一次西南低涡形成过程的数值试验和诊断(一)——地形动力作用和潜热作用对西南低涡影响的数值试验对比分析

本文用中尺度有限区域模式对1981年7月11—14日的一次西南低涡暴雨过程进行数值试验,并讨论了地形动力作用和潜热加热对西南低涡形成的影响。 在基本试验中,较好地模拟了西南低涡的形成,其位置以及引起的降水量与实际情况比较一致。地形试验表明,地形动力作用对高原南侧的西南气流具有明显的阻挡作用,并决定着西南低涡的形成。潜热试验表明,潜热通过加强西南低涡上空高层辐散和低层辐合,使该低涡发展。     

地形对1998年7月鄂东特大暴雨鞍型场的影响

利用中尺度η坐标模式对1998年7月21～22日鄂东特大暴雨过程进行了数值模拟,通过地形敏感性试验,分析了地形对鞍型场和低空急流的影响,概括了鄂东地区β中尺度低涡及特大暴雨形成的概念模型。结果表明,在全地形的情况下,降水和实况接近,700 hPa鞍型场稳定维持,鞍型场位置和实况接近,鄂东地区的β中尺度低涡形成于鞍型场中性点附近;而无地形试验模拟降水量偏小、降水开始时间偏迟,河套地区高压和西南涡偏北,造成700 hPa鞍型场偏北,鄂东地区无法形成β中尺度低涡。青藏高原地形对其北部及南部气流的阻滞、绕流作用以及侧边界的摩擦作用对河套地区高压和西南涡的形成和维持有重要作用。积分时间越长,地形的作用越明显。在全地形试验中,汉口南侧中尺度低空西南风急流的加强是β中尺度低涡形成的重要因素,当加强的西南中尺度急流传播到(或形成于)鞍型场中性点附近时,其左侧容易形成β中尺度低涡,并在合适的热力条件下得到发展。     

一个六层亚洲有限区域模式及对一次西南涡过程的数值模拟

本文介绍的六层亚洲有限区域模式包含了地形作用和地面摩擦、动量、热量和水汽的水平和垂直方向扩散过程（其中包括了下垫面感热作用）、水汽凝结潜热、云和辐射作用以及积云对流等物理过程。并运用新的有效的计算气压梯度力的方法，为减少青藏高原引起的σ面上的初值（由p面到σ面）的插值误差，用了初始时刻的迭代插值方法。另外，利用上述模式，以1981年7月11日12时客观分析为初始场，对青藏高原背风坡地区的西南涡形成过程进行了数值模拟试验，较成功地研究了青藏高原动力作用对西南涡形成和发展过程的影响，模式还较成功地模拟出在西南涡形成过程中在我国西南地区低层西南风急流的迅速形成和维持过程。如果降低模式地形高度（如将青藏高原降至3000 m以下），地形的坡度也变小了，西南涡的模拟就不能成功。本模式所用的新的气压梯度力的计算方法，使预报效果得到了改进。     

青藏高原的动力和热力作用对高原低涡形成的数值试验

本文通过适用于高原地区中尺度系统的6层σ坐标原始方程模式,采用理想初始场,进行高原低涡形成的数值试验。同时还研究了地形作用,感热和潜热等多种物理过程对中尺度高原低涡的贡献。通过敏感性模拟试验,揭示了高原低涡形成的物理机制,以及青藏高原动力和热力作用对高原低涡形成的影响。     

一种新型西南低涡逐步订正识别方法

西南低涡是形成于青藏高原东侧的特殊天气系统,国内学者目前对于西南低涡的识别没有统一的标准。通过分析西南低涡的主要特征,结合高度场、涡度场、风场,设计了一种适应于西南低涡的HVW识别方法,将其应用于2014年6—8月GRAPES-MESO高分辨率格点分析资料,对比与西南低涡天气图实况的差异。通过对西南低涡的识别、低涡生成和消亡时间、低涡中心位置以及低涡中心强度这几方面的具体分析,得到以下几点结论:1)HVW识别方法能够有效识别出高精度格点资料中的西南低涡过程,与格点实况的吻合率达到87.5%;对于天气图和格点资料都能够再现的西南低涡个例,HVW识别方法的准确度能够达到90.9%,说明HVW识别方法能够有效捕捉西南低涡。2)以天气图实况资料为西南低涡生命时长检验标准,HVW识别方法能够合理分析低涡的生成和消亡时间。3)对西南低涡中心位置偏差进行分析发现,HVW识别的西南低涡中心位置不仅位于西南低涡气压低值附近,更位于风场辐合中心。4)对西南低涡中心强度的评估发现,格点实况与HVW识别方法分析的西南低涡强度差异几乎可以忽略,充分说明了HVW识别方法包含了格点实况的高度场信息,也说明该识别方法的西南低涡中心强度可以用来代替格点实况结果。通过对2014年6—8月西南低涡过程的具体分析,验证了HVW逐步循环定位方法的可行性、合理性以及准确性。     

高原涡诱生西南涡特大暴雨成因的个例研究

利用多途径探测与再分析资料,通过诊断分析、数值模拟和敏感性试验,对2008年7月20～21日一次高原涡东移诱生西南涡并引发川中特大暴雨的天气过程进行了初步分析,探讨了西南涡特大暴雨发生的中尺度环境场特征,特殊地形和非绝热物理过程在高原涡东移诱生西南涡特大暴雨中的作用。结果表明,高原涡形成后沿高原东北侧下滑,在四川盆地诱生出西南涡,川中特大暴雨在西南涡形成过程中由强中尺度对流系统(MCSs)的活动造成。高原涡东移诱生的低层偏东气流在川西高原东侧地形的动力强迫抬升作用下,释放对流有效位能激发出MCSs产生强降水,降水凝结潜热加热反馈驱动西南涡快速发展。地形的动力作用仅能形成浅薄的西南涡,降水凝结潜热的加入才能使西南涡充分发展。高原涡的发展主要受地面热通量影响,它的发展与否在很大程度上决定西南涡能否形成。盆地周边高大山脉对西南涡的位置分别有不同程度的影响,而盆地周边高大山脉上叠加的中小尺度地形对西南涡和暴雨带的整体位置影响不大,在一定程度上影响暴雨的落区。     

西南涡发生发展机制中热力强迫作用的数值试验

利用WRF模式对2011年6月16—17日由西南低涡触发的一次四川盆地强降雨过程进行模拟分析,从边界层内的热力学特征角度分析西南涡发生、发展成因。结果表明:如不考虑地面热通量,虽然能模拟出西南涡,但西南涡的强度和位置与实际情况相差较大,且模拟结果基本没有再现降水;地面加热在西南涡的发展过程中起维持作用,西南涡的发展主要受降水凝结潜热的加热作用,降水凝结潜热的释放在很大程度上决定西南涡能否形成。     

一次青藏高原夏季低涡的数值模拟研究

本文利用美国NCAR中尺度模式MM4对1979年6月29－30日一次500hPa高原低涡的生成发展过程进行了数值试验模拟研究。通过对绝热、非绝热、有无地表感热潜热及降低地形等六个对比试验，分析指出：（1）模式对500hPa高原涡中心位置预报与实况吻合，中心平均强度实况接近，平均玫水亦接近（略偏少），落区略有偏差，故可认为对低涡的预报基本合理。（2）低涡主要由非绝热过程引起（22．6，10^－5s^－1），而动力过程是很次要的（6．0）；在非绝热过程中潜热的贡献（8．0）远比由积云对流及湍流所引起的地表感热通量（14．6）小；地表热通量的贡献主要为地表感热通量（13．4），而地表蒸发作用很小（1．2），这与文献[6]的诊断分析结论一致。（3）由半地形高度隆起至全地形时，动力作用对低涡强度的贡献由2．0增至6．0，非绝热过程的贡献由7．2增到22．6。可见模式中真实地处理地形高度是很重要的。本文虽只作了一例，但结论（2）与大量低涡诊断分析的统计结果一致。     

四川“81.7”特大暴雨和西南涡的数值模拟

本文利用复杂地形条件下嵌套细网格预报模式、由欧洲中心的格点资料,设计了六组不同的模拟试验方案,对1981年7月11—15日四川大暴雨及西南涡过程进行了48小时数值模拟。结果表明,本模式较好地预报了这次大暴雨及西南涡过程。对这次西南涡及暴雨过程的发展,凝结潜热有最重要的影响,青藏高原地形的阻挡作用也有重要影响,地面感热和潜热通量、地面摩擦及边界层内的侧向摩擦对西南涡的发展、上升运动和降水的加强也有一定的贡献。     

集合敏感性方法在高原涡和西南涡引发暴雨过程中的应用

基于欧洲中期天气预报中心ECMWF的集合预报和美国国家环境预报中心NCEP再分析等资料对2013年6月30日一次高原涡和西南涡作用下的四川盆地暴雨过程进行了分析。结果表明:(1)高原涡东移并和西南涡耦合加强导致了持续性暴雨的形成,集合预报的高原涡和西南涡之间的动力特征量(位势高度和涡度)的相关系数随时间逐步增大,表明两个低涡呈现出逐步耦合加强的特征;(2)集合敏感性分析可以用来揭示降水预报对于天气系统的敏感性,结合高度场和风场反映出低涡对暴雨的影响,此次过程暴雨对高原涡比西南涡更加敏感,在集合预报对西南涡预报不确定性较小的情况下,集合成员对高原涡的预报是影响降水强度和落区预报的关键因子,与实况更加接近的最优集合成员与控制预报相比,预报的高原涡强度更强,位置偏东;(3)30日,夜间降水量对低涡的动力特征量较白天更为敏感,主要是因为夜间暴雨是由高原涡和西南涡垂直耦合加强引发的,动力作用较明显,而白天的暴雨热力作用更加显著。     

青藏高原动力和热力作用对季节转换期全球大气环流影响的数值研究

利用ＣＣＭ１（Ｒ１５Ｌ７）－ＬＮＷＰ模式,以１９９６年３月１７日的国家气象中心客观分析资料为初始场,分别采用有、无青藏高原两种方案,数值研究了青藏高原对５月份全球大气环流季节转换的影响。试验结果表明：北半球初夏,青藏高原区域用同纬度地区的一个中空热源,其作用可以在２００ｈＰａ层形成一个２２４Ｋ的暖中心,使大气增暖７Ｋ以上。高原地形的动力和非绝热作用使得南极大陆２００ｈＰａ层大部分地区降温６Ｋ左右,最大负中心可达－８．２８Ｋ,这对于南半球由夏至冬过程中,环极涡旋的强度加深和范围扩大是有利的。高原地形作用对北半球大气环流平均槽脊的形成和维持有十分重要的影响,它加强了高原所在纬度带北侧（减弱了南侧）由南向北的正温度梯度,同时也增强了３０°Ｓ附近由北向南的正温度梯度,从而有利于季节转换过程中全球中纬西风带的整体北移和初夏亚洲季风环流的形成。同时高原地形作用在赤道及低纬地区形成的位势增加区,有利于南半球热带高压脊的北退和北半球副高增强北移。此外,它还有利于南半球极地东风带的增强和５００ｈＰａ层环极低压带的强度减弱,同时增加了罗斯海附近的极涡强度,对赤道的索马里急流的形成也有重要影响     

夏季青藏高原低涡形成和发展的数值模拟

本文利用一有限区域数值预报模式和综合订正后的1979年6～8月FGGE IIIb级资料，选择该年雨季中三例包含形成和（或）发展阶段的较典型的青藏高原低涡过程，设计了控制性试验和降低高原地形、无地面感热和潜热通量、无凝结潜热、减小温度递减率、增大气柱斜压性、无摩擦影响的十余组试验方案，进行了24 h或48 h数值模拟。最后提出了青藏高原低涡发生发展的概念模式。简单地讲，青藏高原低涡可看作是一种强烈依赖于青藏高原地形，同时又受层结稳定度、地面热通量和凝结潜热控制的局地性低压涡旋。     

不同地形和下垫面对冬季地中海气旋发展影响的数值模拟

通过数值模拟方法对一个冬季地中海气旋发生和发展的可能机制进行了研究。控制试验和对比试验结果指出，阿尔卑期山背风坡是气旋的有利生成地；但阿尔卑斯山和阿特拉斯山的存在与否，对冬季地中海气旋发展的影响不大。下垫面替代试验结果指出，冬季地中海作为一个非绝热加热源，对其气旋的发展有着十分重要的作用当以陆面或沙漠代替地中海面时，则气旋的发展显著减弱。地形替代试验结果指出，当青藏高原移到地中海西部，并且二者配合     

加热和水汽对两例高原低涡影响的数值试验

利用卫星黑体亮度温度(TBB)资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及中尺度非静力平衡模式MM5,对2005年7月28～29日和2009年7月29～31日两次高原低涡过程进行了控制试验以及绝热、无地表感热、地表感热加倍、无蒸发效应、无凝结潜热、无水汽等六组敏感性试验,着重讨论了2005年7月28～29日高原低涡发生、发...     

SENSITIVITY EXPERIMENTS ON INFLUENCES OF UPLIFT OF QINGHAI-XIZANG PLATEAU ON CIRCULATION IN SUMMER

A coupled general circulation model in a zonal belt is used to simulate the variation of circulationfeatures in the process of uplift of the Qinghai-Xizang Plateau.The results reveal that the heatingrates of the Plateau increase with the rising of the Plateau topography,and the latent heating compo-nent in the heating field tends to be the most important heating factor.The uplift of the Plateau en-hances the upward motion,intensifies the pressure systems in the high and low level atmosphere,re-inforces Southeast Asia monsoon strength,increases precipitation and severely decreases the surfacetemperature over the Qinghai-Xizang Plateau.However.the basic structures of the general circulation do not vary much due to the uplift of theQinghai-Xizang Plateau.and it is the land-sea distribution that is the decisive factor to form the pre-sent circulation pattern and monsoon.Therefore,to simulate the paleoclimate during the geologicalperiod people should consider more factors,especially the land-sea distribution.     

SENSITIVITY EXPERIMENTS ON INFLUENCES OF UPLIFT OF QINGHAI-XIZANG PLATEAU ON CIRCULATION IN SUMMER*

A coupled general circulation model in a zonal belt is used to simulate the variation of circulation features in the process of uplift of the Qinghai-Xizang Plateau.The results reveal that the heating rates of the Plateau increase with the rising of the Plateau topography,and the latent heating component in the heating field tends to be the most important heating factor.The uplift of the Plateau enhances the upward motion,intensifies the pressure systems in the high and low level atmosphere,reinforces Southeast Asia monsoon strength,increases precipitation and severely decreases the surface temperature over the Qinghai-Xizang Plateau.However.the basic structures of the general circulation do not vary much due to the uplift of the Qinghai-Xizang Plateau.and it is the land-sea distribution that is the decisive factor to form the present circulation pattern and monsoon.Therefore,to simulate the paleoclimate during the geological period people should consider more factors,especially the land-sea distribution.     

Effects on Asian Monsoon of Gigantic Qinghai－Xizang Plateau and Western Pacific Warm Pool

朱乾根，胡江林ＥｆｆｅｃｔｓｏｎＡｓｉａｎＭｏｎｓｏｏｎｏｆＧｉｇａｎｔｉｃＱｉｎｇｈａｉ－ＸｉｚａｎｇＰｌａｔｅａｕａｎｄＷｅｓｔｅｒｎＰａｃｉｆｉｃＷａｒｍＰｏｏｌ￥ＺｈｕＱｉａｎｇｅｎａｎｄＨｕＪｉａｎｇｌｉｎ（ＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ...     

物理过程和分辨率对西南涡演变的中尺度模拟影响

本文运用PSU/NCAR中尺度模式第四改进型(MM_4),对“81.7”四川暴雨期西南涡的演变进行了一系列96和72小时数值模拟;其目的在于研究模式物理过程和空间分辨率以及行星边界层(PBL)参数化对西南涡生成和发展模拟的影响。96小时的控制试验(方案Ⅰ)结果表明:水平分辨率160km和总体PBL的10层MM_4对西南涡发展模拟得较好,但对其生成只有初步模拟的能力;各种物理过程主要影响西南涡演变的强度,而对其位置影响较小;去掉潜热释放会显著影响西南涡在后期的发展;没有地面通量将使西南涡的生成和发展强度明显减弱;于试验不能模拟出西南涡在整个暴雨期的发展,且使其移速略快,无摩擦试验指出,地面摩擦对西南涡的生成是不重要的。提高模式空间分辨率和采用高分辨PBL模式,能使西南涡生成和发展位置的模拟有明显改进,但其强度一般偏强于实况。事实表明,进一步完善模式物理过程、改进PBL参数化和提高模式空间分辨率将是十分必要的。     

高原低涡东移过程的水汽图像

通过对1998年8月3-5日水汽图像分析发现；（1）对流层中，上部水汽涡旋的出现，东移、消失对高原低涡的形成，东移、消失有指示意义。（2）与高原低涡相伴的水汽涡旋的东移，变化与贝加尔湖东南部低压所伴有的气旋水汽带的东移，变化是密切相关的，（3）高原低涡的形成与印度洋，阿拉伯海，印度有大范围强水汽向东北输送到高原有关，在向北输送的水汽减弱时，青藏高原地形对水汽输送的屏障作用是明显的。     

大地形对行星波空间结构及其移速影响的数值试验

本文采用p-σ混合坐标十二层初始方程模式，研究了青藏高原与东亚实际地形对于行星波空间结构影响效应问题。本文数值试验表明:青藏高原动力效应与大地形结构特征显著相关；大地形因素的影响可以导致行星波在移动过程中其空间结构呈复杂变化，即引起行星波在大地形南北坡的位相差、系统的变速现象及结构的形变等特征。