青藏高原对邻近地区天气系统影响的数值模拟研究

利用ＬＡＳＧη坐标有限区域数值预报模式,模拟了１９９８年４月２８日和８月９日四川盆地的两次暴雨过程中高原地形高度变化对５００ｈＰａ和２００ｈＰａ高度场、温度场和流场的影响。模拟结果表明：（１）高原地形高度的降低使本地的大尺度系统进一步加强,中小尺度的天气系统进一步加强,中小尺度的天气系统减弱或消失;（２）高夺地形高度降低,本地温度升高,盆地的温度下降,而且春季的影响比夏季大得多;（３）高原地形对流     

青藏高原的不同地形方案对天气系统影响的数值试验

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的有限区域模式,检验了青藏高原对东亚大气环流的动力作用,结果表明,高原对冷暖空气的阻隔是我国西北地区很少出现气旋的重要原因,如果没有青藏高原,西北地区会有气旋强烈发展。西风槽的结构、西太平洋副热带高压的进退等对高原动力作用十分敏惑;近地面次天气尺度系统及平流层上庞大的南亚高压也明显地受高原影响。 作者认为,在数值模式中,地形在垂直方向过度地平滑及在水平方向的过度扩张,会造成在模拟不同尺度系统动力效应时出现失真,从而导致预报误差的增大。     

一次次天气尺度系统降水预报的数值试验

本文应用实测资料,探讨了夏季次天气尺度扰动的数值预报问题。利用细网格五层原始方程模式,成功地报出了产生暴雨的气旋的发生和低空急流的加强。对比干、湿模式的不同结果后,论证了水汽在这类系统发生发展中起的重要作用,初步结果表明:这类系统基本上是由湿对流驱动的。另外,还讨论了初始水汽场的变动对降水和形势预报的影响。使用卫星云图资料修正初始水汽场后,对降水预报有所改进。     

青藏高原对东亚大气环流及其低频系统影响的数值试验

本文利用P—σ混合坐标系的五层原始方程模式,研究了夏季青藏高原对东亚大气环流及其低频振荡(10—20天)的影响。结果表明,当没有青藏高原存在时,高原及孟加拉湾地区的降水明显减少;我国长江流域也干旱少雨;对流层中低层高原的强大热源作用也有所减弱;南亚高压位置偏南。数值试验证明,青藏高原是低频波传播的一个源地,同时还表明,高原对对流层中低层上的低频振荡有激发作用,当没有高原地形时,500hPa上低频环流将减弱。高原对低频波的径向传播有明显影响,而对低频波的纬向传播的影响却不显著。     

青藏高原对夏季天气气候日变化影响的数值试验

以前研究青藏高原对中国和亚洲地区的季风环流和气候特征的动力和热力影响,多限于它们的纯动力作用,而它们的热力作用常常被完全忽略掉。但是,在巨大的高原及其周围地区的大气之间,因为辐射特性的差异,常常有明显的水平温度差,这种实际存在的温度场差异必然会在气压分布及环流特征上反映出来。从叶笃正、高由禧等的“青藏高原气象学”所分析的资料(见该书第3章)可发现,在冬夏两季高原地区的位势高度场均有明显的日变     

青藏高原对其东北侧干旱形成的数值试验

应用再分析资料，指出高原边界层内存在北高南低偶极子型涡旋对的独特气候现象。根据当雄站1998年5月31日至6月4日感热通量的连续观测资料，确定了高原热力作用的时变特征，分别用不同的理想高原初始涡度场加定常热源强迫和时变热源强迫代入正压准地转涡度模式，研究了高原东北侧干旱的形成。认为有三种过程在起着重要作用，它们是：基流对上游反气旋涡旋的平流输送、南侧气旋涡旋的能量频散以及高原热力强迫引起的频散生成高值系统的增强。     

青藏高原东侧陡峭地形对一次强降水天气过程的影响

利用高分辨率中尺度模式分析资料,研究了青藏高原东侧陡峭地形对一次暴雨天气发生发展的影响。结果显示,青藏高原地形对大气环流的动力阻挡作用形成了本次暴雨过程的水汽输送通道,青藏高原东侧陡峭地形结构造成了四川西北部和黄河上游的强水汽辐合中心,并使低层高能舌和能量锋区位于海拔较低的四川盆地,在四川盆地对流层低层建立起位势不稳定层结。青藏高原东侧陡峭地形结构引起了低层偏东气流强烈的垂直上升运动,最强的垂直上升运动出现在东西风垂直切变与陡峭地形交汇处,激发不稳定能量释放,促使强对流猛烈发展,暴雨过程中高原东侧还有一个中尺度涡旋的发生发展相伴。青藏高原东侧暴雨区最显著的热力特征是高温高湿区域仅出现在对流层低层,最显著的动力特征是强涡度柱也仅出现在对流层低层。     

下垫面特征对一次短期天气过程影响的数值试验(Ⅱ)

在文献[1]工作的基础上,利用文献[1]的个例和模式,研究了局地区域下垫面特征的变化对自身及其领域短期降水和环流的影响,并探讨了可能的影响机理;最后比较了局地区域与大区域下垫面特征相同变化所致的影响差异。     

青藏高原对大气环流的影响 三、青藏高原对天气系统的影响

大气环流是各种不同尺度环流系统的总和,它们之间是互相影响的,一般很难把各个因子严格地分开。但各种尺度的环流系统还有各自的发展规律和特点,先分别对它们进行研究,然后研究他们之间的相互影响,这既有利于我们了解具体的天气系统,也有利于我们了解大气环流的全貌。从这个观点出发,我们具体的了解青藏高原对天气系统的影响是很有意义的。     

青藏高原东部的纬向涡旋的形成及其对邻近地区天气气候的影响

初夏时期,由于青藏高原东部地面及其上层空气迅速加热,而四川盆地上空增热较慢,在同一高度上形成明显的东西向温差,在高原东部与四川盆地之间形成一个天气尺度的纬向涡旋。本文分析了这个涡旋生成的热力原因及脱体东移的天气学条件和对邻近地区天气气候的影响。指出纬向涡旋的生成不仅对高原东侧边界层内的天气系统有直接影响,而且它的重复出现是造成高原东部初夏多雨和四川盆地夏旱的重要原因。     

青藏高原表面过程对夏季青藏高原的影响—数值试验

利用IAP／LASG GOALS气候模式设计了两组敏感性试验，分别考察青藏高原表面感热输送和表面摩擦拖曳对夏季青藏高原的影响。结果表明，表面感热输送显著增强了高原近地层气柱中正涡度的制造和气旋性环流，同时增强了高原上空气柱高层的负涡度制造和反气旋性环流。另一方面，高原表面摩擦拖曳虽然使得低层的辐合略有增加，但施加给整层气柱以反气旋性涡度。因而高原表面的感热输送和表面摩擦拖曳对夏季青藏高压都有增强的作用。表面摩擦拖曳对上空环流的影响随着高度升高而减弱，而表面感热输送引起的高层负涡度的增加与低层正涡度的增加在数值上相当甚至更大。     

青藏高原地气耦合系统及其天气气候效应:第三次青藏高原大气科学试验

由于青藏高原（简称高原）是影响中国极端天气和气候事件的关键区,对天气、气候预报有重要影响。因此,中国气象局、国家自然科学基金委员会、中国科学院共同推动了"第三次青藏高原大气科学试验（TIPEX-Ⅲ）"工作。自2013年的预试验开始,TIPEX-Ⅲ在高原西部狮泉河、改则和申扎新建全自动探空系统,填补了高原西部缺少常规探空站的空白;在高原中、西部建成土壤温、湿度观测网;实施了高原尺度和那曲区域尺度的边界层观测,那曲多型雷达和机载设备的云降水物理特征综合观测,高原多站的对流层-平流层大气成分观测。在研究成果方面,项目结果指出,在高原中、西部草原、草甸和裸土下垫面状况下地表热量湍流交换系数和感热通量明显低于过去较早的估计值;高原主体的对流云活动主要不是来自南亚季风区的向北传播,而可能是局地发展所致;揭示出那曲对流云日变化特征、云宏微观特征以及云中水不同相态之间的转化机制,提出了夏季高原加热在维持亚洲大气"水塔"中的作用,以及高原加热对亚洲、非洲、北美洲气候的调节作用。在数值预报模式中,Γ分布比M-P分布更适合于高原雨滴谱特征,通过改进高原热传导过程参数化方案可以降低模式中高估的地表感热,并提升模式对中国中、东部雨带的模拟能力;此外,考虑青藏高原关键区信号可以提升中国中、东部降水的预报技巧。TIPEX-Ⅲ还带动了地面和高空常规观测、天气业务雷达和风廓线雷达等观测数据加工处理业务技术的发展,提升了中国国家级土壤湿度、水汽含量等遥感产品和高分辨率多源降水融合产品的质量,促进了气象监测、预报和数据共享业务的发展。      

青藏高原东侧一次典型暴雨过程的数值模拟试验

利用常规观测资料以及小时观测降水量资料, 对2014年8月31日—9月2日重庆地区一次大暴雨过程进行分析,在此基础上采用中尺度数值模式WRF及其三维变分同化系统WRF 3D-Var将常规探空观测资料同化进NECP/NCAR再分析资料产生初始场,对比分析同化与未同化常规探空资料的模式模拟的降水量分布特征及同化探空观测资料对模式模拟的中尺度系统结构特征的影响。结果表明,此次暴雨的发生是在对流层高层200 hPa南亚高压与高空急流造成的高层辐散、500 hPa大槽靠近以及副热带高压西移这种有利的大尺度环流背景下,对流层低层的西南低涡、切变线、低空急流在重庆地区发生发展的结果。对比分析模式的模拟结果,两次模拟都较好地再现了此次暴雨过程的大尺度环流特征,同化探空观测资料后模拟的降水落区分布及量级得到改善,对暴雨以上量级的降水改进尤为明显。模式初始时刻分析场的增量表明,与此次暴雨过程的形成发展密切相关的大尺度系统(南亚高压、副热带高压)、中尺度系统(低涡、急流)以及水汽输送在初始场同化常规探空资料后均得到了增强,这为对流系统的发展维持提供了更加有利的条件。降水最强时刻强降水区域的垂直结构分析显示,在同化探空观测资料后,模式模拟的散度、涡度、垂直速度以及大气热力结构的强度和高度较未同化探空资料的结果都得到了不同程度的增强,这表明同化探空观测资料改进了模式初始场的分布特征,进而对模式模拟的中尺度对流系统的结构产生重要影响。

     

青藏高原东侧一次典型暴雨过程的数值模拟试验

利用单向嵌套中尺度非静力数值模式MM5,对1998年7月4～5日发生在青藏高原东侧一次典型暴雨过程进行数值模拟和敏感性试验,结果表明该模式能较好地模拟这次过程,并成功地模拟出了与这次过程密切相关的中尺度系统;去掉冷空气的影响后,低层辐合气流减弱,造成降水明显减弱;而盆地内能的增加则能促进中尺度系统的形成;改变初始时刻不同地区低层水汽含量的试验证明,暴雨过程前水汽的聚集程度和暴雨过程中是否维持水汽输送机制是判断一次暴雨过程雨量大小的关键因素之一.地形试验证明,大地形发生显著改变后,影响系统、低空急流的位置和强度、冷空气路径等也都发生了显著改变.由此推断,四川特殊的气候特征就是由其独特的地理环境决定的.     

青藏高原对莫东北侧初夏干旱天气影响的数值研究

本文利用改进的Ｔ４２Ｌ９模式，以１９７９年６月１４日１２时的ＦＧＧＥ－Ⅲｂ资料为初始场，分别在有地形非绝热，有地形绝热以及无地形绝热情形下进行了五天数值预报试验，研究了青藏高原的热力和动力作用对高原东北侧干旱天气的影响，模拟结果指出，在初夏夏季风爆发期间，青藏高原有利于其东侧（包括甘肃南部和陕西南部一带）进入雨季，但也有利于其北侧的河西走廊地区维持干旱，高原的动力和热力作用对高原北侧的初夏干旱天气有着重要的影响。     

青藏高原雪灾天气的数值模拟

使用中科院的LASGη模式对1991年4月16日-19日、1992年3月16日-17日、1996 年11月16日 -18日和1998年3月18日-20日四次高原牧区雪灾过程进行了降水模拟和成因分析,揭示了造成这次雪灾天气的主要因素,模拟雨量与实况吻合较好,证明了该模式对冬季高原降雪天气过程有一定的预报能力.     

青藏高原雪灾天气的数值模拟

使用中科院的ＬＡＳＧη模式对１９９１ 年４ 月１６ 日—１９ 日、１９９２ 年３ 月１６ 日—１７ 日、１９９６ 年１１ 月１６ 日—１８ 日和１９９８ 年３ 月１８ 日—２０ 日四次高原牧区雪灾过程进行了降水模拟和成因分析,揭示了造成这次雪灾天气的主要因素,模拟雨量与实况吻合较好,证明了该模式对冬季高原降雪天气过程有一定的预报能力。     

CCN浓度对安徽一次强对流天气影响的数值模拟

应用WRF(Weather Research and Forecasting)模式,采用NSSL初始CCN数据(C=600 cm~(-3)、k=0.6)及南京北郊观测拟合数据(C=4 000 cm~(-3)、k=0.47)对安徽省一次强对流天气进行模拟。结果发现CCN浓度(CASE2)增大后,所模拟的最大雷达反射率较初始情况(CASE1),在强度和云体宽度上更加接近实况,且CASE2生成了更多强对流单体;CASE2的降水落区较CASE1更为接近实况,且中心雨强大于CASE1,这主要由CASE2中第一个单体更强的降水导致,而两者第二个单体贡献值相近。在过程初期,CASE2中云水、冰晶粒子数浓度比CASE1更大,使得云水粒子冻结时释放出比CASE1更多的热量,从而使得云体发展更为旺盛;两者单位质量中雪晶质量和数浓度相差不大;CASE2比CASE1霰雹粒子比含水量更高,从而在融化过程中形成了更强的冷云降水。     

一次冰雹天气的数值模拟及地形敏感性试验

运用WRF中尺度模式对2012年4月12日柳州市出现的一次冰雹强对流天气过程进行了高分辩率数值模拟,较好地再现了冰雹天气发生的热力和动力机制,在此基础上对柳州市北部山脉作降低和升高处理,运用WRF中尺度模式进行了地形敏感性试验,结果表明:(1)此次冰雹天气过程发生在典型的上干下湿不稳定大气层结中;(2)强对流发生需要较长的能量积累时间,但强对流爆发后能量释放迅速且时间短暂;(3)强对流发生前上升运动和正涡度较弱,且当中层有"干侵入"时会出现较弱的下沉运动,但在强对流爆发时上升运动瞬间突增,正涡度迅速增加,强上升运动和强涡度柱到达对流层上部,并出现强的垂直风切变;(4)地形改变对深厚冷空气的影响不大,地形降低使山脉南部急流强度加大,地形升高使山脉南部急流强度减弱,急流核南落,地形升高也使得动力条件明显增强,对强对流的发生更有利。