“雅安天漏”研究进展

围绕青藏高原东侧“雅安天漏”现象,综述了近40多年来“雅安天漏”的天气、气候与气候变化研究的主要进展;在分析前期研究薄弱环节的基础上,从基本特征、复杂地形、热源与边界层结构、形成机理、天气气候联系、区域气候响应等方面,提出了“雅安天漏”研究中存在的6 个主要科学问题,并指出了综合观测、科学试验、资料分析、理论研究和预报技术是“雅安天漏”未来研究的重点方向。     

边界层参数化对“雅安天漏”降水数值模拟的影响

选取了2001年7月3个“雅安天漏”个例,采用非静力中尺度数值模式MM5V3进行模拟,着重研究了MRF边界层参数化方案对雨量中心强度和雨区分布的影响,结果发现MRF方案的总体预报效果较好,并能很好地刻画雅安暴雨时的纬向垂直环流结构;在复杂地形条件下,特别是降水有明显日变化的地区,边界层的作用非常重要。     

边界层参数化对“雅安天漏” 降水数值模拟的影响

选取了2001年7月3个"雅安天漏"个例,采用非静力中尺度数值模式MM5V3进行模拟,着重研究了MRF边界层参数化方案对雨量中心强度和雨区分布的影响,结果发现MRF方案的总体预报效果较好,并能很好地刻画雅安暴雨时的纬向垂直环流结构;在复杂地形条件下,特别是降水有明显日变化的地区,边界层的作用非常重要.     

青藏高原东侧“雅安天漏”旱涝年降水特征

利用四川省雅安市1951~2008年逐日降水资料和1969~2000年逐小时降水资料,统计分析了青藏高原东侧雅安地区4个典型旱年和4个典型涝年的降水量、降水频率的多时间尺度变化特征。结果表明,雅安旱年的平均年降水量为1242.9mm,涝年的平均年降水量比旱年多1010mm。旱年汛期降水量占旱年降水总量的70.4%,涝年汛期降水量超出旱年一倍,且占涝年降水总量的81.1%。旱、涝年降水量的季节变化明显,且涝年的季节差异更加显著;雨强与降水量的季节变化相似,夏季达到最大,且旱、涝年年雨强和汛期雨强的差异很明显;旱、涝年之间的雨日差异要小的多,季节差异也不突出。旱、涝年降水量和雨日的最大值、最小值出现月份不同,旱年降水量7月最多、1月最少,而涝年降水量8月最多、12月最少。另外,旱、涝年白天、夜间的月降水量和月雨日最大值出现时间不同,并且不同降水强度,旱、涝年降水量和雨日的逐月变化也有较大差异;旱、涝年降水日变化与夜雨特征都突出,但夜间降水量和频次远远大于白天。旱、涝年降水量和频次的最大值、最小值出现时间有差异,旱年最大小时降水量在01时,最小在14时。涝年夜间小时降水量为双峰结构,最大小时降水量在23时,另一最大值在03时,最小在16时。旱年和涝年最大小时降水频次均出现在00时,最小分别出现在14时和15时。并且,降水量和频次从谷值到峰值的增加速率超过了从峰值到谷值的衰减速率;进一步分析发现,随着降水强度的增加,其夜间降水量越容易出现多峰值的波动,且旱、涝年夜间降水量和频次的差值也越明显。其中,旱年中雨和大雨降水量和频次高于涝年,但涝年暴雨降水量和频次远高于旱年。     

“雅安天漏”研究 III：特征、物理量结构及其形成机制

本文的这一部分首先进一步分析了第二部分的预报结果,结果发现,在本文第二部分所建立的模式,不仅较好地预报出了24小时总降水量,而且也较好地预报出了“雅安天漏”的降水特征和降水中的物理结构。模式基本上抓住了形成雅安降水的主要影响因子。然后通过一系列精心设计的数值模拟试验得到了形成雅安降水的可能机制。     

“雅安天漏”预报

本文基于《“雅安天漏”研究》的结果,总结出了“雅安天漏” (雅安地区≥2站日雨量≥50mm的降水过程)的预报思路及有关指标,特别重要的是,对暴雨的强度和落区也提出了客观的和业务化的预报方法。可供预报人员在研制预报方法时或暴雨预报中参考。     

雅安“天漏”的形成及其预报

雅安地区位于青藏高原东麓,地处四川盆地西缘,由于盆地及青藏高原的大地形影响,降水特多,年平均降水量达1800多毫米,为全省之冠,尤以盛夏季节,暴雨频繁,雨日很多,素有“雨城”和“天漏”之称。一、雅安地区暴南的气候特点雅安地区有八个县,东西宽100多公里,南北长230多公里,从整个地势看,是西北高,     

“雅安天漏”研究 I：天气分析

雅安位于四川盆地西缘、青藏高原东麓。由于特定的地理和地形条件所致,降水特多,夏季暴雨频繁,历来素有“天漏”之称。本文基于大量的“雅安天漏”（区域暴雨）个例资料,从气候、大尺度环流、物理量合成、地形作用和中尺度系统等方面进行了研究。结果表明:“雅安天漏”是在青藏高原东坡特定的地形作用下产生的特殊降水现象,其气候特征具有显著的中尺度特点,“夜雨”显著,环境场条件和中尺度系统的物理量结构等方面,都有异于华北、华东和华南等地的暴雨。     

“雅安天漏”研究II．数值预报试验

本文建立了一个用于研究“雅安天漏”的有限区域数值预报模式，并用该模式对１０个“雅安天漏”个例进行了数值预报试验，取得了较满意的结果。该模式动力框架的主要特点是：（１）模式的基本方程组便于构造出完全能量守恒的差分格式；（２）采用了静力扣除；（３）模式的垂直坐标选用了η坐标；（４）选用Ｅ网格作为变量的水平分布形式；（５）位势高度与其他预报量在垂直方向交错分布；（６）对Ｅ网格的波解分离问题采取了特殊的处理技巧；（７）首次采用“半格距”差分解决了矩形Ｅ网格及球坐标Ｅ网格沿对角线的差分计算；（８）采用显示分解的时间积分方案；（９）尽量保留初始场信息。模式的物理过程主要包括：（１）大尺度凝结降水；（２）对流调整及对流降水；（３）水平扩散和垂直通量输送；（４）地面辐射收支和边界层参数化。试报降水的主要降水中心及降水范围与观测分析比较相似。大于１０ｍｍ和２５ｍｎ降水的ＴＳ平均评分分别为０．４１和０．３２。     

“雅安天漏”研究 II. 数值预报试验

本文建立了一个用于研究“雅安天漏”的有限区域数值预报模式，并用该模式对10个“雅安天漏”个例进行了数值预报试验，取得了较满意的结果。该模式动力框架的主要特点是: (1) 模式的基本方程组便于构造出完全能量守恒的差分格式；(2)采用了静力扣除；(3)模式的垂直坐标选用了η坐标；(4)选用E网格作为变量的水平分布形式；(5)位势高度与其他预报量在垂直方向交错分布；(6)对E网格的波解分离问题采取了特殊的处理技巧；(7) 首次采用“半格距”差分解决了矩形E网格及球坐标E网格沿对角线的差分计算；(8)采用显示分解的时间积分方案；(9)尽量保留初始场信息。模式的物理过程主要包括: (1)大尺度凝结降水；(2)对流调整及对流降水；(3)水平扩散和垂直通量输送；(4)地面辐射收支和边界层参数化。试报降水的主要降水中心及降水范围与观测分析比较相似。大于10 mm和２５ mm降水的TS平均评分分别为0.41和0.32。     

“雅安天漏”数值模拟的初步试验(摘要)

雅安位于四川盆地西部,西接青藏高原,地处高原东南麓陡峭坡地边缘,兼有“迎风坡”和“喇叭口”的地形特点。无论是年雨量、年雨日或大到暴雨频数,雅安都是高原东侧的一个最大值区,历来素有“天漏”之称。1984年,彭贵康等人的工作,从气候角度研究了雅安地形与降水的关系,基本弄清了雅安“雨多”和“雨大”的原因,但在数值及动力研究方面,迄今仍为空白。     

夏季青藏高原热源对下游降水影响的研究进展

青藏高原作为耸入对流层中层的“巨大热岛”,其产生的热力强迫对东亚以及全球的天气气候起着举足轻重的作用。因此,关于夏季高原热源对下游降水影响及其机理的研究有助于加深对青藏高原影响下游天气气候的认识,提高青藏高原及下游降水的预报水平。本文针对青藏高原夏季热源的时空分布及演变特征、青藏高原热源在不同时空尺度上对下游降水的影响规律及物理机制,总结了已有的相关研究进展,指出了存在的主要问题,并展望了未来不同时空尺度上青藏高原热源对下游降水影响的研究方向,提出了值得进一步加强研究的重点与难点问题。     

850hPa低空急流影响下的一次雅安暴雨天气过程分析

利用地面、探空和雷达实况观测资料,以及ECMWF-ERA5逐小时再分析资料,分析了雅安地区2020年8月29～30日一次区域性大暴雨天气过程。结果表明：台风和副热带高压配合下的低纬环流对此次暴雨天气的低层水汽输送有重要影响。850hPa偏东风低空急流的建立触发了强对流的产生,低空急流的稳定维持为持续性强降水输送了水汽和不稳定能量;低空急流和喇叭口地形的共同影响在雅安东部地区形成了稳定的低涡,并使中尺度对流系统在该地区稳定少动,从而导致了此次区域性大暴雨天气过程。     

近几十年青藏高原热源影响西南地区夏季降水的研究进展

本文对近几十年关于青藏高原热源、西南地区降水变化以及二者之间的影响研究进行了回顾。结果表明:1)青藏高原热源的变化存在明显的区域性、季节性和时间阶段性。不同来源和时间长度的资料,对热源计算结果有一定影响,但对于夏季热源的结论都比较一致。2)西南川渝地区的降水,在川西高原、云南中部以北高海拔地区年总降水量呈明显增加趋势,而在四川盆地、贵州东部丘陵地区年降水量呈减少趋势。降水的减少和增加存在明显的时空分布特征,区域性和季节性变化明显。3)青藏高原热源与西南地区降水之间有明显的关联。但对于不同热源区对于西南地区降水的影响研究较少。     

干旱半干旱地区尘卷风研究进展

尘卷风是一种发生在对流边界层的垂直涡旋,多发生在干旱半干旱地区,其旋转过程中强上升气流携带大量沙尘粒子,成为沙尘气溶胶排放的一个重要起沙过程。然而,相对于沙尘暴研究,目前对尘卷风及大气边界层的起沙过程的认知相当有限。从尘卷风发生的时空变化、边界层特征、形成原因和输沙量4个方面对尘卷风当前研究状况进行总结,并指出当前尘卷风研究重点及未来研究方向。     

青藏高原大气科学试验研究进展

该文对半个世纪以来, 我国气象工作者在青藏高原研究, 特别是1979年和1998年两次大规模青藏高原大气科学试验科学成果进行了全面回顾, 给出近年来青藏高原研究许多有重要价值的研究成果, 可概要地归纳为以下几个方面:两次青藏高原大气科学试验在青藏高原边界层研究、对流特征研究方面取得新进展, 发现许多新的观测事实。证明青藏高原也可能是低频振荡源地。试验发现青藏高原摩擦层风的Ekman螺线及热力混合层特征, 发现青藏高原上对流边界层高度可达2200 m, 湍流边界层高度比平原地区明显偏高; 研究给出了青藏高原近地层与边界层动力、热力结构及其湍流、对流云特征可构成青藏高原地区边界层的综合物理图像。追踪分析研究发现, 连续成串从青藏高原中部或东部发生、发展的对流云团族呈显著东移的特征, 认为长江暴雨洪水的初始对流云系统可追溯到青藏高原; 研究发现, 在适当的云天条件下, 在青藏高原上可观测到极大的太阳总辐射、有效辐射和地表净辐射。青藏高原地面反照率的变化产生热源、热汇的区域影响效应, 这种源汇带来季节性和区域性的变化将进一步影响到大气中长波波形的季节尺度变化, 研究还强调指出青藏高原雪盖的年度变化的反馈作用表现对行星尺度环流特征的影响, 在热带洋面也产生对SST异常的相互作用与影响; 青藏高原与亚洲季风系统影响研究取得显著进展; 研究发现, 青藏高原“感热气泵” (SHAP) 的有效工作导致了青藏高原地区由冬到夏大气环流的突变及南亚高压的突然北跳, 并维持着亚洲季风期; 研究揭示出青藏高原周边“大三角”区域是影响我国长江中下游暴雨的水汽输送关键区, 揭示在青藏高原地区及其东部水汽输送的“转运站”特征。水汽流向东的“转运”效应对长江梅雨期洪涝形成甚为重要; 青藏高原大气物质输送及其臭氧异常特征研究取得进展, 研究发现夏季在青藏高原上大气臭氧总量有一明显的低值中心存在, 并且发现拉萨的臭氧递减趋势比我国东部同纬度地区大, 而拉萨位于青藏高原臭氧低值中心的区域。     

沙漠气象若干问题研究进展

沙漠占据地球陆地面积的1/4,沙漠天气和气候对全球生态、环境及气候等的影响一直都受到社会各界极大关注。本文参考国内外有关沙漠气象学研究的代表性著作,简要回顾了沙漠气象学的国内外发展历史,并从沙漠表层物理特性研究、沙漠天气与边界层研究、沙漠气候研究、沙漠影响区域及全球环境研究等多个方面阐述了沙漠气象学的研究进展。最后对沙漠气象学研究提出了展望。     

雅安“8·26”特大暴雨的天气分析

2003年8月25日晚8时30分至26日凌晨1时许,四川省雅安市雨城区发生228．1mm的特大暴雨,给当地造成了历史罕见的灾情。本文主要从天气学角度,对该降水过程的大尺度环流及天气尺度影响系统、水汽输送及源地、中尺度系统特征和地形作用等进行了分析。结果表明：雅安“8·26”特大暴雨过程是一次典型的登陆热带气旋与“雅安天漏”中β尺度地形涡旋相互作用的暴雨过程。此过程产生的大尺度环流背景及天气尺度影响系统是：对流层上层南亚高压一直稳定在青藏高原中部,雅安市上空100hPa为南亚高压的辐散场;对流层中层西太平洋副热带高压主体持续加强西伸,位于南海的“科罗旺”台风稳定西进,雅安市处于副高边缘湿润的东南气流和高原切变线前部的辐合上升气流中;对流层低层受对流层中层高原切变线和登陆台风东北侧强东风急流的激发,地形涡旋强烈发展。“科罗旺”台风东北侧和副高西南侧,850～700hPa天气尺度的低空偏东急流及其风速脉动,从热力（水汽、感热、潜热输送）和动力两个方面激发暴雨区的中β尺度系统迅速、强烈的发展。暴雨过程的水汽输送主要是靠“科罗旺”强台风的作用,水汽源地主要来自南海。暴雨中的地形作用非常显著,青衣江河谷喇叭口地形和迎风坡对暖湿空气的强迫辐合抬升,对降水有很大的增幅作用,暴雨中心地形雨的比率高达60％以上。     

多普勒激光雷达探测台风“利奇马”边界层风场精度分析

多普勒激光雷达在台风等强天气背景下的探测能力亟待研究,为此将多普勒激光雷达与70 m测风塔超声风温仪在同址同高度探测台风"利奇马"影响期间的边界层风场数据进行对比,并分析多普勒激光雷达的误差分布以及变化情况。结果显示:在高度70 m上,两者的水平风速、风向相关系数分别为0.97和0.99,垂直风速的相关系数为0.36。以超声风温仪为参考值,激光雷达水平风速、垂直风速和风向均方根误差分别为1.06 m/s、0.46 m/s和17.10°。深入研究表明:降水对多普勒激光雷达测量水平风速和垂直风速误差均有一定影响。当激光雷达信噪比大于2 000时,各参量的误差与信噪比呈负相关关系。研究表明多普勒激光雷达至少可以较好地刻画台风环流内的水平风场结构及演变,可应用于台风外围环流影响下(即较弱降雨条件下)边界层风场的高分辨率探测和研究。