档模式,用MM5V3中尺度气象模式提供冰雹云模拟研究所需的环境大气状况,模拟研究了冰雹形成和增长的微物理过程。结果表明：模式再现了当时冰雹、大风及暴雨的实况;中尺度水分和动力条件是冰雹形成和增长的重要因素,它们决定了冰雹云的强度和冰雹的大小;冰雹形成和增长过程中的微物理过程决定了冰雹云的消亡,冰雹在空中形成的潜热释放延长了降雹的时间;云中冰雹发生、增长的主要区域和云内上升气流配合良好,是防雹消雹的主要范围。     

青藏高原东侧一次β中尺度对流系统的数值模拟

利用PSU／NCAR的高分辨率中尺度非静力数值模式MM5，模拟了2001年9月18日发生在青藏高原东侧的绵阳大暴雨过程。结果表明，高分辨率数值模式对触发本次降水过程的β中尺度对流系统具有较好的模拟能力。高分辨率模拟输出显示“9．18”绵阳大暴雨与边界层内一个中尺度辐合扰动的发展和移动相伴，且中尺度辐合扰动还诱发了一个时间尺度约为6h的β中尺度涡旋和强烈发展的降水雨团。模拟还显示受高原地形影响，该β中尺度对流系统具有独特的动力和热力结构。其动力特征是强上升运动和超强散度柱与对流层低层强涡度互耦发展，热力特征是对流层低层具有对流不稳定能量，中层具有斜压不稳定能量。中尺度对流系统具有两支上升人流和两支下沉出流，低层人流(东南气流)触发低层对流不稳定能量释放，中层人流(高原近地层偏西暖湿气流)触发中层大气斜压不稳定能量释放，两种不稳定能量共同作用促使对流雨团强烈发展，形成绵阳大暴雨。     

青藏高原东侧一次β中尺度对流系统的数值模拟

利用PSU/NCAR的高分辨率中尺度非静力数值模式MM5,模拟了2001年9月18日发生在青藏高原东侧的绵阳大暴雨过程.结果表明,高分辨率数值模式对触发本次降水过程的β中尺度对流系统具有较好的模拟能力.高分辨率模拟输出显示"9.18"绵阳大暴雨与边界层内一个中尺度辐合扰动的发展和移动相伴,且中尺度辐合扰动还诱发了一个时间尺度约为6 h的β中尺度涡旋和强烈发展的降水雨团.模拟还显示受高原地形影响,该β中尺度对流系统具有独特的动力和热力结构.其动力特征是强上升运动和超强散度柱与对流层低层强涡度互耦发展,热力特征是对流层低层具有对流不稳定能量,中层具有斜压不稳定能量.中尺度对流系统具有两支上升入流和两支下沉出流,低层入流(东南气流)触发低层对流不稳定能量释放,中层入流(高原近地层偏西暖湿气流)触发中层大气斜压不稳定能量释放,两种不稳定能量共同作用促使对流雨团强烈发展,形成绵阳大暴雨.     

青藏高原东部冰雹形成机理的数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所发展和改进的三维冰雹云模式,对青藏高原东部甘肃省玛曲县的一例冰雹云过程进行了模拟研究。结果表明:玛曲冰雹云中冰雹胚胎以霰胚为主;在地面降水中,固态降水占降水总量的46%,而霰占固态降水的65%,霰主要靠撞冻雨水和云水增长;雹云中存在较弱的过冷雨水累积带,累积带的维持时间也很短,累积带中的过冷雨水有利于雹块的增长,但不起主要作用;雹块的增长主要是通过雹撞冻云水,其次是撞冻雨水增长。     

青藏高原上中尺度对流系统(MCS)的数值模拟

A mesoscale convective system (MCS) developing over the Qinghai-Xizang Plateau on 26 July 1995 issimulated using the fifth version of the Penn State-NCAR nonhydrostatic mesoscale model (MM5). Theresults obtained are inspiring and are as follows. (1) The model simulates well the largescale conditionsin which the MCS concerned is embedded, which are the well-known anticyclonic Qinghai-Xizang PlateauHigh in the upper layers and the strong thermal forcing in the lower layers. In particular, the modelcaptures the meso-α scale cyclonic vortex associated with the MCS, which can be analyzed in the 500 hPaobservational winds; and to some degree, the model reproduces even its meso-β scale substructure similarto satellite images, reflected in the model-simulated 400 hPa rainwater. On the other hand, there aresome distinct deficiencies in the simulation; for example, the simulated MCS occurs with a lag of 3 hoursand a westward deviation of 3-5° longitude. (2) The structure and evolution of the meso-α scale vortexassociated with the MCS are undescribable for upper-air sounding data. The vortex is confined to thelower troposphere under 450 hPa over the plateau and shrinks its extent with height, with a diameter of4° longitude at 500 hPa. It is within the updraft area, but with an upper-level anticyclone and downdraftover it. The vortex originates over the plateau, and does not form until the mature stage of the MCS. Itlasts for 3-6 hours. In its processes of both formation and decay, the change in geopotential height fieldis prior to that in the wind field. It follows that the vortex is closely associated with the thermal effectsover the plateau. (3) A series of sensitivity experiments are conducted to investigate the impact of varioussurface thermal forcings and other physical processes on the MCS over the plateau. The results indicatethat under the background conditions of the upper-level Qinghai-Xizang High, the MCS involved is mainlydominated by the low-level thermal forcing. The simulation described here is a good indication that itmay be possible to reproduce the MCS over the plateau under certain large-scale conditions and with theincorporation of proper thermal physics in the lower layers.     

东北冷涡内部中尺度涡旋引起的冰雹天气数值模拟

利用NCEP格点资料模拟了2011年8月21日沈阳地区的冰雹天气过程,结合机场自动观测数据、多普勒雷达资料和卫星云图等分析了冰雹的形成机制。结果表明：此次冰雹天气是由冷涡内部的中尺度涡旋引起的,卫星云图上的中尺度云团是中尺度涡旋的产物;0℃等温线位于600 hPa,-20℃位于450 hPa附近,两者之间厚度在2KM左右;冰雹发生前,斜升气流的最大上升速度为20 m·s^-1以上,水汽累积区位于0℃层以上,保证了水分累积区都由过冷水滴组成;高层干冷空气倾斜下侵到中低层的暖湿空气中,对强对流的发生发展起到了至关重要的作用;低层MPV1为强对流提供了对流不稳定机制,中层MPV2为强对流提供了对称不稳定机制,高层两种不稳定共存,均为对流发展贡献力量;对流有效位能积累、释放随时间的演变对冰雹的出现有一定的指示意义;10:30多普勒雷达图显示回波强度随高度增强,速度图上存在西南低空急流,有利于对流的发展。     

青藏高原东北侧局地冰雹统计特征及对特殊雹云单体的讨论

以3D-Barnes方案插值的新一代天气雷达反射率因子等高平面资料,用垂直累积液态含水量(Vertically Integrated Liquid Water Content,简称:VIL)的理论模式计算单体的VIL,用VIL与单体顶高度之比计算单体的VIL密度(Vertically Integrated Liquid Water Content Density,简称:VILD),采用统计方法对青藏高原东北侧局地冰雹的日变化和大小分布特征以及地面最大冰雹直径(简称:Rmax)与单体在降雹过程中的最大VIL(简称:VILmax)和最大VILD(简称:VILDmax)之间的关系进行了统计。结果表明:(1)青藏高原东北侧局地降雹主要以中冰雹为主(直径在5~20 mm之间),其次是小冰雹(直径<5 mm,现称为霰),出现大冰雹(直径≥20 mm)的概率很小;(2)从冰雹的日变化特征看,青藏高原东北侧局地降雹主要出现在下午到傍晚,期间存在2个降雹高峰时段。第一个主要集中在13:00~18:00,其中以15:00~16:00出现的概率最高,另一个主要集中在20:00~21:00,日内其余时间降雹概率很小,此结论与陈乾[1]等研究区域性冰雹发现的午后傍晚双峰型特征基本吻合,但在出现时段上稍有偏早;(3)VILmax和VILDmax从总体趋势上看与Rmax之间均存在正相关关系,但VILD-max比VILmax与Rmax之间的相关性更好;相同大小的冰雹所对应的雹云单体的VILDmax虽然存在一定的差异,但差异不大,一般维持在0.1 g.m-3以内;(4)雷达观测静锥区和单体强回波区倾斜或悬垂回波等是影响VILmax和VILDmax与Rmax之间出现负相关的2个主要因素。     

一次冰雹云过程及其冰雹形成机制的模拟研究

利用常规气象资料和多普勒天气雷达资料,从天气形势和雷达回波演变特征等方面对2011年6月24日发生在洛阳嵩县的一次冰雹过程进行了分析,并利用三维弹性冰雹云催化模式对该冰雹云进行了模拟研究,分析其冰雹形成的物理机制。结果表明:本次过程在天气形势上属于下滑冷槽型。多普勒天气雷达资料上表现为单个单体的强对流风暴,最大反射率≥65 dBz,回波顶高达到14 km,降雹前垂直积分液态含水量具有明显的跃增;径向速度场上出现了大范围明显的逆风区。三维冰雹云模式对该冰雹云具有较好的模拟能力,模式模拟的最强回波与实况一致,雹云中含水量中心与强上升气流有很好的配置,在云的发展阶段,主含水量中心是强上升气流的指示。冰雹的雹胚主要来自冻滴和霰,在冰雹形成期间,冻结形成的冻滴和转化产生的霰数量上相差不大,但是冻滴向雹的转化比例却是霰的6倍,即在地面强降雹之前,雹云中的雹胚主要来源于冻滴;而冰雹的增长在前期主要靠收集过冷雨水,后期主要靠收集过冷云水;适量的冰晶、雪和丰富的过冷水的存在对雹的形成和增长极为有利。     

2001年8月初上海强暴雨中尺度对流系统的数值模拟研究

利用NCEP的ETA模式对 2 0 0 1年 8月 5～ 6日导致上海地区产生大暴雨的中尺度对流系统的发生发展过程进行了数值模拟。模拟结果基本再现了对流云团加强合并形成中尺度对流系统的过程 ,所模拟的降水分布、最大降水中心位置与实测结果基本一致。模拟结果还显示其中的一个中尺度对流系统是由于位于其西南部的一支低空急流的直接流入才发展起来的     

夏季青藏高原低涡形成和发展的数值模拟

本文利用一有限区域数值预报模式和综合订正后的1979年6～8月FGGE IIIb级资料，选择该年雨季中三例包含形成和（或）发展阶段的较典型的青藏高原低涡过程，设计了控制性试验和降低高原地形、无地面感热和潜热通量、无凝结潜热、减小温度递减率、增大气柱斜压性、无摩擦影响的十余组试验方案，进行了24 h或48 h数值模拟。最后提出了青藏高原低涡发生发展的概念模式。简单地讲，青藏高原低涡可看作是一种强烈依赖于青藏高原地形，同时又受层结稳定度、地面热通量和凝结潜热控制的局地性低压涡旋。     

RegCM3模式对青藏高原地区气候的模拟

使用RegCM3区域气候模式，利用ECMWF的ERA40再分析资料，对东亚地区进行了长达15年（1987-2001年）时间的数值积分试验，重点分析了模式对青藏高原及青藏铁路沿线地区气温和降水的模拟。结果表明，RegCM3模式具有模拟青藏高原及周边地区当代降水和气温主要分布特征的能力，尤其在观测站点稀少地区可提供局地降水和气温分布的较可靠信息。模式较好地模拟了青藏铁路沿线地区的降水，特别是气温的年变化趋势，同时也较好地模拟了这一地区气温的年际变化，但对该区降水年际变化的模拟能力则有待进一步提高。     

温室效应对青藏高原及青藏铁路沿线气候影响的数值模拟

在一个全球模式中嵌套了RegCM2区域气候模式,进行了CO2加倍对中国区域气候影响的数值试验,对青藏高原及青藏铁路沿线地区进行了重点分析。结果表明,在CO2加倍的情况下,这里的气温将明显升高,升高值一般在2．6～2．8℃以上,高于全国平均值。同时降水在青藏高原大部分地区也将明显增加;其中青藏铁路沿线的增加率一般在25％以上,远高于全国平均值水平。温室效应同时会使得青藏铁路沿线的日平均最高气温升高。     

青藏高原东北侧一次MCC的环境流场及动力分析

利用卫星云图和高空风等各种天气学资料,对1991年7月28日青藏高原东北侧发生的一次中尺度对流复合体（MCC）和陕西关中的暴雨天气过程进行了大尺度环境场和物理量场的诊断分析,结果表明,东海台风北上,西太平洋副热带高压北上西伸是该MCC发生发展的重要大尺度条件;MCC是造成暴雨的直接影响系统;并给出了该类天气预报的参考指标。     

冰雹云中累积区与冰雹的形成的数值模拟研究

应用三维冰雹云模式对陕西旬邑地区的一次降雹过程进行模拟,结果表明:冰雹云中存在过冷雨水的累积区,其出现在最大上升气流之上,其中累积的过冷雨水含量随着云的发展而变化.冰雹生长在此累积区内.催化试验结果表明,在过冷雨水的累积区内播撒AgI粒子能取得较好的防雹效果.     

CLM4.5模式对青藏高原土壤湿度的数值模拟及评估

本文利用1981～2016年的CRUNCEP资料（0.5°×0.5°）作为大气驱动数据,驱动CLM4.5（Community Land Model version 4.5）模式模拟了青藏高原地区1981～2016 年的土壤湿度时空变化。将模拟数据与台站观测资料、再分析资料（ERA-Interim和GLDAS-CLM）和微波遥感FY-3B/MWRI土壤湿度资料对比验证,表明了CLM4.5模拟资料可以合理再现青藏高原地区土壤湿度的空间分布和长期变化趋势。而且基于多种卫星遥感资料建立的较高分辨率（0.1°×0.1°）的青藏高原地表数据更加细致地刻画了土壤湿度的空间变化。对比结果表明:CLM4.5模拟土壤湿度与各个台站观测的时空变化一致,各层土壤湿度的模拟和观测均显著相关,且对浅层的模拟优于深层,但模拟结果比台站观测系统性偏大。模拟与再分析资料和微波遥感资料土壤湿度的空间分布具有一致性,均表现为从青藏高原的西北部向东南部逐渐增加的分布特点,三江源湿地和高原东南部为土壤湿度的高值区,柴达木盆地和新疆塔里木盆地的沙漠地区为低值区,土壤湿度由浅层向深层增加。土壤湿度的长期变化趋势基本表现为“变干—变湿”相间的带状分布,不同层次的土壤湿度变化趋势基本一致。模拟资料也合理地再现了夏季土壤湿度逐月的变化:高原西南地区的土壤湿度明显大范围增加,北部的柴达木盆地的干旱范围也明显的向北收缩,高原南部外围土壤湿度也明显增加,CLM4.5模拟土壤湿度比再分析资料和微波遥感资料更加细致地描述了夏季逐月土壤湿度空间分布及其变化特征。     

青藏高原上中尺度对流系统(MCSs)的个例分析及其比较

对1995年7月25—28日高原上连续数日出现MCSs的现象进行了红外云图特征及其演变、大尺度环境背景场和对流有效位能的分析。可以发现，所有这些MCSs有着相似的日变化演变过程；它们的初始对流在中午由于日射加热开始活跃，之后迅速发展，这些MCSs在后下午形成，在傍晚达到最强，之后逐渐减弱。其中26日MCS最为强大，它是在单一的强大的近于圆形的高原反气旋高压背景下受强的低层热力强迫和条件不稳定的驱动而发生的。这些发生条件都与高原本身的热力作用紧密相关，所以它的发生发展主要与高原特有的较为纯粹的热力因子相联系。28日MCS是另一个很强的MCS，它明显地受到中纬度西风槽的斜压区的影响，这二个很强的MCS有着不同的发展机制和显著不同的表现特征。     

广西积云人工增雨防雹的个例数值研究

利用三维积云模式模拟2006年4月9日下午发生在广西东兰县境内的一次冰雹天气过程。结果表明,三维模式对该个例具有一定的模拟能力。个例催化数值试验表明,该积云具有一定的人工催化潜力,当在出现过冷水后,自然冰晶浓度较低前在过冷水区的底部实施适量的催化,则可达到最佳的效果,既能一定程度增雨又能一定程度消雹;当过量催化时则既能一定程度消雨又一定程度消雹。     

新一代天气雷达资料在2003年淮河流域暴雨模拟中的初步应用:模拟降水和风场的对比

利用时间尺度密集的长沙、常德、合肥、南昌、南京、武汉和宜昌共7个站的新一代天气雷达（CINRAD-SA雷达）观测反演资料、TBB资料、常规的探空和地面观测资料、NCEP分析资料，与中尺度MM5模式相结合，以NCEP格点资料作为大尺度背静场，加入12 h间隔的探空、3 h间隔的常规地面观测资料及1 h间隔的雷达反演风廓线资料，进行全程四维同化模拟，考察中尺度数值模式MM5对2003年梅雨期间发生在湖南、安徽和江苏的暴雨过程（7月8～9日）的模拟能力。分析表明:除了模拟降水与实况接近以外（雨量和雨区），MM5模式输出的风廓线和从雷达观测反演得到的风廓线结果有很好的相似性，加入雷达反演风廓线资料后对模拟结果有一定改进，为进一步利用模式输出结果研究造成2003年江淮流域暴雨洪涝的中尺度对流系统的结构和机理提供了可能。