地形对山西暴雨影响的数值模拟研究

为了深入研究地形对暴雨的影响,提高暴雨预报的精准度,利用逐6 h NCEP 1°×1°再分析资料和中尺度模式WRF V3.2.1,对2007年7月29-0日发生在山西南部的一次特大暴雨过程做了地形敏感性数值模拟试验,探讨地形改变后对此次暴雨过程的影响。结果表明:特大暴雨是在有利的环境场及特殊地形作用下发生的,与地形的影响密切相关。山西海拔高度和地形起伏对暴雨落区和强度有重要的影响,降低全省的海拔高度会使暴雨强度减小,落区向西北偏移。在降低晋东南太行山海拔高度的同时去掉地形起伏,则会使低空偏南暖湿气流不再受太行山阻挡,一直北上到晋中吕梁山的东侧才受地形阻挡辐合抬升,导致暴雨北移到吕梁山东侧且落区增大。地形对低层水平风场和水汽的影响也很大,改变地形会迫使近地层水平流场辐合线的位置和强度发生改变,也会改变水汽的分布。喇叭口地形对暴雨有非常大的增幅作用,破坏掉喇叭口地形之后,降水强度大为减弱。喇叭口地形对垂直环流及散度、涡度等物理量场的分布也有很大影响。     

青藏高原大地形对冷涌作用的数值模拟研究

本文利用一个有限区域P-σ5层原始方程模式,用欧州中心5°×5°网格资料较好地模拟出1982年12月下旬一次冷涌的大尺度过程。结果表明:青藏高原大地形的热力作用对东亚冬季风无明显影响,而青藏高原大地形对东亚冬季风的动力作用非常显著,它强迫冷空气绕高原东侧南下,激发出冷锋后的开尔文波从而产生东北大风区。另外,冷锋南下时在其前部还产生出一种与大地形无关的重力波,它可能是冷锋本身的激发而形成的。冷涌在Hadley环流之下向南传播,在加强Hadley环流的同时使它南移。     

天山地形对新疆强降水天气影响的数值模拟研究

2009年5月24日夜间~26日夜间,新疆地区自西向东出现了明显的降水、大风、降温天气过程。为研究此次天气过程中天山地形的作用,本文用WRFV3.1模式对其进行了数值模拟,并通过改变天山山脉的地形高度设计了一组敏感性试验没,分析了天山地形对此次强天气过程中大风和降温的影响作用。结果表明,（1）天山山脉的地形作用是此次强降水天气过程在天山山区形成暴雨的主要原因之一;随着地形的升高,雨带在天山迎风坡一侧的带状分布特征越明显,迎风坡一侧的降水量极值越大;地形的抬升作用对暴雨在山脉迎风坡一侧的降雨量有明显的增幅作用,对其雨带分布也有显著影响;（2）天山山脉对5﹒25强降水天气过程中的西南暖湿气流有明显的分流与阻挡作用。天山山脉将西南暖湿气流分为南北两支,使北支的水汽混合比极大值减小,湿区范围增大;使南支的水汽混合比极大值增大,湿区范围增大。（3）天山山脉的地形抬升作用为5﹒25强降水过程在天山山区发生暴雨天气创造了水汽的垂直上升运动条件,对昆仑山北坡暖湿气流的垂直上升运动的也有一定的贡献作用。     

海南岛地形对南海西行台风降水影响的数值试验

使用WRF模式对2005年9月25—27日0518号强台风“达维”(Damrey)登陆海南岛过程进行数值模拟和地形敏感性试验。模拟结果表明,在海南岛中部登陆西行的台风降水分布是南多北少,南部地区降水分布是中部山区多两边少;12 km水平格距模拟的48 h降水量和每3 h降水量与实况基本相符;台风登陆时间与地点误差较小。地形敏感性试验表明,48 h降水量在有地形时海南岛上均有50 mm以上的增幅,由于五指山地形作用致使中南部地区均有100 mm以上的增幅,两个主峰区域有200～300 mm的增幅,特别是强降水中心与两座主山峰紧密相连,地形的存在对台风在海南岛上的降水增加幅度非常明显;但在海南岛东部沿海地区有50 mm的减幅作用。从低层的中小尺度流场、高度场和垂直速度的对比分析可看出:控制试验与零地形试验结果存在明显差别,五指山脉地形可增强低层扰动,有利产生中尺度对流(MCS)小涡,从而增加台风降水。      

青藏高原地形对5、6月北半球环流影响数值模拟

利用NCAR CAM3.1模式进行了有无青藏高原地形的试验,通过两组试验结果的比较,研究了青藏高原地形对5、6月北半球500 hPa环流的影响。结论如下:春末夏初在北半球存在类似Rossby波列状的距平中心,5月波列产生于高原北侧的蒙古附近,途经鄂霍次克海、阿留申地区,到达北美西海岸;6月,由于西风急流北移、减弱及高原上空的非绝热加大,波列的产生地移至高原西北侧的巴尔喀什湖附近,强度减弱,造成该波下游的鄂霍次克海、勘察加半岛、阿拉斯加海域的强度相应减弱。另外,5月在鄂霍次克海和日本以东洋面附近的异常中心类似于负位相的OKJ波列,可以视为对正位相OKJ波列东段形成抑制作用;6月由于鄂霍次克海附近的负异常强度很弱,对OKJ波列东段的抑制作用很弱。     

地形对近地层风场日变化影响的数值模拟

利用修改的Mass模式和辽宁地区的地形资料，模拟了地形加热作用对辽宁地区近地层风场日变化的影响。结果表明，渤海和黄海北部海域对辽宁地区近地层风场的影响起着非常重要的作用。由于海陆加热的不同，加热冷却速度的不同以及山地地形等可产生不同的流场日变化。     

地形影响下四川暴雨的数值模拟分析

本文以NCEP资料为初值场对2004年9月3日到5日地形作用下四川省一次暴雨过程进行数值模拟,并在模式中加入加密的观测资料(OBS)进行模拟,结合实况对这两种模拟结果进行分析表明:前者模拟出的降水强度与实况相比有较大偏差,而后者的降水与实际更为相符,这表明加密观测资料对再现暴雨强度具有重要的中尺度信息作用.对大巴山的地形敏感性试验和诊断分析表明:大巴山地形使得西南暖湿气流所带来的水汽和热量在迎风坡堆积,从而在迎风坡和山顶出现较强的降水中心;而地形降低为"平台"后,大巴山降水中心减弱消失,说明地形对降水的落区和强度有重要影响;中尺度物理量的诊断分析表明物理量场与降水有很好的对应关系,涡度、散度的高低层配置、垂直上升运动、水汽输送的方向和强度等对暴雨的落区和强度有着决定性意义;层结稳定度分析表明大巴山降水中心以非对流性降水为主.     

东亚冷涌期间低纬环流和降水形成的数值试验

应用数值试验的方法，研究了东亚冷涌期间低纬环流和降水的形成。结果表明：低纬积云对流作用加强了东北季风和东北信风，但阻滞了热带辐合带进一步南移。印尼和澳大利亚北部季风降水可以独立存在。南海冷涌以及越赤道的西太平洋东北信风都可以是澳大利亚北部夏季风及降水形成的重要因子。数值研究还指出；印尼加里曼丹的强季风降水及常驻性低层扰动形成的基本因子是南海冷涌所触发的积云对流发展。印尼、加里曼丹地形及东北信风扰动可影响该处降水的强度。     

台湾附近地形对台风影响的数值模拟

利用ＴＣＭ－９０资料分析并用数值方法成功地模拟了９０１７号台风经过台湾时发生复杂变化的过程，包括环流场副中心和高度场副中心形成及与其主中心的合并过程，环流中心合并时路径跳跃过程，台湾西侧低压中心异常北移过程，台湾海峡低层急流变化过程以及上下层高度中心与环流中心明显偏离的现象，并详细分析了模拟中每隔３小时的演变过程，给出了台风经过台湾前后的结构及详细的路径变化，这种详细的演变图像不可能从间隔６小时的     

A numerical study on the winter monsoon and cold surge over East Asia

By using the improved regional climate model （RegCM_NCC）, a numerical study has been undertaken for the East Asia region over a period of 5 years （1998-2002） in an effort to evaluate the model＇s ability to reproduce the winter monsoon conditions that were observed. The results showed that the model can successfully simulate the basic characteristics of the winter monsoon circulations, including the location and intensity of the cold-surface, high-pressure system, as well as the wind patterns and the intensity of the winter monsoon. The simulated occurrence frequency and regions of the cold surge were consistent with the observations. The simulated rainfall distribution over China was consistent with the observations collected in South China. The features of the simulated moisture transport were also in good agreement with the observations that were derived from the NCEP reanalysis data, indicating that moisture transport coming from the Bay of Bengal trough plays a crucial role in supplying moisture needed for precipitation in South China. In addition, the moisture transport coming from the near-equatorial west-Pacific was also important. These two branches of moisture transport converged in South China, as a prerequisite for occurrence of the precipitation that was observed there. Heat budgets have shown that the development of a heat sink over the East Asian continent was remarkable and its thermal contrast relative to the neighboring seas was the important forcing factor for the winter monsoon activity. The simulation also indicated that the significant differences in circulation patterns and rainfalls during the winters of 1997/98 and 1998/99 were affected by cold and warm ENSO events, respectively. The above analysis demonstrated the model＇s ability to simulate the East Asian winter monsoon.     

青藏高原大地形对华南持续性暴雨影响的数值试验

利用新一代中尺度数值预报模式WRF3.2及NCEP/NCAR 逐日4次1°×1°的FNL再分析资料,通过有、无青藏高原以及将高原高度降低到临界高度的数值试验,研究了青藏高原大地形对我国华南地区2010 年5 月一次持续性暴雨过程的影响。试验结果表明:高原大地形对降水的影响显著,随着高原高度的升高,降水增多,高原以东地区的雨带也由北向南移动;高原地形的机械阻挡作用使迎风坡一侧的近地面层附近为强上升运动,背风坡为下沉运动,并分别对应降水的峰值和谷值区;高原对西风气流的爬流、绕流作用明显,高原升高后爬坡作用减弱,以绕流作用为主;高原的加热作用使气流过高原时南支减弱,北支加强,并加强了高原及其东部地区低层的正涡度和高层的负涡度,使高原上空为强烈的上升运动;高原的热力作用使西太平洋副热带高压位置偏南、偏西并稳定维持;高原大地形对形成稳定的高原季风环流圈有重要作用;高原地形高度的作用有利于定常波的形成,波动中心对应强上升运动,形成降水的大值区,稳定维持的定常波使得降水持续集中在同一地区,造成持续性暴雨。     

南海北部冷涌及其环流特征

利用中国南部沿海风向、地面气温及南海北部风速的变化确定南海北部冷涌的判别标准,构建了一个冷涌发生频率指数,对南海北部冷涌的年际变化特征及其环流异常进行讨论。结果表明,南海北部冷涌频率指数能够更加全面地描述冷涌系统的特征,与全国范围的冷空气爆发关系密切。南海北部冷涌与中高纬、中低纬环流具有密切的联系,是二者共同作用的结果。当贝加尔湖以西高压脊偏强,中高纬环流经向度加大,西太平洋副热带高压强度偏弱、位置偏东时,有利于大陆上冷空气南下入海,在南海北部形成冷涌。冷涌发生时,经向Hadley环流加强,调整中纬与低纬地区的大气质量,高层向北输送的大气在科氏力作用下导致东亚副热带西风急流加强,有利于冷涌的维持和加强。     

Surface and upper-level features associated with wintertime cold surge outbreaks in South Korea

The surface and upper-level features associated with a sharp drop of wintertime daily temperature over South Korea is investigated in this study. This sharp drop in daily temperature is called a cold surge and is one of the most hazardous weather phenomena in East Asian winters. An upper-level baroclinic wave of 60°wavelength propagating eastward at a phase speed of 12°longitude per day across the continent of northern China from the west of Lake Baikal toward the eastern coast of China causes the outbreak of cold air over South Korea. The cooling associated with the upper-level baroclinic wave is found at all altitudes under the geopotential height-fall center near the tropopause. The development in the ridge seems to derive the early evolution of the eastward-propagating sinusoidal wave, whereas the trough is connected directly with the tropospheric temperature-drop. An enhancement of the wintertime East Asian jet stream after the outbreak of a cold surge is a response to the steep temperature gradient associated with the developing baroclinic wave.     

南海夏季风爆发的数值预报试验

分析了1986年南海夏季风爆发的环流演变特征,由经向风速剖面图看出,南风首先在中南半岛迅速加强,然后向南海发展,南海夏季风爆发同孟加拉湾低压的发展密切相关。通过地形和非绝热单因子敏感性数值预报试验表明,地形作用和凝结潜热等非绝热作用对南海夏季风的爆发都是很重要的,包含有这两种作用在内的控制试验成功地预报出了南海夏季风爆发的中期演变过程,单独的地形作用或非绝热作用都不能预报出南海夏季风的爆发。     

冷空气对高原低涡移出青藏高原的影响

在对1998—2004年冷空气影响高原低涡移出青藏高原 (以下简称高原) 观测事实分析的基础上, 利用NCEP再分析资料对2002年8月12—14日托勒低涡移出高原的位涡进行诊断分析, 并通过数值试验揭示了托勒低涡移出高原的冷空气侵入特征和影响机理。结果表明:这次托勒低涡是受我国东北冷空气影响, 有高位涡空气伸入低涡区, 使冷空气迫近暖湿空气, 低涡处在斜压不稳定增强情况下移出高原的。在低涡区域没有冷空气或我国东北不存在冷温度槽情况下, 将会使伸向高原东北部的冷空气主力偏东、减弱, 使低涡受到我国东北冷空气影响减弱, 斜压不稳定减弱, 从而使高原低涡移出高原的速度减慢, 低涡强度减弱, 尤其是我国东北冷温度槽的影响更为明显, 在我国东北没有冷温度槽存在的情况下, 低涡24 h内西退, 在高原边缘徘徊。     

华南冷锋云系的人工引晶催化数值试验

在对华南2004年3月31日~4月1日的冷锋降水天气过程进行正确模拟的基础上, 通过向云中引入人工冰晶研究了催化效应, 结果表明: 催化使地面雨量在催化后30 min开始增加, 80 min时达到峰值, 120 min时减小到最小值。被催化的云团随着自然雨带逐渐向东南方向移动, 并且催化云影响其周围的云团, 造成了催化的下风方域外效应, 使催化效果可以延长到催化后10个小时, 随着自然云的消散而结束。人工冰晶的引入, 使得大量过冷雨滴快速转变为霰粒, 霰粒通过淞附云水和碰并雨滴过程增长, 使降水提前发展, 之后霰粒的融化使地面雨量增加。大量冻结潜热的释放, 使云中温度增加, 上升速度增强, 说明 “静力催化作用” 和 “动力催化作用” 是相互关联不可割裂的。在云体发展早期冷云降水过程还没有启动之前引入人工冰晶的催化效果优于云体发展接近成熟时的催化效果, 而只由催化剂量的不同造成的增雨差异较小。     

高原夏季风与南海夏季风关系及其影响

利用1983-2012年NCEP/NCAR、NCEP/DOE、ECMWF再分析月平均资料,及中国160站月平均气温和降水量资料,利用统计学方法从大气环流、降水及温度等方面对高原夏季风与南海夏季风的关系进行了探讨。结果表明:高原夏季风与南海夏季风呈负相关关系,且大气环流及对流活动存在显著性差异。高原夏季风偏强(弱)同时南海夏季风偏弱(强)时,同期中国大部分地区的500hPa高度场偏低(高),南海地区500hPa高度场偏高(低);欧亚大陆低纬地区大部为偏东(西)风,南海地区处于反气旋(气旋)环流中。青藏高原主体地区上升运动较弱(强),南海中心区域上升运动均较弱(强),长江中下游地区降水增加(减少),华南降水减少(增加)。中国大部分地区气温较低(高),华南地区气温较高(低)。     

青藏高原冬春季积雪影响南海季风爆发的机制

利用1958-1998年NCEP／NCAR再分析资料、1975-1998年OLR资料和1973-1998年青藏高原月平均积雪日数站点资料,分析了高原冬春季积雪影响南海季风爆发的可能机制。结果表明：多雪年,高原感热加热偏弱,高原地区以及东侧的中上层大气温度偏低,大尺度经向温度梯度逆转时间偏晚;同时高原地区Hadley环流季节转换时间偏晚,中南半岛上空维持下沉异常气流,导致孟加拉湾副高断裂偏晚,中南半岛地区对流爆发偏晚,中南半岛地表温度下降时间偏晚,中南半岛与南海局地纬向温度梯度逆转时间偏晚;上述大尺度经向温度梯度和中南半岛与南海局地纬向温度梯度的共同作用使得南海季风爆发偏晚。     

Structures and characteristics of the windy atmospheric boundary layer in the South China Sea region during cold surges

An observational analysis of the structures and characteristics of a windy atmospheric boundary layer during a cold air outbreak in the South China Sea region is reported in this paper. It is found that the main structures and characteristics are the same as during strong wind episodes with cold air outbreaks on land. The high frequency turbulent fluctuations(period<1 min) are nearly random and isotropic with weak coherency, but the gusty wind disturbances(1 min相似文献