基于NCEP风向数据的中国夏季降水估算研究

提出一个基于NCEP风向数据估算全国夏季降水的模型。根据NCEP地面气压、经纬向风数据计算得到全国1971—2000年夏季各月盛行风向;并将盛行风向与宏观坡向夹角的余弦值作为降水的坡向因子,以此区分山体迎风坡和背风坡降水的空间分布。利用站点观测资料、数字高程模型数据、坡向、坡度因子,采用逐步回归分析法,建立估算夏季降水的回归方程,得到全国1971—2000年夏季各月及总降水量的空间分布图,并对模型结果进行检验与对比分析。结果表明,此方法估算夏季总降水量的平均绝对误差为27 mm,平均相对误差为11.8%。模型结果能体现迎风坡与背风坡的雨量差,符合客观规律,能够定性、定量地再现中国夏季降水的实际空间分布特征。     

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。     

湖北省地形因子对电线覆冰的影响研究

利利用1960—2011年湖北省81个气象站气象观测资料和湖北省2004—2012年220~500 k V高压输电线路覆冰事故资料以及海拔高度、坡度、坡向等9类地形数据信息资料,给出风口、突出山体、迎风坡和背风坡4种特殊地形的判断指标,分析特殊地形因子对电线覆冰的影响,并对湖北省冰区分布图进行地形订正。结果表明:风口判断指标为冬季(当年12月至翌年2月)日均风速大于8 m·s-1的日数超过1.56 d·a-1,迎风坡判断指标为坡向0°~45°或315°~360°且坡度大于10°,背风坡判断指标为坡向135°~225°且坡度大于10°,突出山体判断指标为起伏度大于200 m且海拔高度大于起伏度;4种特殊地形下冰厚订正系数分别为1.75、1.62、0.68和1.82;风口处影响覆冰的主导气象因子为风速,迎风坡处影响覆冰的主导气象因子为降水量,突出山体处影响覆冰的主导气象因子为液水含量,气温对3种特殊地形下的冰厚变化均有显著影响;经过地形订正后的冰区图,能更好地反映鄂西南山区、鄂北中部和西部等地受特殊地形影响而出现的较严重覆冰区。     

泰山酸雨特征及影响因素分析

利用2006—2015年泰山气象站的降水pH、电导率、降水量和风向风速资料,统计分析了泰山酸雨特征和变化趋势,探讨了降水量和风向风速对酸雨的影响。结果表明,泰山降水年均pH变化范围为4.31～4.99,酸雨发生频率达到69.3%;pH随降水量的增加而趋于5.60（中性）;5月至次年1月的月均pH与月平均过程降水量的变化趋势一致;月均电导率与月平均过程降水量的变化趋势相反。泰山降水期间盛行西南风,在南风和东北风条件下,酸雨出现频率最高且酸性最强,这主要是风速风向因素和人为排放源分布共同导致的。近10 a泰山降水酸性程度有所减弱,酸雨频率明显下降,表明近年来酸雨污染情况有所改善,有利于保护泰山生态环境。     

内华达的人工影响天气

一、引言内华达是个干旱州,人口主要聚居于沿内华达中部山脉背风坡西处。它所依赖的水源是山区冬季积雪,到春天积雪融化流入几条江河,同时也补充了地下水。人们认为:通过人工影响天气增加山区积雪是一个既重要,而又可能的技术途径。由于内华达西部位于山脉的背风坡,同山峰的迎风坡(西坡和顶部)对比降水明显     

鲁中山区地形对山东省一次暴雨影响的敏感性数值模拟试验

利用PSU/NCAR MM5V3中尺度数值模式进行了鲁中山区地形对一次台风暴雨的数值模拟敏感性试验,结果分析表明:鲁中山区地形作用对山东省暴雨有重要影响,迎风坡可引起低层气流和水汽的辐合上升运动增强,降水量增加,但偏北气流在迎风坡的水汽辐合不明显,降水量影响不大;山顶引起低层辐合上升运动减弱,辐散下沉运动增强,降水量减小;背风坡引起低层气流和水汽的辐合上升运动增强,降水量增加。     

济南PM2.5质量浓度与气象条件相关性初步研究

通过对济南2013年12月—2018年2月PM2.5质量浓度数据分析得出,PM2.5质量浓度平均和最大值均为冬季最高,春秋季次之,夏季最低;PM2.5质量浓度值1月和12月最高,8月最低;其质量浓度呈明显的逐年递减趋势。在不同风向上PM2.5质量浓度存在显著差异性,在N风向和ESE(盛行)风向上均出现了质量浓度较大值,一方面与污染物的异地输送有关,另一方面与济南的特殊地形有关。研究表明,无论污染源在山脉的背风侧还是迎风侧,都很容易导致高浓度污染;尤其在冬季,山脉地形还会加重逆温影响,使污染程度加重。通过相关性研究发现,冬季、春季和秋季,PM2.5质量浓度与相对湿度和平均总云量均呈正相关,与日照时数及其距平呈负相关;冬季,PM2.5质量浓度与平均气温及其距平以及最高、最低气温均呈正相关,与平均、最高、最低气压均呈负相关;春季和秋季,PM2.5质量浓度与气温距平值呈正相关;夏季和秋季,PM2.5质量浓度与日降水量呈负相关,而且随着雨强的增大,对PM2.5的洗消作用越显著。上述变量间相关性均通过了P≤0.01显著性检验。     

影响登陆台风降水量的主要因素分析

利用1952—2000年气象资料,采用气候统计分析与数值模拟相结合的方法,研究影响热带气旋降水的因素。分析结果表明:热带气旋强度是影响台风降水中心强度的主要因素之一;地形作用使迎风坡及降水中心雨量增加,背风坡雨量减少,从而使降水分布更不对称、更不均匀;冷空气入侵热带气旋外围可大幅度增加热带气旋外围及倒槽的降水量,但入侵到热带气旋中心附近的冷空气使热带气旋强度减弱,造成中心附近降水明显减少;大陆及其近海湿度场对热带气旋降水起到较大影响作用;台风及其倒槽影响时间长短直接影响总降水量。     

云凝结核浓度对不同弗罗德数下形成的地形云和降水的影响

云凝结核(CCN)对云和降水的影响除与其物理化学性质密切相关外,还受到气象条件的影响,但此类研究较少。文中基于WRF中尺度数值模式,引入了表征大气层流速、层结稳定度和地形关系的湿弗罗德(Fw)数,研究揭示了CCN浓度的变化对不同Fw下形成的地形云和降水的影响。研究表明,当Fw≤1,接近临界流时,地形阻挡起主要作用,地形抬升和重力波作用主要发生在迎风坡一侧,主要形成层状云和向上游传播的浅对流波状云,降水主要发生在靠近山顶的迎风坡一侧。在此种情况下,CCN浓度升高对地形云和降水影响较小,当CCN浓度由100 cm~(-3)增至1000 cm~(-3)时,云滴含水量增大,但雨水含量减小,说明云粒子向降水粒子的转化效率降低,CCN浓度升高抑制了暖雨过程。但在云发展后期,云滴被上升气流带至高层形成过冷云滴,与雪粒子发生碰并形成霰粒子,使冰相物理过程有所增强。CCN浓度升高可导致20 h累积降水量减少10—15 mm,约减小7%—8%;当Fw1时,CCN浓度升高会导致20 h地形云累积降水量减小超过50%,最大达到96%,导致地形云几乎不产生降水,而且降水量峰值位置向山顶后移动5—10 km。研究表明,降水显著减小的原因不仅与CCN浓度升高有关,过山气流产生的背风坡焚风效应也起了非常重要的作用。由于CCN浓度升高形成了大量云滴粒子,使雨滴形成效率显著降低,不能形成降雨的大量云滴被强过山气流快速带至下游背风坡区,由于背风坡下坡气流的绝热加热形成的焚风效应很显著,导致云滴和雨滴快速蒸发,使降水显著减小。这一结果可以解释在落基山脉、以色列及中国华山发现的地形降水减小30%—50%的现象,说明气象环境条件在气溶胶影响降水中起重要作用,污染气溶胶与背风坡焚风效应产生的叠加效应可造成地形云降水显著减小。     

祁连山山区空中水汽分布特征研究

将卫星遥感资料与探空资料和地面观测降水资料相结合,分析了祁连山山区空中水汽含量和云迹风的空间分布特征。并且,以此为基础,研究了祁连山大气水汽和地面降水的空间分布及其与大气环流和地形的关系。结果表明:祁连山大气水汽和地面降水受西风带、偏南季风(南亚季风和高原季风)和东亚季风的共同影响,在祁连山西北部大气水汽主要受西风带气流控制,在祁连山中南部偏南季风占主导地位;在祁连山的东北部则是东亚季风的影响比较明显。同时,祁连山大气水汽、降水和降水转化率与海拔高度和坡向以及环流影响区的关系均十分密切。一般,迎风坡上大气水汽含量在3500—4500 m海拔高度会出现一个峰值;而在背风坡上除东亚季风影响区外大气水汽含量只出现随海拔高度单调递减趋势,基本上不出现任何峰值。背风坡大气水汽含量总体上要比迎风坡少得多,最多大约能少4.49 kg/m2。无论是大气水汽含量、地面降水还是降水转化率均在东亚季风影响区最大;东亚季风影响区大气水汽含量在迎风坡上的峰值要更强,出现的海拔高度更低。     

地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究 I：冷锋、均匀地转流

文中利用一个包含地形、边界层摩擦作用的二层锋面简化模型 ,讨论了地形、边界层对冷锋锋面结构、环流的动力学影响作用问题。冷锋的倾斜主要与冷锋暖区的地转流分布、锋面移动速度、锋面与地形的相对位置有关。当冷锋位于迎风坡时 ,其坡度减小 ,位于背风坡时 ,其坡度增大。在静止冷锋存在两类不同的环流系 ,即位于大气低层、地面锋附近的反时针环流系和远离地面锋的顺时针环流系。静止冷锋位于背风坡 ,其冷域中的这支闭合环流增强 ,范围增大 ,而位于冷锋界面上的环流转向点沿锋面上移 ,暖域中沿锋面的暖空气运动范围变大。当静止冷锋位于迎风坡时 ,结果相反。冷锋移动较慢时 ,其冷域远离地面锋的这支顺时针环流主体可被地形完全阻塞在迎风坡。当静止冷锋移离地形时 ,由于地形作用可在锋面暖域、地形下游形成一个背风槽。地形对锋区的垂直运动影响主要通过地形与边界层共同作用 ,改变锋区流场辐合辐散的分布及地形强迫抬升两条途径实现。由于边界层摩擦的辐合作用 ,在地面冷锋的前缘可形成一支范围较窄、强度较大的上升运动带 ,当冷锋位于迎风坡时 ,其强度增强 ,当冷锋位于背风坡时 ,其强度减弱。当冷锋位于背风坡时 ,在暖区沿锋面上升的暖空气运动范围增大 ,可以出现沿锋面相间隔的多个上升区     

地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究Ⅰ:冷锋、均匀地转流

文中利用一个包含地形、边界层摩擦作用的二层锋面简化模型,讨论了地形、边界层对冷锋锋面结构、环流的动力学影响作用问题.冷锋的倾斜主要与冷锋暖区的地转流分布、锋面移动速度、锋面与地形的相对位置有关.当冷锋位于迎风坡时,其坡度减小,位于背风坡时,其坡度增大.在静止冷锋存在两类不同的环流系,即位于大气低层、地面锋附近的反时针环流系和远离地面锋的顺时针环流系.静止冷锋位于背风坡,其冷域中的这支闭合环流增强,范围增大,而位于冷锋界面上的环流转向点沿锋面上移,暖域中沿锋面的暖空气运动范围变大.当静止冷锋位于迎风坡时,结果相反.冷锋移动较慢时,其冷域远离地面锋的这支顺时针环流主体可被地形完全阻塞在迎风坡.当静止冷锋移离地形时,由于地形作用可在锋面暖域、地形下游形成一个背风槽.地形对锋区的垂直运动影响主要通过地形与边界层共同作用,改变锋区流场辐合辐散的分布及地形强迫抬升两条途径实现.由于边界层摩擦的辐合作用,在地面冷锋的前缘可形成一支范围较窄、强度较大的上升运动带,当冷锋位于迎风坡时,其强度增强,当冷锋位于背风坡时,其强度减弱.当冷锋位于背风坡时,在暖区沿锋面上升的暖空气运动范围增大,可以出现沿锋面相间隔的多个上升区.     

坡面雨量的风力敏感性分析

运用伯努利方程和斯托克斯公式得出风压下雨滴下落偏离垂直方向的角度。比较了迎风坡与背风坡雨量和雨强的相对大小。结果表明:风力使正圆球形雨滴下落时运动状态改变的幅度随半径增大而增加。迎风坡雨量在雨滴下落方向垂直于坡面时最大,背风坡雨量随坡度和风力的增大而逐渐减小。在不考虑气流爬坡作用和“背风波”时,迎风坡雨量和雨强明显比背风坡大。坡度愈大,风力愈强,背风坡雨量和雨强偏小愈显著。迎风坡雨量偏小的情况,仅出现在风力较大,且坡度较缓(一般小于25°)的坡面。分析商南县长、短历时暴雨伴风情况,发现西坡发生山洪、泥石流的几率增多,而东南坡发生滑坡、塌方的危险性加大。     

Monte-Carlo 法模拟复杂地形对扩散的影响

不考虑边界层中层结作用，引入Kao得到的复杂地形中的平均流场分布和近十年来PBL实验和理论研究导出的新的湍流统计量参数化关系，本文用Monte-Carlo模式模拟了复杂地形对扩散的影响，结果表明:地形的影响主要是迎风坡抬升和背风坡下沉；陡峭地形和平缓地形的影响不完全相同；在陡峭地形和大的平缓地形的背风坡能够形成空腔区，空腔区内出现闭合的浓度中心，且地形越陡峭，闭合浓度中心的范围越大；大地形对扩散的影响可以掩盖其下风方小地形的影响。     

Monte—Carlo法模拟复杂地形对扩散的影响

不考虑边界层中层结作用，引入Ｋａｏ得到的复杂地形中的平均流场分布和近十年来ＰＢＬ实验和理论研究导出的新的湍流统计量参数化关系，本文用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ模式模拟了复杂地形对扩散的影响，结果表明：地形的影响主要是迎风坡抬升和背风坡下沉；陡峭地形和平缓地形的影响不完全相同；在陡峭地形和大的平缓地形的背风坡能够形成空腔区，空腔区内出现闭合的浓度中心，且地形越陡峭，闭合浓度中心的范围越大；大地形对扩散的     

地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究Ⅱ:暖锋、均匀地转流

利用一个有地形、边界层摩擦作用、简化的二层浅水锋面模型,在理论上研究了地形上空边界层流动中地面暖锋的结构及环流分布特征问题。暖锋的坡度主要取决于其暖域地转流、锋面移速,它随锋面移速增大而减小,这与冷锋特征相反。地形对暖锋坡度的影响作用较小。与无地形作用时相比,静止性暖锋冷域中,位于锋面界面附近的闭合正环流系,当暖锋位于地形上游,其伸展范围增大;当暖锋位于迎风坡时,其伸展范围缩小,中心位置上抬;锋面移至背风坡时,其伸展范围重新增大。对于冷域中远离地面暖锋的另一支正环流系来说,当暖锋位于地形上游或迎风坡时,它可被地形完全阻塞于背风侧,地形高度越高,地形阻塞作用越大。在暖锋锋区附近主要存在三支垂直上升运动带：（a）由于边界层摩擦辐合作用,导致在地面暖锋后缘暖区中形成一支水平尺度较小、强度较大的垂直运动带,它随着暖锋移速增大而减弱。该垂直运动带,当暖锋位于地形迎风侧,强度增加;暖锋位于地形背风侧,其强度减弱。（b）在锋区暖域沿锋面存在均匀的上升运动,（c）在冷域远离地面暖锋处,存在一支水平范围较宽,其中心位于边界层顶部附近的垂直运动带,当暖锋位于迎风坡时,这支垂直运动带可被地形阻塞于地形背风侧。     

泰山地形对一次局地强降水过程动力作用的数值模拟分析

文章针对2005年9月2日发生在济宁郭楼镇的一次泰山背风下游区局地特大暴雨过程（438 mm/7 h）,利用济南SA雷达资料和WRF中尺度数值模式资料,分析了泰山山区地形造成的对流层中低层大气动力过程及其对暴雨中尺度系统的影响,开展了地形敏感性数值试验。结果表明：对流层低层回流南下的东北气流受鲁中山区地形影响,水平方向发生绕流,垂直方向被迫抬升,从而在泰山背风向的暴雨区附近形成准定常的绕流汇合区和重力波扰动区,两项作用强迫的垂直运动,与天气系统辐合区共同作用触发该地区的对流活动,并使移入该地的对流系统增强和维持。改变地形后引起低层风场和散度场变化,进而影响降雨带中的强降水落区和强度,但对主雨带的分布无明显影响。     

地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究II:暖锋、均匀地转流

利用一个有地形、边界层摩擦作用、简化的二层浅水锋面模型,在理论上研究了地形上空边界层流动中地面暖锋的结构及环流分布特征问题.暖锋的坡度主要取决于其暖域地转流、锋面移速,它随锋面移速增大而减小,这与冷锋特征相反.地形对暖锋坡度的影响作用较小.与无地形作用时相比,静止性暖锋冷域中,位于锋面界面附近的闭合正环流系,当暖锋位于地形上游,其伸展范围增大;当暖锋位于迎风坡时,其伸展范围缩小,中心位置上抬;锋面移至背风坡时,其伸展范围重新增大.对于冷域中远离地面暖锋的另一支正环流系来说,当暖锋位于地形上游或迎风坡时,它可被地形完全阻塞于背风侧,地形高度越高,地形阻塞作用越大.在暖锋锋区附近主要存在三支垂直上升运动带:(a)由于边界层摩擦辐合作用,导致在地面暖锋后缘暖区中形成一支水平尺度较小、强度较大的垂直运动带,它随着暖锋移速增大而减弱.该垂直运动带,当暖锋位于地形迎风侧,强度增加;暖锋位于地形背风侧,其强度减弱.(b)在锋区暖域沿锋面存在均匀的上升运动,(c)在冷域远离地面暖锋处,存在一支水平范围较宽,其中心位于边界层顶部附近的垂直运动带,当暖锋位于迎风坡时,这支垂直运动带可被地形阻塞于地形背风侧.     

2009年黑龙江省冬季两次暴雪过程对比分析

1引言回流天气是冬季黑龙江省产生暴雪的一种特殊的天气形势,黑龙江省回流天气特征是在一定的环流形势下．中低层有由东部或东南部海上伸向陆地的暖脊,风向以出现偏东风为标志,地面气压场上,黑龙江省处于低压北部的偏东气流里。2009年冬季,黑龙江省出现了两场典型回流暴雪天气过程,通过分析发现：在回流暴雪形成与发展的过程中,动力锋生机制发挥了重要作用。强降雪产生在锋区靠近暖区一侧．地形在回流暴雪过程中,通过其强迫分别位于迎风坡和背风坡的正负垂直速度中心,对降雪起明显的增幅作用。     

多普勒雷达径向散度在迎风坡降水中的应用

以太行山东部3次迎风坡降水过程为例,分析了由多普勒雷达原始资料计算得到的径向辐合与迎风坡降水分布的关系:迎风坡降水大值区落在临近径向的辐合大值区的弱辐合区内,且降水中心落在正径向速度开始减小的边界同NE风急流相交的位置。连续分布的径向辐合越强,降水越强。同时以2004年7月11—12日过程为例说明单站径向辐合和降水率的关系:径向辐合越强,降水越强,且径向辐合变化超前于降水率变化1h以上;径向辐合持续减弱3h以上,降水率减小,直至结束。径向散度对迎风坡区域的降水预报有很好的指示作用:综合分析区域径向辐合分布和单站径向辐合随时间的变化,可以预测迎风坡降水的落区、发展及生消。