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。     

分层气流条件下地形降水的二维理想数值试验

利用WRF v3.5中尺度数值模式,在条件不稳定层结下,针对分层气流(基本气流风速和大气湿浮力频率呈二层均匀分布)过山时,地形对降水的影响进行了多组二维理想数值试验,以研究不同高度、尺度山脉和不同方向基本气流对降水形态和分布的影响。模拟结果表明,地形重力波触发对流是地形降水的主要机制之一,地形波的特征(波长、振幅)和传播均受到地形和基本气流的影响,其中,强基本气流流经高而陡峭的山脉时,更容易在其背风坡捕捉到重力波,地形降水呈现多种模态,反之亦然;当改变基本气流与山脉交角时,主要通过影响地形强迫抬升速度、基流对波动稳定性发展来进一步影响地形降水的强度和分布。     

气流的垂直分布对地形雨落区的影响

从大气运动的基本方程出发,讨论了华北地区太行山东侧低空东风气流背景下不同垂直分布气流对降水落区的影响。认为：当垂直于山体的气流随高度减小时,地形的作用表现为迎风坡上水平辐合,造成气旋式涡度增加,产生风场切变,因此对迎风坡降水产生明显的增幅作用。当气流的垂直分布随高度增加时,迎风坡方向表现为反气旋涡度增强,而在背风坡方向产生辐合作用,造成气旋式涡度增加,发生风场切变。     

太行山地形对一次河北暴雨过程影响的数值研究

应用MM5模式对2000年7月5日河北省中南部的暴雨个例进行数值模拟及诊断分析,探讨了太行山脉对于河北省暴雨的影响.结果表明:降水分布在太行山东部迎风坡上,且强降水中心与喇叭口地形相对应,地形雨特征明显.在高分辨率模式模拟中,地形资料越精细,对迎风坡地形暴雨特征模拟能力越好.本次个例中低层东风越大,造成的迎风坡降水越强.近地面层受地形影响,气流表现为局地环流特征,随山脉的起伏,各物理场均有波动的特征.     

地形对低涡大暴雨影响的数值模拟试验

用ＭＭ５模式对１９９８年６月２８￣２９日长江三峡及其附近的低涡大暴雨过程作了初步的模拟研究。通过两种地表方案模拟的对比表明,四川盆地东侧山地对西南低涡的产生没有明显影响,但对这次低涡暴雨的强度及其分布有重要影响,主要表现在：涡前暖湿气流受大巴山－神农架山脉拦截形成迎风麓大暴雨带,鄂西南山区南坡也有迎风坡暴雨区,降水系统在东移过程中受盆地东侧整个山体阻滞迫使上游降水显著增强,下游降水系统在东移过程中     

地形降水试验和背风回流降水机制

利用中尺度数值模式（ARPS模式）研究了湿气流过山脉地形和地形降水的产生机制。研究结果表明，地形降水是水汽、气流和地形相互作用而形成的。小山脉地形降水主要发生在山脉的迎风坡，表现出典型的迎风降水和背风雨影特征。而回流降水天气是湿气流过大的山脉地形的产物，大的山脉地形有利于风切变临界层的产生，地形降水并不只是简单的上坡降水，还有背风回流和背风波降水机制。     

卫星资料揭示的中尺度地形对南海夏季气候的影响

利用一组高分辨率的卫星观测资料, 研究了中尺度地形, 特别是中南半岛长山山脉对南海夏季区域气候的影响。分析表明, 当夏季暖湿、不稳定的西南季风接近长山山脉时, 由于地形的强迫抬升作用在山脉的迎风一侧形成强降水区, 而在山脉的背风一侧、南海西部则形成无降水区或降水量相对较少的区域。另外, 盛行的西南季风气流绕过长山山脉的南端, 在越南东南沿海明显形成一支边界层低空急流。这支低空急流通过其引起的蒸发冷却和沿岸上翻流在其北侧形成一片冷海水区, 该冷水区的形成反过来又对其上的热带对流活动产生影响。研究还表明, 南海中部夏季降水分布呈现东多、西少东西向分布不均匀特征, 而降水这种东西向分布不均匀形成可能与中南半岛上中尺度地形的作用有关, 严重低估中尺度地形的影响可能是造成全球大气环流模式模拟南海季风夏季降水时存在严重误差的主要原因。     

一次鄂西地区暴雨过程中地形敏感性试验研究

利用WRF模式中提供的不同平滑地形方案对2007年5月30-31日发生在湖北西部地区的暴雨过程进行数值模拟。在此基础上,利用WRF模式进行地形高度敏感性试验。结果表明：地形平滑方案与降水的时空分布有很大的相关性,地形越接近实际地形,降水的时空分布越接近实况;地形高度对降水的强度及落区影响较大,随着山脉地形高度的增加,迎风坡和背风坡的2个降水中心带有远离山脉的趋势,当山脉高度达到一定高度以后,迎风坡和背风坡的两个降水中心带又有靠近山脉的趋势。     

豫西地形对一次强降水过程的影响分析

利用中尺度模式WRF 3.3.1模拟了2007年7月29日豫西山区强对流天气过程,并进行了地形高度敏感性试验。结果表明：模式能够很好地再现此次强对流降水过程,模拟降水范围与强降雨中心均与实况较一致。分析对比控制试验和地形敏感性试验结果可知,地形的改变能够在水平和垂直方向上影响环流形势,进而影响降水的落区和中心量级。地形升高和迎风坡梯度增大使近地面层水平风场辐合增强,中层上升运动明显增大,且低层的水汽通量增大,导致雨带横向范围和降水中心量级明显增大;而地形降低和迎风坡梯度减小使山脉对近地面层气流的阻挡作用明显减弱,低层水汽通量显著降低,中层辐合抬升运动明显减弱,迎风坡前强降水中心减弱甚至消失,而山脉下游降水则有所增强。分析地形高度与山前降水的定量关系可知,降水中心量级随着地形升高或降低相应地增大或减小,但二者并非完全的线性正相关。     

地形对超强台风罗莎降水影响的初步分析

为了进一步加深地形对台风降水影响的细节了解,用变分法合成的高分辨率降水资料和地形资料,结合日本再分析资料,对0716号台风罗莎登陆期间地形对降水的影响作了初步分析.过程降水量与地形相关分析表明,沿海地形对降水的影响较大.强降水区主要分布在沿海山体的迎风坡上.分析1小时降水量在不同强度区间的频次分布,发现在山体地形的影响下,山脉区域降水加强.浙江东南沿岸的山体引起的降水增益相对东北沿岸区域的山体偏大.利用日本再分析资料和地形资料计算了气流过沿海山体时的无量纲数Fr值.由于气流Fr较小,气流过浙江沿海地形时更容易翻越山体.抬升位置发生在迎风坡上,因而强降水区也落在迎风坡上.东南沿岸区域的地形对迎风气流的强迫垂直运动在垂直方向上的渗透比东北沿岸区域更深厚,这是导致东南沿岸区域地形对降水增益比东北沿岸区域偏大的原因.     

黄山地区短时强降雨的地形增幅机制

应用黄山地区191个地面自动观测站资料,统计分析了201 5年发生在黄山地区短时强降雨时空分布。统计发现:发生短时强降雨过程次数在午后及傍晚(14和18时)时段中明显增多;黄山山脉及其附近是短时强降雨多发生的中心地带,发生短时强降雨次数分布与山脉形态一致、和地形高度相关,短时强降雨与地形关系密切。分别利用三个典型个例分析了山脉地形动力阻拦和热力对短时强降雨的增幅作用,结果表明:(1)山脉地形迎风坡处因地形抬升速度与地面辐合线相配合降雨增强,水汽收支方法诊断计算降雨增量可达6成;(2)锋面过境山脉时垂直扰动增强水平位温梯度增大锋生,在背风坡处地面涡度、上升运动增强,导致降水增幅;(3)山脉西南区域因地面感热通量差异形成热低压,在该区域增暖增湿,大气不稳定增强,受冷平流影响形成强对流天气,导致山区降水增幅。     

大兴安岭和长白山地形影响东北夏季降水的数值模拟研究

利用区域数值模式WRF-ARW（V3.9）开展高分辨率数值模拟试验,研究了东北地区大兴安岭和长白山地形对该地区夏季降水的单独和共同影响。结果表明,东北地区两大山脉地形可以显著影响东北及其周边区域的大气环流和降水。大兴安岭和长白山地形的阻挡作用使得夏季偏南气流在两个山脉的迎风坡一侧堆积,引起局地水汽增加并产生上升运动,因此两个山脉的迎风坡一侧降水增加;而在两个山脉的背风坡一侧,局地水汽减少并伴随下沉运动,因此两个山脉的背风坡一侧降水减少。大兴安岭地形的存在使得其东侧到松嫩平原地区夏季降水增加1.09 mm d?1（相较参照试验增幅为30%）,而使其西侧蒙古东部地区夏季降水减少0.69 mm d?1（相较参照试验减幅为24%）;长白山地形的存在使得长白山南侧到朝鲜半岛地区夏季降水增加1.76 mm d?1（相较参照试验增幅为26%）,而使其北侧三江平原地区夏季降水减少0.81 mm d?1（相较参照试验减幅为22%）。当大兴安岭与长白山同时存在时,两者的协同作用会减弱蒙古东部、松嫩平原和朝鲜半岛地区夏季降水的响应,而增强三江平原地区夏季降水的响应。该研究结果对于理解东北地区当代气候的形成具有重要的科学意义。     

山地屏障与水汽通道综合作用初探——兼谈大香格里拉自然成因

在我国藏东南地区,东西走向的喜马拉雅山脉与南北走向的横断山脉相交,雅鲁藏布江、怒江和澜沧江穿流于其问,这种特殊的地形条件具有的屏障和水汽通道综合作用对降水分布和气候自然带分布带来特殊的影响.屏障作用阻挡了西南季风的暖湿气流,带来山脉两侧(南北向或东西向)降水和气候自然带分布的巨大差异;同时,在该区,山地屏障作用与水汽通道作用同时存在,两者综合作用形成了特殊的降水和气候自然带分布,为形成人类的理想天堂一大香格里拉地区做出了自然贡献.     

太行山地形对华北暴雨影响的数值模拟试验

利用高分辨率区域气候模式RegCM3对华北地区1996年夏季降水进行了数值模拟,对照中国台站的实测资料,对模拟的夏季降水量日变化特征进行了比较,在此基础上,设计了太行山地形敏感性试验,模拟了太行山脉地形高度变化对1996年夏季发生在华北地区的3次典型暴雨过程的影响.研究结果认为,RegCM3模式能够较好地模拟1996年夏季华北地区雨带位置及主要降水过程,对3次典型暴雨过程中暴雨中心的落区及位置移动均有较好的表现,不足的是模拟的降水量偏大.地形敏感性试验结果发现,太行山地形对华北暴雨天气过程有着重要影响,但是对于不同型态的暴雨过程,地形的影响有不同表现.对于太行山区型暴雨,太行山地形的阻挡和抬升作用导致迎风坡和背风坡降水增加,而去掉地形后太行山两侧降水明显减少;对于回流型暴雨,降水系统从东北地区南部向西南方向移动,低层气流主要为偏东型气流,地形的存在对于降水系统的西移速度及降水落区均有重要影响,去掉地形后太行山东侧降水明显减少;对于东移型暴雨,降水从太行山南麓向东北方向移动,太行山脉对于环流形势的影响并不明显,因而仅影响降水强度,对降水位置影响不大.     

低层偏东气流对贵州梵净山东侧强降水的作用

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、雷达探测资料与NCEP 1°×1°再分析资料等,对低层偏东气流影响下贵州铜仁梵净山东侧4次强降水天气过程进行了分析,重点探讨了在低层偏东气流与地形共同作用下的强降水形成机制,并归纳低层偏东气流影响下的梵净山东侧强降水概念模型。结果表明:(1)高空槽、低层切变线、地面中尺度辐合线是影响梵净山东侧强降水的主要天气系统;(2)低层浅薄偏东气流对梵净山东侧强降水起着关键作用,当低空气流u分量随高度减小时,地形迎风坡气流辐合上升,而气流v分量随高度增加时,地形迎风坡会产生与山脉垂直的水平涡管,在地形抬升作用下涡管向上凸起形成两个涡管环流圈,涡度垂直分量使山脚附近上升气流加强而有利于山脚产生强降水;(3)梵净山东侧强降水区的形成存在三种机制,即迎风坡山脚多次触发对流形成雨量叠加效应、地面中尺度辐合线自身触发组织对流、回波沿地面中尺度辐合线东移形成“列车效应”,三种机制产生的降水带与地面中尺度辐合线走向一致。     

秦岭大巴山地形对陕南强降水的影响研究

通过对地形敏感性试验的数值分析,认为大巴山使秦岭山脊、汉江河谷降水减小;使秦岭东南坡和渭河河谷下游强降水增加,大巴山本身降水增加幅度最大;大巴山峡口地形将大量暖湿气流向北输送,在秦岭南侧和东侧的迎风坡上产生强降水,而峡口两侧由于地形阻挡气流通过,使其下游地区降水减少。秦岭使大巴山和汉江河谷、陕北降水增加,使山脉本身降水减少,秦岭山脉对降水的影响主要是通过地形产生的垂直次级环流实现的;秦岭的地形高度变化与山脊降水量具有反相关关系,与山谷降水量关系不明显。     

重庆地区夏季一次降水过程及增雨潜力的数值模拟分析

利用国家气象中心GRAPES人工增雨云系模式,选取2008年7月4日重庆地区一次降水过程进行数值模拟,分析了重庆地区降雨天气的水汽分布、云系宏微观分布、云中微物理转化和增雨潜力等特征。结果表明：本次降水大气过程中,重庆地区水汽含量极为丰富,水汽分布与地形分布呈明显的对应关系,低层水汽输送较大,整层水汽通量较高,有明显水汽辐合,云中液态水对地面降水影响很大。西南气流和地形共同作用为重庆地区液态水的形成提供了有利条件,在东北部山区迎风坡处大量水汽累积抬升,易形成丰富的液态水。重庆东北部地区水汽向云水转化较强,过冷液态水含量丰富,冰晶含量少,0℃层附近水汽垂直通量较大,降水效率较低,有较大的增雨潜力。     

1311号超强台风“尤特”强降雨过程综合分析

利用常规资料、地面加密观测资料和NCEP再分析资料,对1311号台风"尤特"进入广西减弱成低压引发的强暴雨过程进行了综合分析,结果表明:进入广西后,低压北部有冷空气侵入,导致降水增强;大陆高压阻挡了台风往西行;低层季风气流稳定的水汽输送与中纬度冷锋前部的东北气流的辐合有利于强暴雨过程的持续发展;强暴雨主要发生在大瑶山、大容山以及六万大山山脉迎风坡和喇叭口地带上,地形抬升对暴雨增幅有明显的作用。     

中南半岛地区夏季降水日变化特征

利用TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)3B42RT和3G68 PR 1998-2005年8 a的观测资料,研究了中南半岛地区夏季(6-8月)降水日变化特征.结果表明:整个夏季,中南半岛西侧沿海和长山山脉西侧迎风坡为降水大值区和降水日方差大值区.陆地上平原地区和远海海面降水主要出现在16-19LST(local standard time);沿海海面在07-10LST达到降水最大值.降水在白天由沿海分别向内陆和远海海面传播;夜间,降水从远海海面向沿海地区回传,但没有发现内陆向沿海地区回传.长山山脉西侧迎风坡的一南一北两个区域,表现出明显不同的降水日变化特征,其原因与降水的传播有关.01-04LST,降水大值区出现在泰国湾东部沿海,并向中南半岛岛内传播,16-19LST在长山山脉西南侧形成降水大值区,之后降水进一步沿山脉向西北传播,并于次日01-04LST传到长山山脉西北侧区域,通过降水的这种传播特征从而导致长山山脉迎风坡一侧不同的降水日变化特征.     

全国热带气旋降水量的初步气候分析

利用1949—2009年热带气旋降水资料分析了全国热带气旋降水的时空分布特征。结果表明,全国各地区热带气旋降水的空间分布很不均匀,大致呈现东南—西北向的梯度分布,东南沿海地区降水量最大,西北内陆地区最小。另外,地形对降水的空间分布也有影响,例如东南沿海和山脉迎风坡的地形作用尤为显著。此外,比较不同年份的热带气旋降水的空间分布特征,有很多相似之处,如随经纬度的变化趋势,降水最大中心位置等。热带气旋降水具有比较明显的年代变化和显著的年际震荡。年代变化表现为20世纪50—60年代为大幅增加的过程,60—80年代降水总量基本维持,80年代后期降水呈现明显的震荡趋势。