2012年8月中旬四川大暴雨的数值模拟及地形影响试验

利用WRF模式对2012年8月17~18日四川出现的一次大暴雨过程进行模式模拟和诊断分析,并通过对地形敏感性试验讨论川西高原至川东过渡带陡峭地形对此次暴雨的影响。结果表明,WRF基本成功模拟出2012年8月中旬四川中部大暴雨过程,对环流形式预报与实况较为一致。此次过程水汽来源台风低压及副高外围携带的水汽。川中云团发展阶段对应四川中部多个站出现强降水,该对流云团发展是引发本次降水的重要因素,而对流层中低层高温高湿环境对对流云团发展提供有力的环境。地形敏感性试验表明,陡峭地形高度与降水强度呈正比,通过影响陡峭地形周边物理量特征场分布从而影响暴雨区降水强度;相对湿度的影响小于温度对降水强度的影响作用。     

Monte-Carlo 法模拟复杂地形对扩散的影响

不考虑边界层中层结作用，引入Kao得到的复杂地形中的平均流场分布和近十年来PBL实验和理论研究导出的新的湍流统计量参数化关系，本文用Monte-Carlo模式模拟了复杂地形对扩散的影响，结果表明:地形的影响主要是迎风坡抬升和背风坡下沉；陡峭地形和平缓地形的影响不完全相同；在陡峭地形和大的平缓地形的背风坡能够形成空腔区，空腔区内出现闭合的浓度中心，且地形越陡峭，闭合浓度中心的范围越大；大地形对扩散的影响可以掩盖其下风方小地形的影响。     

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。     

急流和地形对阳江一次特大暴雨的影响

利用中尺度数值模式WRF对2020年6月1日的阳江特大暴雨进行模拟和分析。结果表明：WRF的模拟结果很好地再现了该次暴雨的过程。通过控制试验和地形敏感性试验对比，发现将阳江及附近地区的山地移除后，降水区远离阳江地区，发生在粤西北山区。进一步分析表明，边界层急流为这次降水的发生发展提供了充沛水汽的前提条件。阳江附近山地对边界层急流的阻挡和抬升作用是降水发生发展的关键因素：一方面地形阻挡边界层急流增强相当位温水平梯度，增强对流不稳定性；另一方面，地形对边界层急流的抬升作用增强辐合上升运动产生对流。同时，边界层急流出口区配合低空急流入口区的抽吸作用，导致降水系统发展强盛。     

天荒坪地形对暴雨增幅作用的成因分析

通过对天荒坪地形特征及历史上26个暴雨一大暴雨过程,湖州地区地面风场资料的分析,提出了影响天荒坪暴雨地形增幅的几种成因。     

青藏高原东侧陡峭地形对一次强降水天气过程的影响

利用高分辨率中尺度模式分析资料,研究了青藏高原东侧陡峭地形对一次暴雨天气发生发展的影响。结果显示,青藏高原地形对大气环流的动力阻挡作用形成了本次暴雨过程的水汽输送通道,青藏高原东侧陡峭地形结构造成了四川西北部和黄河上游的强水汽辐合中心,并使低层高能舌和能量锋区位于海拔较低的四川盆地,在四川盆地对流层低层建立起位势不稳定层结。青藏高原东侧陡峭地形结构引起了低层偏东气流强烈的垂直上升运动,最强的垂直上升运动出现在东西风垂直切变与陡峭地形交汇处,激发不稳定能量释放,促使强对流猛烈发展,暴雨过程中高原东侧还有一个中尺度涡旋的发生发展相伴。青藏高原东侧暴雨区最显著的热力特征是高温高湿区域仅出现在对流层低层,最显著的动力特征是强涡度柱也仅出现在对流层低层。     

Monte—Carlo法模拟复杂地形对扩散的影响

不考虑边界层中层结作用，引入Ｋａｏ得到的复杂地形中的平均流场分布和近十年来ＰＢＬ实验和理论研究导出的新的湍流统计量参数化关系，本文用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ模式模拟了复杂地形对扩散的影响，结果表明：地形的影响主要是迎风坡抬升和背风坡下沉；陡峭地形和平缓地形的影响不完全相同；在陡峭地形和大的平缓地形的背风坡能够形成空腔区，空腔区内出现闭合的浓度中心，且地形越陡峭，闭合浓度中心的范围越大；大地形对扩散的     

西南低涡暴雨的边界层诊断分析

应用有限元方法，诊断分析了１９８２－１９８６年西南涡暴雨天气，重点是１９８３年５－９月四川６次西南涡暴雨天气的边界层动力特征。得到：行星边界层与西南涡暴雨具有密切关系；成都边界层东北风对应西南涡暴雨过程；边界层内正涡度、辐合、上升运动的出现、增强、减弱与西南涡暴雨的发生、发展、结束相联系；与青藏高原地形相关的边界层风场的动力作用，是西南涡暴雨产生的一个重要原因。     

特殊地形及地形梯度对西昌发射场暴雨的影响

研究了西昌发射场特殊地形及地形梯度对其暴雨天气的影响。对比分析表明：2004年6月23日暴雨过程属于低涡切变型暴雨，6月27日暴雨过程属于两高辐合型暴雨。利用MM5V3．7进行了多组地形敏感试验，结果表明：场区北侧山脉对场区降水量影响明显，西昌东侧山脉对西昌降水量影响明显。地形梯度分析表明，西昌地区所处的河谷地形和场区所处喇叭口小地形，有利于中小尺度气压扰动的发生、发展和暴雨的产生，当地形梯度减弱时，降水量相应减弱。     

青衣江流域“93．7”特大暴雨天气分析

青衣江流域是我国著名的多暴雨区。从天气学角度，对１９９３年７月２８～２９日，该区域产生的一次特大暴雨天气过程的大尺度环流及天气尺度影响系统、物理量场特征、中尺度特征、地形作用等分别作了较深入的分析。结果表明：此过程为一典型的青衣江流域中β尺度暴雨过程。它产生的原因为，１００ｈＰａ南亚高压东西向脊线位于该区域上空，５００ｈＰａ青藏高压东移后高原低涡切变迅速增强并促使地面──７００ｈＰａ中尺度地形涡旋强烈发展，而迎风坡和喇叭口地形对暖湿空气的强迫辐合和抬升，在很大程度上，加大了降水强度．太阳对地表面辐射增温及边界层的感热、潜热汇对中尺度地形涡旋的形成和发展起重要作用。     

—η模式中高分辨边界层方案及对降水影响的数值试验

利用16层垂直不等距中尺度1模式，引入高分辨边界层湍流闭合方案，且将垂直分层加密至21层。将改进后的模式用于边界层过程的模拟，结果表明，改进后的模式能较好地模拟出边界层的日变化过程及边界层结构；通过对暴雨个例的数值模拟，发现改进后的模式对降水预报的TS评分，特别是暴雨TS评分有明显提高；最后对边界层过程影响暴雨的机制进行了简单的探讨。试验表明，地表潜热通量结合低空急流的水平输送是夏季切变线和准静止锋这一类强降水形成的主要原因之一。     

太行山地形对“96.8”暴雨影响的数值试验研究

利用ＭＭ４模型,设计了４种模式地形方案,讨论了太行山地形对“９６．８”暴雨降水量的贡献;并利用垂直运动和水汽通量等物理量,探讨了太行山地形对本次暴雨过程增幅作用的机制。结果显示,太行山地形对本次暴雨过程的降水中心强度及位置有显著影响,具有６０％增幅作用。太行山地形对垂直运动及水汽辐合也都具有增幅作用。模式地形越真实,预报结果越好,地形越高,降水增幅作用越明显。     

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。     

成都边界层风场演变天气意义的检验

应用１９９３年４月２５日￣５白４日四川盆地加密观测探空资料，分析了四川盆地边界层风场变化规律及其与４月３０日￣５月１日盆地初夏少见的大范围大风、冰雹、暴雨天气过程的关系。通过分析进一步证实：西邻青藏高原的成都是四川盆地天气变化的关键信息点；在高原盆地特定地形的影响下，成都边界层风场呈规律性变化，其全息图像是：当成都边界层为东北风时，四川盆地边界层维持气旋式偏东流场，处于辐合、正涡度、上升运动区中，     

一次华北暴雨过程中边界层东风活动及作用

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°逐6 h分析资料、微波辐射计资料及FY-2E气象卫星及雷达探测资料,针对2013年6月4日发生在北京及周边地区的一次暴雨过程中边界层东风活动及作用进行了天气学诊断分析,结果表明:对流性暴雨过程伴随有源自东北平原的边界层东风活动,东风活动具有尺度小、降温明显和湿度大等特点。暴雨过程是边界层东风和中低空暖式切变线、偏南风急流和500 hPa短波槽共同作用的结果;东风湿冷空气的锋面抬升和地形抬升作用共同加强了中低层暖湿气流的辐合上升运动,同时东风冷垫和地形抬升作用触发了雷暴的再次发生,相应雷暴具有高架对流特点。东风气流起到了边界层水汽输送作用,中低层偏南暖湿气流为暴雨的产生提供了充足的水汽和不稳定层结条件。     

地形涡旋与降水

大尺度山地对天气的影响早在十八世纪就引起人们的重视。起初仅限于现象描述,随着探测手段的增多,开展了地形对大气环流和天气系统影响的研究。关于喇叭口地形,气流汇合对暴雨的贡献已有过一些分析。近年来我们通过对1968—1977年和1980年6—7月大别山区地形与暴雨的分析,发现小尺度地形对天气的影响也不可忽视,得出边界层山地存在着     

夏半年成都边界层风场与四川盆地暴雨的关系

本文分析了四川盆地５个测站边界层风场的变化及其与暴雨天气的关系。结果表明，成都边界层风场变化表现出明显的规律性，０，３００，６００和９００ｍ高度平均风场主要为东北风和西南风交替出现；成都边界层风场的这种变化与其处于青藏高原边缘和四川盆地特殊地形环境有直接关系；并且当成功边界层平均风为东北风时，四川盆地未来产生暴雨天气；当为西南风时无降水天气。这种与高原盆地地形相关的边界层动力激发作用是四川盆地暴雨     

四川盆地大气气溶胶污染时空变化的地形影响研究进展

四川盆地作为我国一个特殊的大气气溶胶污染区域,亟待厘清其大气污染时空变化与独特盆地地形影响相关机理。本文综述了近年来一系列相关研究成果,包括:（1）揭示了四川盆地大气环境变化中大地形影响作用,青藏高原东侧区域气溶胶空间分布“避风港”效应,以及大地形热力强迫对盆地空气质量变化的“气候调节”影响; （2）探明了四川盆地大气边界层结构对大气气溶胶变化的影响,冬季重霾期间大气边界层垂直结构变化特征及其相关PM_2.5物理化学特性;（3）明晰了大气气溶胶在四川盆地暴雨过程中的重要作用机理,以及四川盆地气溶胶高污染分布导致的降水分布型态的气候变化。这些研究提升了四川盆地气溶胶污染形成机理及大地形对大气环境变化影响效应的科学认识,并表明未来应该深入研究四川盆地地形背景下独特大气边界层结构,人为与自然源排放和环境大气物理-化学过程变化。      

边界层和陆面过程对中国暴雨影响研究的进展

总结了近年来我国学者关于边界层和陆面过程对中国暴雨影响的研究成果。此类研究主要应用中尺度数值模式,有的对边界层过程和陆面过程做敏感性试验,有的则对模式中边界层和陆面过程参数化作改进。结果表明：边界层和陆面过程对我国暴雨有明显影响。主要表现在影响暴雨的强度以及使暴雨中心位置有一定的变动,但决定暴雨发生发展的主要因子是大中尺度动力过程。对边界层和陆面过程的改进能有效改善数值模式对暴雨的模拟。     

一次华南低空急流和暴雨过程的对比数值试验

在文献「４」成功地模拟华南前汛期一次低空急流和暴雨过程的基础上，分析讨论了４个对比数值试验。结果表明：凝结潜热加热和青藏高原大地形对暴雨的产生，华南低空急流的维持是十分重要的；不同的边界层过程以及华南地形的作用只表现在雨量的大小和分布上。