钟形地形动力抬升和重力波传播与地形云和降水形成关系研究

为更好地理解和认识小尺度地形对降水特性的影响,利用位于云贵高原地区相近的两个国家基准站太华山和昆明站2006—2018年雨季（5—10月）小时降水资料,统计分析了两站降水精细化的时空特征。结果表明,两站的海拔高度差约500 m、站距约5 km,暖季降水量差异不大,但降水的精细特征却存在明显差异,主要表现为：（1）两站的降水量和平均降水强度年际差异不明显,但太华山站多数年份的降水频次远多于昆明站;（2）降水日变化上,太华山站在11—20时的累积降水量要高于昆明站;两站降水频次均具有双峰型特征,但在03—09时和11—17时太华山站的降水频次要明显高于昆明站,00—13时和21—23时昆明站的平均降水强度高于太华山站。（3）两站的降水事件特征不同,太华山站的降水事件次数和累积降水量都明显多于昆明站,主要由持续时间在6 h以上的降水事件贡献。（4）两站降水事件主要为共有降水事件,降水特性差异也主要由共有降水事件造成。太华山站先开始（结束）降水的共有降水事件次数比昆明站多（少）,持续时间（降水频次）比昆明站长（多）,短、长时降水事件的降水量（降水频次）比昆明站大（多）,平均降水持续时间比昆明站多0.36 h。（5）两站单独降水事件占总降水事件的39.9%,太华山站的单独降水事件数是昆明站的1.83倍,而且平均持续时间长于昆明站。

     

地形对重力惯性波传播与发展的影响

本文用ＷＫＫＢＪ方法研究了地形对重力惯性波传播与发展的影响，得到了地形影响下重力惯性波的波作用量守恒方程。结果表明：重力惯性波能量有向地形较高的区域传播的趋势，并且波包振幅上坡时加大，下坡时减小。     

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。     

青藏高原边坡地形重力波拖曳方案应用的个例研究

本文针对我国西南地区的一次持续性暴雨过程,利用WRF模式引入地形重力波拖曳方案进行120h的模拟,对比结果认为引入地形重力波拖曳的模拟效果总体看来略有优势,并详细分析了不同模拟时段的位势高度场,风场,海平面气压场与降水,其结果认为,引入与未引入地形重力波模拟的差异主要出现在48~72h之后,位势高度场方面,72h之后,在青藏高原主体上引入拖曳方案后的模拟结果相对未引入拖曳方案的结果是正偏差,高原下游地区为负偏差,引入后的模拟相对准确;风场模拟方面同样72h以内的模拟差距较小,72h之后高原上出现一处气旋性涡旋,其中心位置的模拟,引入拖曳方案后的结果相对准确,本次个例中出现的一例西南低涡,两实验都能够较好的模拟出700h Pa的气旋性涡旋;降水模拟的结果表明,在72h之后,对于四川地区降水中心位置的模拟,引入拖曳方案的模拟有所提高,但中心依然过强。这方面主要考虑降水的模拟牵涉模式内部更为复杂的处理过程和其他因素,地形重力波拖曳只是其中一个影响因素而不是核心因素。另外此方案对温度场及海平面气压场模拟的影响不明显。理论上讲引入地形重力波拖曳效应的模拟是物理过程相对更为完善的,在本次个例中模拟效果也略优,但在高原下坡复杂地形处长期应用的模拟效果仍需要更多的测试,将在后续工作中加以完善。     

包络地形和重力波拖曳对区域气候模拟效果的影响

用NCAR区域气候模式(RegCM2)的数值试验，研究了包络地形和地形重力波拖曳作用对1991年5、6月份中国区域内气候模拟效果的影响。通过试验结果的对比分析发现，在模式中引入地形重力波拖曳作用可在一定程度上改善模式对气候系统和要素的模拟效果，使模拟结果更符合气候实况。包络地形对模拟结果也有一定的改善，但对于细网格的区域气候模式(RCM)来说，其效果不如重力波拖曳明显。不论是地形重力波拖曳还是包络地形，在模式积分的初期，它们的作用并不明显，随着积分时间的增长，它们对模拟结果的影响程度增大。     

大对流有效位能和条件不稳定下地形降水的三维理想数值研究

利用WRF(V3.01)中尺度数值模式,对具有大对流有效位能和条件不稳定层结下中小尺度地形对降水的影响进行了一系列三维理想数值试验,探讨了不同地形高度、尺度、形状(水平形态比)以及环境气流对降水模态和分布的影响.结果发现:在大对流有效位能(2875 J/kg)和条件不稳定(Nw≈0.01 s-1)下,地形重力波破碎触发...     

垂直切变和地形影响下惯性重力波的发展

采用分层浅水波方程和ＷＫＢ方法，分别讨论了在基流垂直切变和地形的影响下，二维惯性重力波的稳定性及其发展，并根据理论结果试图解释１９９２年６月２１日发生在京津冀的一次飑线演变与惯性重力波之间的关系，这可能为飑线预报提供一种思路     

包络地形和重力波拖曳对气候模拟效果的影响

该文用Nju-PσM的数值试验, 研究了包络地形和地形重力波拖曳作用对7月气候模拟效果的影响.通过试验结果的对比分析, 发现包络地形和重力波拖曳作用都可在一定程度上改善模式的模拟性能, 使模拟结果更符合气候实况.     

一次大暴雨过程中地形重力波拖曳作用的研究

利用WRFV3.9数值模式,对2011年6月9-10日发生在湘鄂赣交界附近山区的一次江淮气旋大暴雨天气过程进行模拟.进行了地形重力波拖曳作用的控制试验和不考虑地形重力波拖曳作用的敏感性试验.结果表明,控制试验能较好地再现江淮气旋及其产生的强降水;模式引入地形重力波拖曳后能够更好地模拟出地形附近雨带的中心位置和强度;地形...     

GRAPES中地形重力波拖曳物理过程的引进和应用试验

在中国新一代全球中期/区域中尺度同化与预报系统(GRAPES)模式中引进了ECMWF地形重力波拖曳物理过程,填补了GRAPES全球中期数值预报系统中物理过程的空白。重新计算了地形重力波过程需要的地形静态资料数据,并与原ECMWF模式的地形静态参数进行了对比分析,验证了模式地形参数的正确性。利用GRAPES模式,进行了地形重力波拖曳物理过程影响的敏感性数值试验;结果表明:引进地形重力波拖曳过程以后,在存在大地形的区域,风场会发生变化,当纬向风遇到青藏高原时,一部分气流会产生爬坡效应而越过高原,使高原上空的西风气流减弱;另一部分气流会绕过高原,在高原的南侧产生绕流;随着模式积分时间的延长,风场变化会越来越明显,地形越复杂,风场的变化也越复杂;连续的模式积分试验结果显示,引进地形重力波过程,可以延长GRAPES模式的可用预报时效,提高了全球形势预报的准确率。通过对一次降水过程的模拟,对地形重力波过程影响降水预报的原因进行了简单分析。结果显示:引进地形重力波拖曳过程后,改变了大气流场的分布,使预报的流场更接近于大气真实状态,从而提高了降水预报的准确率。     

归一化植被指数与降水量,土壤湿度的关系

归一化植被指数是描述植被绿度及生长状况的指数，由于植被生长依赖于环境条件因此ＮＤＶＩ与环境参量的关系是应用ＮＤＶＩ监测环境状况的基础。分别应用位于中国北部的干旱及半干旱地区的降水量资料对ＮＤＶＩ与降水量之间的关系地分析，结果表明仅在干旱半干旱地区生长季末的累积降水量与累积ＮＤＶＩ存在着显著的非线性关系，相关系数为０．７８。     

北京降水特征与西太副高关系的若干统计

利用北京地区20个测站1975—2004年降水资料,以及国家气候中心定义的西太平洋副热带高压(下称西太副高)各指数资料,对北京地区降水的时空分布特征以及与西太副高的统计特征等进行了分析,结果表明:(1)北京地区降水分布不均匀,降水量大值区主要位于怀柔、平谷等中部山区,呈现东部和南部降水多,西部和北部降水少的分布形势。其夏季降水占年降水量的72.5%,其中,北京东部和南部的降水季节性特征比西部和北部更显著。(2)北京地区各站每年平均大雨以上的降水日数在3~8天之内;北京区域平均年降水量与中雨以上的各量级降水日数都为显著正相关关系,尤其是大雨日数降水的贡献,其次是暴雨日数。(3)北京地区年降水有连枯、连丰、枯丰交替的年际变化特征;其夏季降水有弱的准2年的周期振荡。(4)近30年来,随着年代演变,西太副高对北京地区夏季降水的作用有增强趋势。(5)北京区域性强降水日主要出现在7、8月份,约占总区域强降水日数的72%。其中有45.5%的区域强降水日与西太副高影响有关,特别是西太副高与西风槽共同作用的形势约占94.8%。(6)当西太副高平均脊线位于31.6°N,120°E处,西伸脊点位于110.6°E处,副高5880 gpm等高线北界位于37.1°N,120°E处,以及西风槽中点位于108.8°E,40°N,槽线北端位于46.6°N,槽底位于34.8°N时,最有利于北京出现区域强降水。     

归一化植被指数与降水量、土壤湿度的关系

归一化植被指数是描述植被绿度及生长状况的指数，由于植被生长依赖于环境条件因此ＮＤＶＩ与环境参量的关系是应用ＮＤＶＩ监测环境状况的基础。分别应用位于中国北部的干旱及半干旱地区的降水量资料对ＮＤＶＩ与降水量之间的关系地分析，结果表明仅在干旱半干旱地区生长季末的累积降水量与累积ＮＤＶＩ存在着显著的非线性关系，相关系数为０．７８。     

可能最大蒸发量与降水量的关系及其分布

探讨了农田水分平衡中主要因子－降水和蒸发的关系。估算了可能最大蒸发量与水分余亏量，并绘制其空间分布图。这对于掌握雅鲁藏布江中下游地区旱涝发生规律，制定合理的灌溉方案，及评价农业水分资源，具有一定的参考价值。     

京津冀地区近47 a降水量的变化特征

利用线性回归、突变分析和小波分析方法,分析了京津冀地区1960~2006年84个地面台站降水量的变化.结果表明:47 a来京津冀降水量呈下降趋势,气候倾向率为-15 mm/10 a.除夏季外,其余季节降水量均呈增加趋势.由于华北地区夏季降水量集中了全年降水量的60%~70%,所以夏季降水量的显著减少使得年平均降水量呈下降趋势;京津冀地区夏季降水量在1990年代初发生突变,其他季节降水量无突变现象;年和4季降水量大致存在4个周期的变化.     

基于CLDAS的贺兰山区5—9月降水时空分布特征及其与地形的关系分析

利用2008—2016年5—9月中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)格点融合分析降水资料以及降水观测资料,在对CLDAS格点降水融合资料进行验证的基础上,对贺兰山区降水时空分布特征以及与地形的关系进行了分析。结果表明：贺兰山区降水呈“东多西少、南多北少”的分布特征,贺兰山主峰偏西0.1°存在一个超过240 mm的降水高值中心,日降水量极值西侧高于东侧。8月降水量和短时强降水次数最多,11:00—18:00降水次数最多,午后到前半夜短时强降水次数最多。贺兰山区降水以小雨为主,其次是中雨,中雨和小雨雨量占区域总雨量的比例高达85%。贺兰山区降水量随海拔高度的增加而增加,西坡降水随高度的增加率为5.1 mm/hm,东坡降水随高度的增加率为2.1 mm/hm,西坡明显高于东坡。中雨日数与地形高度的相关性较好,其它级别降雨日数与地形相关性不强。