北京地形和热岛效应对一次β中尺度暴雨的作用

针对2010年7月9日北京地区一次典型的β中尺度暴雨过程,利用常规天气观测资料、地面加密自动站资料、风廓线雷达数据以及VDRAS（Variational Doppler Radar Analysis System）提供的精细化分析资料,研究了本次过程中地形、热岛效应以及两者相互作用对暴雨的影响。研究表明：地形的抬升作用对暴雨有明显的增强作用,降水过程中有地形雨带的生成;降水前城区热岛效应明显,由此造成的风场垂直切变和边界层辐合为β中尺度系统提供了有利的触发和加强条件,边界层辐合线的位置对暴雨落区有一定的指示意义;降水在西部山前城区发生后低层偏东风与降水之间形成了明显的正反馈,是β中尺度暴雨得以维持和发展的重要机制。     

地形和城市热力环流对北京地区一次β中尺度暴雨的影响

北京特殊的箕簸型地形和超大城市热力环流对北京局地暴雨的落区和强度有重要影响.利用北京地区丰富的地面和高空观测资料,对2006年7月24日的一次局地暴雨过程中温度、湿度、风场的演变和相互配置进行了详细的分析,揭示了一次系统性冷空气与地形和城市热力环流相互作用并激发产生β中尺度雨带中不同降水中心的精细过程.得出如下主要结论:受北京地形影响,此次冷空气以东北-西南路径影响北京城区,在冷空气明显的条件下,强降水容易发生在温度较高的城区,同时降水中心倾向于出现在温度距平等值线密集且靠近冷空气移动路径的方位,即冷暖交汇最剧烈的位置.地形辐合切变在冷空气到来时得到了迅速加强,为京西城区强对流提供了强有力的扰动源,同时近地面辐合切变的向上传播对强降水的持续提供了有利的动力支持.降水过程中的潜热释放造成风场垂直切变的改变,在一定程度上使风暴中心附近的东南风迅速加强,使得降水所需的水汽条件得以维持.     

地形对台风“海燕”暴雨增幅作用的观测与模拟

1330号台风"海燕"过程影响海南岛的强降水落区和强降水极值点(毛感乡)均位于南部地区,利用海南省区域加密自动站、三亚多普勒雷达以及0.25°×0.25°ERA-interim再分析资料对强降水成因进行观测分析,应用WRF Ver3.1.1模式对"海燕"进行模拟试验。结果表明:(1)"海燕"从海南岛南部近海北上阶段,其外围的偏东风或偏南风与五指山、吊罗山形成向南开口的"厂"字形地形正交,加密自动站和多普勒雷达在五指山区及"厂"字形地形南侧均探测到多个β中尺度风向辐合切变线或气旋性辐合涡旋,毛感乡附近存在明显的风向辐合,地面辐合中心与小时雨量大值区基本吻合。(2)"厂"字形地形迎风坡的强迫抬升导致气流垂直速度增大,毛感乡附近存在的水平的β中尺度辐合切变和垂直的β中尺度环流,有利于边界层辐合和中高层辐散增强,降水显著增幅。(3)数值模拟的强降水落区和降水极值点与实况基本一致,极值雨量较实况偏小;地形对山区及山脉迎风(背风)坡的雨量增(减)幅作用明显;有地形时,在五指山区及"厂"字形地形南侧容易产生β中尺度风向辐合区。     

中β尺度地形与贵州冰雹和暴雨的关系

用滤波方法把贵州省中西部地区的地形分解成中β尺度地形场和较大尺度地形场，从中了解到中β度地形的特殊波形及由此而形成的较大纬向梯度与冰雹和暴雨的频繁发生有关；较大尺度地形的纬向和经向梯度与冰讨饭 和暴雨的频繁发生也有一定的关系。从冰雹和暴雨的个例得知，中β尺度地形引起的较大地 上升速度与冰雹的发生及特大暴雨我降水强度的变化密切相关。     

一次华南暴雨的中尺度结构及复杂地形的影响

文中选取了 1998年 6月 8～ 9日的一次发生在华南的强降雨过程 ,利用观测资料和MM5中尺度模式对这个过程进行了诊断分析和数值模拟 ,研究了该暴雨过程的中尺度结构及华南地区复杂地形的影响。分析表明这次华南暴雨由锋面暴雨和暖区暴雨组成 ,具有不同的中尺度结构 ,其中广西梧州地区暴雨是准静止锋面上的中尺度对流系统造成 ,具有持续时间短 ,强度大的特征 ,MM5模拟的雷达回波强度超过 30dBz ,高度超过 2 0 0hPa ,并在其东、北侧出现闭合的次级垂直环流 ;珠江三角洲的暴雨是暖区暴雨 ,发生在深厚的暖湿气流内 ,85 0hPa上强度超过 16m/s的西南低空急流是影响降水的主要系统 ,该中心暴雨持续时间较长 ,降水强度也达到了暴雨标准 ,模拟雷达回波不明显 ,没有出现局地的次级环流。华南地区的复杂地形在这次华南暴雨过程中主要为动力性作用 ,具体表现在一支冷空气在低层由苗岭和南岭之间南下 ,南海上空一支暖湿气流北上直接到达梧州地区 ,另一支次暖湿空气在南岭的阻挡下由武夷山以南沿南岭和云开大山之间折而向西 ,这三支气流在梧州地区附近汇合 ,形成广西梧州地区的暴雨 ;同时南海上空北上的低层气流被迫向东北绕行海南岛 ,形成一个尺度为 2 0 0km左右的背风面气旋 ,这个气旋的东北部分加强了在珠江三角洲地     

云南冷锋切变型暴雨的中尺度特征分析

利用T106数值预报产品资料，通过中尺度滤波方法，提取云南冷锋切变型暴雨过程中的中尺度降水系统，对其有关物理量的特征及演变进行了分析。研究发现，通过中尺度滤波方法，可以从常规的数值预报产品资料中有效分离出直接导致暴雨的中尺度天气系统，通过对这些中尺度系统的分析及追踪，可以为暴雨预报提供更为客观的预报依据；水汽的强辐合时段与暴雨降落时段有较好的对应关系，暴雨落区比水汽的强辐合区域要稍偏向于水汽输送的下游方向；在该型暴雨的发生过程中，北部冷平流具有十分重要的作用，但南部暖平流的作用也不可忽视。     

中尺度地形对“98.7”鄂东特大暴雨的动力作用

用一个高分辨的 η坐标模式对 1998年 7月 2 1日鄂东沿江特大暴雨过程进行数值模拟 ,得到与实况相吻合的结果。通过敏感性试验和分析 ,研究了局地中尺度地形对这次暴雨过程的影响及其机理。结果表明 ,虽然地形对这次特大暴雨过程的基本面貌并未起到决定性的作用 ,但也有一些重要影响。大别山对边界层南风暖湿气流的阻挡使位于其迎风面上游的暴雨带有所加强。幕阜山对边界层水汽流入的拦截则使位于其背风面下游的暴雨带的初期发展减缓。到了暴雨盛期 ,由于暴雨带南侧有中尺度低空急流出现并正好位于幕阜山区 ,因地形而抬高的摩擦层内的Ekman风矢偏转直指暴雨区 ,加强了暴雨区水汽的辐合。由于强对流暴雨系统盛期近地层气流转为辐散 ,对暴雨维持起关键作用的辐合层升高 ,因此地形抬高的摩擦辐合恰好叠加其上使之增强 ,这可能是此次鄂东沿江特大暴雨过程持续时间长的一个重要原因。     

江淮地区中尺度地形对一次梅雨锋暴雨的敏感性试验

利用美国俄克拉何马大学(University of Oklahoma)风暴分析预报中心研制的ARPS模式对1999后6月13～14日汀淮地区的特大暴雨进行了地形敏感性试验．分析结果表明：中尺度地形通过对动力场和水汽场的扰动对降水的落区和强度有重要影响．各个地形对降水的影响是不同的，同一个地形在不同时段对降水的影响也是不同的．地形和切变线的相对位置是造成这一影响的关键所在。     

城市边界层过程在北京2004年7月10日局地暴雨过程中的作用

从大量的观测事实入手,结合简要的理论分析,揭示发生在北京城区的一次相对孤立的β中尺度对流暴雨系统的启动机制以及城市边界层在这次局地暴雨过程中的作用.研究结果表明:(1) 2004年7月10日北京暴雨前后,局地水汽和天气尺度低空水汽输送条件是非常有利的,但是天气尺度系统的垂直运动对这次北京局地暴雨是存在抑制作用,至少没有明显的帮助.这一点与区域性降雨带中出现的中尺度暴雨中心具有明显区别.(2)暴雨发生在偏南暖湿气流中,首先,可能是位于北京西南的河北涞水和易县附近强雷暴群激发的重力波传播,触发对流不稳定能量释     

一次湖南暴雨过程β中尺度系统分析与模拟

利用常规观测资料、卫星观测的高时空分辨率TBB资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2010年6月19-20日湖南一次大范围暴雨过程β中尺度系统活动特征进行了分析,并利用中尺度模式WRF对暴雨过程进行了数值模拟研究。结果表明:(1)在有利的大尺度环境条件下,存在多个β中尺度系统,主要强降雨团与地面中尺度辐合线活动相联系。(2)卫星资料分析显示,该β中尺度系统首先在α中尺度对流云团前部生成,新的β中尺度系统总是在母体对流云团前被激发出来。(3)模拟输出的高分辨率资料分析结果与观测实况相一致,β中尺度系统首先在天气尺度低涡的前部生成,并有多个β中尺度系统同时活动;在中尺度系统活动过程中,β中尺度系统向下游传播,并存在合并现象。(4)强烈发展的β中尺度系统具有从地面延伸到200 hPa以上的正涡度柱,并配合中低层辐合和高层辐散的散度结构。     

暴雨过程中中尺度地形作用的数值试验

本文利用美国PSU/NCAR中尺度模式（MM4）对1991年7月4—5日浙西皖南山区的大暴雨过程进行了地形作用的数值模拟对比试验。结果表明，中尺度地形对强降水区的分布和强度有重要影响，强降水中心位于山地附近；地形的动力及屏障作用对气流有明显影响；山区的水汽和热量对静力不稳定亦具有相当作用。     

嫩江、松花江流域暴雨的中尺度系统和过程分析

利用雷达回波资料、气象卫星云图和各种加工产品、1h的降水量,分析了大暴雨形成过程中的中尺度活动。讨论了中尺度云团、中尺度雨团发生发展的情况,各种物理量的表现,能量转换作用等。结论指出,暴雨过程中的中尺度云团、中尺度雨团和中尺度切变辐合是必不可少的;地形对中尺度切变的形成、稳定维持和对降水的增幅有相当大的作用;雷达回波的形态、尺度、强度、移动和演变等特征反映了暴雨发生的中尺度过程,对流回波带走向与移动方向一致或积层混合性降水中的强回波区以及“指状”回波区等多易产生暴雨、大暴雨。     

嫩江、松花江流域暴雨过程的中尺度数值模拟

利用MM5和η坐标等中尺度数值预报模式,对嫩江、松花江流域东北冷涡大暴雨过程进行了数值试验。可以肯定这两个模式对这类暴雨有一定的预报能力,能揭示暴雨过程中的一些中尺度特征,在业务上具有很好的应用价值和潜力;数值试验表明,大、小兴安岭和长白山等地形对嫩江、松花江流域的暴雨形成有重要的作用,主要表现在对暴雨落区和范围的影响;切变带上升运动的强迫来自中层偏南气流与偏东干冷气流间强风向切变形成的动力抬升作用;阻塞高压的减弱会导致其底部偏东气流的减弱及后部偏南气流在高层减弱、在低层增强,使高层辐合增强及低层辐散增强,从而使降水减弱,并使系统偏南、偏东。     

暖区暴雨过程中鲁中山区地形作用的数值试验

利用美国宾西法尼亚州立大学和美国国家大气研究中心研制的中尺度模型ＭＭ４对１９９５年７月３０－３１日鲁中山区和胶东半岛的大暴雨过程进行了地形作用的数值模拟对比试验。结果表明，鲁中中尺度地形的动力抬升作用对暖区对流性降水分布及其强度有重大影响。     

复杂地形与锋面系统共同作用对台湾岛暴雨影响的数值分析

应用MM5V2数值模式输出的高分辨率资料对在复杂地形和锋面系统共同作用下台湾暴雨发生的水汽、垂直速度、低空急流等物理量场的中尺度特征进行了分析。表明地形是使锋面降水加强．最终形成暴雨的主要原因。在地形作用下，速度场、湿度场都具有比较稳定的局地特征，台湾岛迎风区保持着比背风区大的湿度场，流场表现为一个地形性中尺度环流。随着锋面系统的不断靠近，局地特征表现为加强和减弱两个阶段。发现迎风坡的低空急流主要是由地形引起的，它的南北向分布不均使空气发生了辐合上升运动，与地形和锋面引起的上升运动叠加，在地形迎风坡形成了一个垂直速度的大值区。有地形比无地形的降水明显加强。     

河南特强暴雨β中尺度流场发展机理的数值模拟研究

采用宇如聪等研制开发的η坐标有限区域中尺度暴雨数值预报模式AREM,对2004年7月16-17日发生在河南的一次特大暴雨过程进行了数值模拟.模拟结果表明:凝结潜热促使对流层中层大气在β中尺度水平范围的气柱内得到加热,中高层大气的等压面抬高并形成β中尺度高压,中低层大气的等压面降低并形成β中尺度低压,上下层的共同作用促进了垂直运动的迅速发展.当上升运动强烈发展时,在其四周有明显的补偿下沉气流出现:在强上升运动南侧,对流层高层辐散气流向南回流导致对流层高层出现中尺度垂直环流圈,它的下沉支融入上升运动区南侧的补偿下沉气流中,并将高空的水平动量带到对流层低层形成一支新的β中尺度急流;在强上升运动北侧,对流层低层发展出了一支中尺度垂直环流圈,其下沉支向南的辐散气流与低层西南暖湿气流汇合,形成β中尺度辐合线,加强了暴雨区上空低层的辐合;在强上升运动东侧,对流层低层也有一支中尺度垂直环流发展,其下沉支中向西的辐散气流使该区域原来较为一致的西南气流出现向东的偏转,从而在西南气流中形成气旋性弯曲,更进一步加强了β中尺度辐合线上的辐合.对流层低层非地转涡度的强烈发展是β中尺度气旋形成的重要原因.最后给出了强暴雨β中尺度流场发展机理的三维空间示意图.     

2002年6月8～9日陕南大暴雨系统的中尺度分析

采用实测资料对2002年6月8～9日陕南大暴雨过程进行分析后认为:除了有利的大尺度条件之外,β中尺度天气系统的发生发展是造成本次强暴雨的最直接原因,这类系统的发生发展具有很强的局地性和突发性.分析表明,对流层中低层水汽的大量集中以及对流不稳定条件的存在可能对此类系统发展提供了有利环境,对其启动的机制作了初步的讨论,认为地形的动力强迫和地面冷锋以及低空急流扰动可能对此类系统的发生发展起了触发作用.     

城市短时强降雨中尺度观测特征分析

通过对2009年5月9日、2007年7月18日和2006年8月28日邢台市3次城市短时强降雨过程的对比分析,应用高时空分辨率的加密自动站资料、雷达风廓线资料,研究其中尺度特征.强降水天气产生在大尺度有利的环流背景下,低层切变线系统、强中低空垂直风切变、地面低压倒槽提供了有利的辐合上升动力条件,低层西南暖湿气流与西风带冷...     

500hPa反气旋环流下滇中暴雨中尺度云团分析

利用GMS-5水汽图像,结合红外云图、micaps资料,对发生于2001年8月13日20时至14日20时500hPa反气旋环流天气背景下的滇中暴雨中尺度云团分析。结果表明：有明显中尺度结构、在红外云图和水汽图像上都白亮的区域是产生强降水的区域;由中尺度强对流系统(MCS)发展成为中尺度对流复合体(MCC),MCC的发展和维持,是直接造成此次暴雨的中尺度系统。物理机制上,高能高湿的潜在不稳定能量的聚集、垂直风切变的存在,是利于暴雨中尺度对流云团发展的有利环境条件,暴雨落区正好集中于(θε陡立密集区;温度平流和非地转湿Q矢量与湿Q矢量散度的进一步分析表明：次级环流导致扰动的不稳定发展,使低层水汽辐合抬升,引起中尺度对流云团发展和加强,是MCC生成的主要机制。     

夏季北京地区强地形雨中尺度结构分析

利用卫星、雷达资料,分析了2002年6月24日北京地区大暴雨的降水云团演变特征,结果表明：中α尺度对流系统减弱过程中经历了中β尺度云团的发展过程,中β尺度对流云团是北京西部局地暴雨的影响系统;在观测分析的基础上进行了数值模拟分析：低层东风气流向西移动遏太行山东坡辐合抬升,黄土高原低层偏西风向东移动,受太行山脉强迫倾斜上升,与太行山东坡的地形抬升叠加,在太行山及其东坡产生强烈的上升运动,并形成垂直次级环流圈,同时,低层的偏南气流在燕山南坡上升,而冷空气偏北气流在燕山南坡半山腰下沉,该次级环流圈是北京西部山区强降水产生和维持的主要物理机制。