江西中西部地区一次暴雨过程的地形敏感性试验

利用常规观测、加密自动站资料和NCEP再分析资料,分析2005年5月江西萍乡地区春季一次暴雨过程发现,该过程仅萍乡南部地区出现暴雨,而中北部地区为小到中雨。考虑到萍乡中南部特殊地形,通过WRF中尺度模式模拟再现这次暴雨过程,并设计降低、增高和移除地形三组敏感性试验探究地形对降水的影响。结果表明：（1）萍乡地形的屏障作用在南部地区造成的风场辐合是南部产生暴雨的重要原因;（2）地形通过影响切变线附近风场辐合以及水汽汇集的位置和强度来改变暴雨的落区与强度;（3）较高的地形造成气流在山前堆积,造成明显的水平气压梯度,使局地气流与背景气流在山前辐合,有利于山前降水增强。     

北雁荡山地形对2020年“黑格比”台风暴雨影响的数值模拟

2020年第4号台风“黑格比”在浙南登陆后过境北雁荡山期间在山区引发了特大暴雨。基于中尺度数值模式WRFV4.0.2对台风进行高分辨率数值模拟,分析北雁荡山地形对此次台风暴雨的作用,并设置了升降地形敏感性试验。结果表明:数值试验较好地模拟了台风移动及特大暴雨的落区和强度,台风大风区明显不对称分布,台风登陆后第一、四象限过境山区,其东侧强偏南气流向山区输送了充足水汽。台风登陆前山区低空存在一条由台风内核拖曳出的狭长螺旋辐合带,水汽通量辐合与风场辐合相一致。台风眼墙过境时沿着降水中心的迎风坡有强烈上升运动,动力条件极好,水汽输送带由近地面向对流层低层延展,山区有零星对流单体触发加强。台风后部环流影响时在高海拔山区风速减弱、绕流激发了中尺度低涡,强降水中心迎风坡上出现持续性、停滞不动的强正涡度中心,是特大暴雨发生的主要原因。地形敏感性试验中无地形时降水减幅40%~50%,地形高度翻倍降水增幅超过60%。     

“8·31”云阳特大暴雨地形动力作用数值研究

利用NCEP再分析资料和WRF模式对2014年8月31日云阳特大暴雨过程进行环流形势分析和数值模拟,并针对大巴山和齐岳山进行地形敏感性试验。结果表明:西南涡、辐合切变线、低空急流是本次暴雨的直接影响系统。大巴山对暴雨的影响主要是阻挡作用和迎风坡作用。大巴山高度降低后,低涡明显向北扩展,降水中心向东北方向偏移,低层辐合减弱导致垂直次级环流上升支强度和对流高度降低使暴雨减幅。齐岳山对暴雨的影响主要是地形狭管效应。齐岳山高度降低后,狭管效应减弱,低空急流强度减弱、位置南压;低层辐合区位置偏南导致垂直次级环流上升支的位置偏南。     

地形对山西暴雨影响的数值模拟研究

为了深入研究地形对暴雨的影响,提高暴雨预报的精准度,利用逐6 h NCEP 1°×1°再分析资料和中尺度模式WRF V3.2.1,对2007年7月29-0日发生在山西南部的一次特大暴雨过程做了地形敏感性数值模拟试验,探讨地形改变后对此次暴雨过程的影响。结果表明:特大暴雨是在有利的环境场及特殊地形作用下发生的,与地形的影响密切相关。山西海拔高度和地形起伏对暴雨落区和强度有重要的影响,降低全省的海拔高度会使暴雨强度减小,落区向西北偏移。在降低晋东南太行山海拔高度的同时去掉地形起伏,则会使低空偏南暖湿气流不再受太行山阻挡,一直北上到晋中吕梁山的东侧才受地形阻挡辐合抬升,导致暴雨北移到吕梁山东侧且落区增大。地形对低层水平风场和水汽的影响也很大,改变地形会迫使近地层水平流场辐合线的位置和强度发生改变,也会改变水汽的分布。喇叭口地形对暴雨有非常大的增幅作用,破坏掉喇叭口地形之后,降水强度大为减弱。喇叭口地形对垂直环流及散度、涡度等物理量场的分布也有很大影响。     

地形对海南岛冬季暴雨影响的数值试验

利用中尺度WRF模式,针对2013年12月14-15日海南岛东南沿岸(五指山山脉的迎风坡)出现的罕见暴雨过程,从地形角度出发设计了一组控制试验和两组敏感性试验,探讨地形对冬季暴雨的影响及可能机制。结果表明:WRF模式能够较合理地模拟出本次降水过程特征以及相关气象要素的变化过程。五指山脉可使对流层低层偏东风和东南风在山前加强、汇合形成辐合带并长时间维持,降水出现在辐合带上。在偏东气流影响下,地形促使其东侧出现有利于水汽抬升的"低层辐合、高层辐散"环流配置,同时阻挡了中低层暖湿气流向西输送,造成地形东侧水汽大量聚集,为暴雨发生发展提供动力条件和充足的水汽。地形均一试验进一步表明,地形高度及起伏共同作用对水平流场分布、垂直运动发展以及水汽输送等影响更为显著,对暴雨增幅作用更为明显,使得降水的分布形式更为复杂。     

习水2014年8月11日特大暴雨天气过程的成因分析

利用常规、非常规资料对2014年8月11日贵州习水发生的特大暴雨天气过程进行分析。结果表明:习水此次特大暴雨主要是在高空低槽发展加深、中低层低涡东移、地面辐合系统共同影响下产生的。低涡切变和地面辐合线在习水境内长时间稳定维持影响是本次大暴雨的主要原因。雷达组合反射率因子表现为回波呈带状分布,具有典型"列车效应";反射率因子剖面图上表现出暖云降水的特征,降水效率高;径向速度图显示,强降雨时段低层存在明显的低空急流和垂直风切变,有利于降水的持续发展;从水汽通量散度场得知水汽供应充足;河谷地形对降雨有增幅作用。     

一次秦岭南麓暴雨中秦巴山区地形作用模拟分析

利用NCEP/NCAR 1°×1°再分析资料对2014年8月30日发生在秦岭南麓一次暴雨天气过程的成因进行了诊断分析,并利用中尺度模式WRF V3.3对此次暴雨过程进行了模拟和地形敏感性试验。结果表明:(1)500hPa西风槽,700hPa、850hPa低涡切变和副高外围西南暖湿气流是暴雨的主要影响天气系统。(2)秦巴山区起伏地形,使陕南降水增多,关中降水减少;而地形起伏大小,会影响关中地区降水落区,地形起伏越大,关中地区降水落区越偏南;若去掉秦巴山区地形起伏,陕南降水落区和强度均减小,雨带北移。(3)秦巴山区对偏南气流的阻挡,使秦岭上空形成一风速梯度大值区,造成风速和水汽的辐合,激发上升运动,产生强降水;当秦巴山区地形高度按比例降低,或去掉秦巴山区地形起伏时,均造成秦岭上空风速梯度减小,水汽辐合减弱,雨强减小。(4)秦巴山区地形对秦岭地区降水有增幅作用,地形高度和降水强度呈正相关,地形越低,层结不稳定条件越差,能量越弱,上升运动越小,雨强就越小。     

太行山地形在“7·19”华北持续性低涡暴雨中的作用北大核心

本文对2016年“7·19”华北特大暴雨进行观测分析和数值模拟,并设置了改变地形高度的敏感性试验,以探究该过程降水系统的发生发展机制以及太行山地形的作用。结果表明:(1)本次强降水过程发生在“东高西低”的有利环流形势下,受太行山地形和平原环流系统影响,低层东风急流造成强的对流性降水和低涡作用的叠置造成“7·19”华北地区持续性暴雨的维持和加强;(2)第一阶段为对流性降水,太行山东麓大气对流不稳定能量释放,大气逐渐转为稳定层结;第二阶段为低涡降水,涡度收支分析表明水平散度项和扭转项对低涡维持和发展起到了主要的正贡献,同时伴随有较强的上升运动和垂直风切变,垂直风切变的增强促使水平涡度向垂直涡度转变;(3)太行山地形在持续性暴雨中对两阶段降水、低涡和水汽的作用存在差异。地形高度敏感性试验中,地形高度增高对低层气流的阻挡和强迫抬升作用增强,使得地形降水增强,低涡路径东移,且强度增大。水平散度项使得对流层低层辐合上升运动增强,造成涡度的垂直输送,这是低涡发展和维持的重要原因之一。太行山地形阻挡截留东部平原水汽,且水汽回流加强,有利于太行山东麓水汽的输送与辐合。     

地形对台风“海葵”降水增幅影响的研究

使用NCEP GFS资料和WRF V3.4模式对2012年第11号台风"海葵"(1211)引发的安徽强降水过程进行数值模拟,通过改变模式中安徽省大别山区和皖南山区的地形高度,设计一组敏感性试验,对"海葵"降水的地形增幅效应进行研究。结果表明:(1)WRF模式对台风"海葵"降水过程有较好的模拟能力。(2)大别山区和皖南山区地形对"海葵"移动路径、强度以及降水分布、强度均有不同程度的影响;不同地形高度下模拟的台风路径及降水分布差异较大,且降水中心强度与地形高度相关性较好,地形对暴雨增幅作用明显。(3)山区地形有利于中尺度辐合线和低涡生成、发展,并有强水汽辐合中心与之相对应;有地形时对流层低层上升运动比无地形时明显加强,对安徽中南部强降水增幅作用显著。     

台风“海棠”特大暴雨数值模拟研究

在福建中北部登陆的台风,往往会严重影响浙江,尤其值得注意的是台风引起特大暴雨经常会发生在浙江东南沿海的南雁荡山区和北雁荡山区,2005年在福建省连江黄歧登陆的台风"海棠"(0505)对浙江东南沿海造成严重影响,是这类台风比较典型个例。文中利用非静力模式MM5模拟"海棠"台风在浙东南沿海造成的特大暴雨,模拟结果与实况对比分析表明,模式较好地模拟了台风降水强度和分布,特别是成功模拟出南雁荡山区特大暴雨中心(南部暴雨区)和雁荡山区特大暴雨中心(北部暴雨区);运用高时空分辨率模拟资料对特大暴雨成因进行诊断分析表明,南部暴雨区涡度低层到高层向西倾斜结构和北部暴雨区高低空强辐散辐合的耦合结构有利于形成暴雨区强烈上升运动,环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动;暴雨区持续不稳定层结和特殊水汽输送通道为特大暴雨提供热力条件和水汽条件。最后对浙南闽北地形对台风特大暴雨影响进行数值敏感性试验表明,温州南、北雁荡山脉地形等高线与台风水汽输送路径正交是造成特大暴雨的重要原因,地形使暴雨增幅明显,地形越高对暴雨增幅越明显,降水分布更加不均匀。比较台风造成南、北特大暴雨条件,发现两者既有环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动、持续不稳定层结以及地形对暴雨增幅作用等相同之处,又有动力结构、维持持续不稳定层结条件以及水汽输送等不同之处。     

乌鲁木齐一次暴雪过程地形敏感性试验

以NCEP资料为初始场和侧边界条件,利用WRF模式对东、西天山地形对2015年12月9—12日大暴雪影响进行敏感性试验,从降水强度和分布等方面对比分析模拟结果,探讨地形在暴雪过程中的作用,对成因进行初步研究分析,结果表明:(1)此次强降雪发生是高空西南急流抽吸、低层风切变及风速辐合、偏北风与地形强迫抬升、地面冷锋移动缓慢等共同造成的。(2)此次暴雪天气过程,地形对强降雪的落区、强度影响很大,东、西天山高度与强降雪强度正相关,东、西天山高度降低、强降雪落区沿环流方向移动。(3)地形动力强迫整体上增强次级环流圈。近地面上升速度中心出现在迎风坡山脚至山腰区域,并向两侧递减,与此次大暴雪中心落区以及乌鲁木齐附近测站降雪量分布吻合,东、西天山地形高度降低50%,近地面上升速度中心值减少30%。地形强迫东、西天山峡谷近地面生成辐合中心和辐合线,辐合中心强度与地形高度正相关。(4)地形强迫抬升有加强水汽辐合汇聚的作用,东、西天山地形高度降低50%,水汽通量与水汽通量散度减少30%。     

“07.08”陕西关中短历时强暴雨水汽条件分析

利用T213资料和地面逐时加密观测资料,对2007年8月8-9日陕西关中短历时强暴雨过程的水汽条件进行了详细的分析。结果表明,关中短历时强暴雨水汽来源于关中周围的高湿区,暴雨期间暴雨区上空水汽浅薄,地面至低层风向快速变化使暴雨区地面到低空湿度经历了减小—突然增加—快速减小的过程,水汽的聚集是通过偏东气流输送实现的,东西向水汽辐合是暴雨区水汽辐合的主要贡献者,北边界水汽的输入、输出和东边界水汽输入的突然增大、减小对暴雨的发生、发展及其结束有一定的指示意义;暴雨中心位于水汽通量大值中心及其下风向的水汽通量辐合中心之间;暴雨区可降水量的大小主要取决于水平水汽通量辐合的大小,水平水汽通量辐合的大小关键在于水平风场形成的辐合大小,而强降水的发生、加强、减弱及消亡与水汽的局地变化和水汽平流的变化关系更加紧密;近地层充足的水汽供应和水汽垂直输送形成的反环流圈使暴雨区水汽、能量迅速增加和抬升,建立了不稳定大气并触发能量释放,强降水开始;反之,形成暴雨的水汽条件不复存在,强降水结束。     

2000年8月16日环北京地区强降水过程分析

2000年8月16—17日,环北京地区出现较大范围暴雨天气过程。利用NCEP再分析资料并结合地面、高空观测资料,对本次暴雨过程的成因进行了初步的分析,结果表明:在高空西来槽和东北冷涡的环流形势下,高空辐散强迫抽吸作用和低层辐合共同作用造成强上升运动、低层有向北京地区的水汽输送,在以上两个条件成熟的情况下,前期对流不稳定能量的聚集和适时释放,也是造成此次强降水的主要原因之一。     

2008年6月26日锡林浩特暴雨天气过程分析及服务情况

受高空冷涡和鄂海高压的共同影响,2008年6月26日锡林浩特市出现了一次暴雨过程。通过分析表明:(1)700、850hPa的切变线,为降雨提供了辐合条件和触发条件。(2)地面冷暖锋维持少动,T-logP图中的不稳定能量和充沛的水汽,使降雨量增大。(3)雷达回波显示为絮状,东北移的过程中有气旋性运动,且有最大速度模糊,风向随高度顺转,对强降雨的发生有很好的指示意义。同时,根据分析结果,及时、到位的做好服务工作,有效减少了人民群众的财产损失。     

0679香山局地大暴雨的中小尺度天气分析

利用Doppler雷达、地面自动站、Profile垂直风廓线及GPS水汽分布等多种新型探测资料, 对2006年7月9日夜间发生在北京西郊香山附近的局地大暴雨天气的影响系统和γ-中尺度强降雨落区形成的动力机理进行了精细分析。对雷达等本地多种探测资料的精细研究表明:地形辐合回波带是造成这次过程的主要影响系统。地形辐合回波带上中气旋回波块的滚动更迭是大暴雨落区形成的直接原因; 近地面辐合对大暴雨落区强降雨的发生具有重要作用。大暴雨落区形成阶段近地面3种辐合同时存在:平原东南风与山区偏北风风向切变辐合、平原东南风在山脉阻挡作用下的抬升辐合、大暴雨落区中心的γ-中尺度气旋性辐合。研究还表明:山前近地面地形辐合扰动, 向上传播, 引发边界层扰动的动力过程是香山大暴雨落区形成的主要动力源, 而来自东南方向近地面层的暖湿平流为大暴雨提供了有效的水汽和能量。     

川东平行岭谷对四川盆地暴雨影响的数值试验

利用地面自动站观测和NCEP/NCAR再分析资料,对2014年8月8～9日四川盆地区域暴雨过程进行分析,利用WRFV4.0模式开展了数值模拟研究,在模拟结果和实况较为吻合的情况下,通过地形敏感性试验,分析了川东平行岭谷对暴雨落区和强度的影响。研究表明:本次暴雨过程发生在西太平洋副热带高压被热带气旋切断的形势背景下,由高空槽稳定维持所造成,WRF模式控制试验能够较好的重现此次暴雨过程。川东平行岭谷对降水的落区和强度有较大影响,升高的川东平行岭谷使盆地中部到北部的雨带西移,使盆地西部降水量增加、北部降水量减少。进一步研究表明,升高后的川东平行岭谷通过地形辐合和强迫抬升改变四川盆地700hPa环流形势及850hPa的水汽辐合分布,从而影响四川盆地降水落区和强度,其对850hPa环流形势的影响较小。      

东北冷涡背景下浙江省两次强降水过程的对比分析

受东北冷涡西南部冷空气南下影响,2009年6月初浙江省连续发生了两次不同特点的强降水过程。利用常规气象观测资料、自动站资料、NCEP再分析资料及卫星TBB资料,对这两次东北冷涡背景下的强降水天气过程的大尺度环流背景和动力、热力及水汽输送条件进行对比分析。结果表明：同在东北冷涡天气背景下,由于中低层温度场配置不同、上下游系统强弱不同,导致浙江省发生的天气现象不同。6月2日降水是一次连续的区域性暴雨过程,雨带呈带状分布,以层状云降水为主,其低层为大范围的辐合,高层辐散,且低层辐合强于高层辐散;低空存在西南急流,为暴雨提供了重要的水汽和动力条件,大气层结比较稳定。6月5日强降水是一次强对流天气过程,降水分布不均匀,强度大,历时短,高、低空没有大范围的辐合辐散区,也没有低空西南急流,前期水汽条件较差,降水过程以热力作用为主;大气层结不稳定触发了强对流天气的发生,出现局地暴雨。两类暴雨的预报着眼点分别为：第1类区域性暴雨的预报重点为高层辐散、低层辐合结构和低空西南急流;第2类局地性暴雨的预报重点为大气的不稳定度与东北冷涡后部冷空气的干侵入。     

“21.7”郑州极端暴雨的形成过程及致灾机理分析

2021年7月19—21日,郑州地区出现了罕见的极端暴雨天气,过程累计降水量达到了732 mm,引发了严重的城市内涝,造成了巨大的人员和财产损失。利用国家级自动观测站逐小时降水数据和欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析资料(ERA-5)分析了郑州地区"21.7"极端降水过程的降水特征以及其影响系统。结果表明:此次降水过程降水量大,持续时间长,强降水范围集中在郑州及周边地区,强降水时段集中在20日14时以后,其中郑州站20日17时小时降水量达到了201.9 mm·h^-1,超过了历史极值。降水过程中南亚高压东移,郑州位于200 hPa高空槽前,500 hPa副高加强西伸,与大陆高压对峙,郑州位于低压区形成低空辐合高空辐散的高低空配置。郑州低空850 hPa有东南急流发展,产生东风切变线同时伴随着地面辐合线影响郑州地区,东南急流也将西太平洋上的水汽输送至暴雨区,并在地形阻挡作用下在郑州地区汇集。低空急流与强降水在时间上有明显同步,急流在地形作用下产生的辐合抬升也在暴雨区形成强烈的垂直上升运动,对此次极端暴雨的产生和维持有明显的影响。     

一次暴雨过程受不同系统影响的动力热力场结构特征

本文使用常规观测资料、卫星云图、自动气象站降水量以及0.25°×0.25°的NCEP/NCAR再分析资料,对出现在东北地区北部受不同系统影响的连续2d暴雨过程的热力和动力场结构特征展开研究。结果表明:24日为暖锋锋生暴雨,暴雨范围大;25日为台风暴雨,暴雨出现在台风移动路径上,为狭长带状。暴雨是由MCS活动造成的,每次短时强降水均与TBB低值中心相对应,台风倒槽内的MCS强度比暖锋云系内的MCS弱,但是降水强度却更大。台风安比携带大量暖湿空气,其东侧的低空急流向北输送热量和水汽,水汽辐合集中在边界层内,台风暴雨的水汽辐合强度比暖锋暴雨更强烈,所造成的雨强更大。暖锋暴雨期间,小兴安岭迎风坡地形的辐合抬升作用明显;高层强辐散及地形辐合抬升作用对暴雨有较大贡献。台风暴雨期间,低空辐合,特别是水汽辐合作用对暴雨有较大贡献;辐合区位于台风倒槽附近,倒槽表现为冷锋性质。     

A Numerical Study of the Severe Heavy Rainfall Associated with Typhoon Haitang （2005）

Typhoons landing in the central and north of Fujian Province often seriously impact Zhejiang Province. Much attention has been given to exceptionally torrential rain in the South/North Yandang mountainous regions in the southeast of Zhejiang Province associated with typhoon-landing. Typhoon Haitang （2005） is a typical case of such a category, which landed in Huangqi Town of Lianjiang County in Fujian Province, and meanwhile greatly impacted Southeast Zhejiang. A numerical simulation has been performed with the PSU/NCAR non-hydrostatic model MM5V3 to study the torrential rain associated with Typhoon Haitang. The comparison of simulated and observed rainfalls shows that the MM5V3 was able to well simulate not only the intensity but also the locations of severe heavy rain of Typhoon Haitang, especially the locations of the south/north heavy rain center areas in the South/North Yandang mountainous regions. Meanwhile, the diagnostic analysis has been also carried out for better understanding of the severe heavy rain mechanism by using the model output data of high resolution. The diagnostic analysis indicates that the westward tilt of the axis of vorticity from lower layer to upper layer over the south heavy rain center area and the coupled structure of convergence in the lower layer and divergence in the upper level over the north heavy rain center area, were both propitious to stronger upward motion in the layers between the mid and upper atmosphere, and the secondary circulation induced by the vertical shear of the ambient winds further strengthened the upward motion in the heavy rain areas. After Haitang passed through Taiwan Island into the Taiwan Strait, the water vapor east of Taiwan Island was continuously transferred by typhoon circulation towards South Wenzhou, leading to the torrential rainfall in the South Yandang mountainous region south of Wenzhou. Subsequently~ Haitang moved northwards, the water vapor belt east of Taiwan Island slowly advanced northwards, the precipitation rate obviously enhanced i