地形对降水的影响研究概述

简要回顾了近些年来有关地形对降水影响的研究进展。介绍了地形的动力效应和热力效应,详细分析了地形的动力、热力效应引起的降水和云物理变化。重点分析了地形对气候尺度、天气尺度、中尺度及对流性天气系统降水的影响。简单地讨论了在研究地形对降水影响时观测分析、气候统计、理论分析及数值模拟方面存在的问题及其未来发展前景。     

对流云降水过程中地形作用的数值模拟

该文利用地形追随坐标三维云模式，对湖北的一次对流降水过程进行了平坦地面和理想斜坡地形的模拟试验。结果发现平坦地面模拟的回波强度、最大降水强度和累积降水都与实况有相当的差距。理想地形的对流过程虽然不能模拟出对流群中多单体的生消过程，但最大降水强度和累积降水都比平坦地面的大，更接近实测结果。模拟试验表明，在地形坡度较大时，会产生较强的上升气流，从而使系统对流发展旺盛，产生较大的降水和较强的回波。所以在模拟山区和丘陵地带的对流系统时，采用地形坐标并考虑地形将会改善模式的模拟结果。     

赤峰地形与降水的关系

赤峰市地处内蒙古高原向松辽平原过渡地带。北部为大兴安岭南段山地（其海拔高度为１６００～１９００ｍ）,而燕山山系的七老图山（海拔高度最高为１９００ｍ）屏于西部,努鲁儿虎山（海拔最高为１４００ｍ）横亘于东南侧,构成了三面环山一面开口的半环形。地势西高东低...     

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。     

定量研究雅安地形坡向坡度对降水分布的影响

利用四川省雅安市30 m分辨率基础高程数据,提取栅格的坡向和坡度参数,将雅安307个区域自动站在2017年汛期(6—9月)共50次的降水天气个例,分为16次大尺度降水和34次中小尺度降水,使用对应时次的欧洲中心细网格0.25°×0.25°再分析风场资料,根据不同的站点地形高度将风场合成平均风场,和各站点地形的坡向和坡度计算出其动力抬升作用,同时使用当天日照和天文太阳辐射值来计算地形的热力抬升作用,与对应降水过程的降水分布进行多元线性回归,根据回归的标准系数的大小确定各自变量对降水分布的影响,得出以下结论:(1)中小尺度降水中,地形的热力抬升作用对降水分布的影响作用最大,其次是海拔高度,地形的动力抬升作用在三者中对降水分布的影响最小;(2)在大尺度降水中刚好相反,地形的动力抬升对降水的分布影响作用最大,海拔次之,热力抬升作用在三者中影响作用最小;(3)日降水量最大值的站点海拔高度基本位于1 000 m左右,与抬升凝结高度对应较好;(4)从长期的统计来看,地形的动力作用和地表的植被情况对降水分布的影响最大。在实际预报工作用,根据不同的降水类型,关注不同的动力和热力作用对于判断降水分布大值区的位置有较好的参考作用。     

松嫩流域两类降水过程中地形作用的数值试验研究

降水过程中的地形影响长期以来已经得到广泛地关注,松嫩流域的地形对降水落区和强度的改变已有一些相应的分析,但多集中在天气分析方面。本文利用黑龙江省中尺度数值预报业务系统对两次暴雨个例进行了数值模拟和试验。试验采取降低地形高度和去掉地形两种方式。实验结果表明,降低高度后产生的影响不大,而没有地形时的结果与实况和数值模拟的结果有明显的区别;大兴安岭和小兴安岭的影响非常明显,地形的作用主要表现在对气流的抬升作用和阻挡作用。这个试验对预报主要降水的落区和强度有一定的指导意义。     

地形对华北地区夏季降水影响的数值模拟研究

行星大气中地形效应的研究一直是人们十分重视的问题。本语文利用引进的ＮＣＡＲ－ＲｅｇＣＭ２模式就地形对华北地区夏季降水的影响进行了数值模拟研究。结果表明,华北地区西部和北部的山脉地形对华北地区夏季降水有着非常重要的影响。尤其是对一些局地地区,甚至起到了决定性的作用。当降低地形高度时,华北地区夏季降水将明显减少。其物理机制可能主要有两点,一是降低地莆高度后,使华北地区迎风坡地形抬升作用减弱,从而减少了     

西南涡加密资料同化对西南区域模式降水预报的影响

本文基于2017年西南涡加密观测试验的四川省11个观测站的探空资料,利用西南区域9km和3km分辨率数值天气预报模式系统,开展了数值预报同化试验。同化试验每日06和18UTC各进行一次,持续40天。西南区域9km分辨率数值预报系统(SWC-WARMS)的模拟结果表明,加密探空观测资料对四川高空观测起到了补充。同化后可以改善模式初始场,有助于提升24小时降水预报的ETS评分,对小雨到大雨量级的BIAS评分也有一定的改善。西南区域3km分辨率系统得益于分辨率的提升,相比SWC-WARMS减小了大暴雨空报面积。同化加密探空观测可以提升降水预报的ETS评分,但空报面积也有所增加。     

WRF模式不同地形平滑方案对降水预报的影响

基于重庆市气象局中尺度数值预报业务系统,开展不同地形平滑方案对模式降水预报的影响研究,详细对比WRF模式中不使用地形平滑方案以及使用s-d-s和1-2-1两种平滑方案生成的静态地形高度场的差异,开展不同地形平滑方案批量平行试验并选取典型强降水个例进行对比分析,结果表明:不同地形平滑方案生成的静态地形高度场之间有明显的差异,特别是在地形较为陡峭的高原和山脉等地区,最大绝对偏差可达462.56m;s-d-s和1-2-1两种地形平滑方案主要平滑掉了模式地形中较小尺度的地形特征,且总体而言1-2-1方案的平滑效果比s-d-s方案明显。连续一个月批量平行试验降水预报检验结果表明,进行模式地形平滑对大雨及以上量级降水预报有正面影响,且使用1-2-1平滑方案的预报结果优于使用s-d-s平滑方案的预报结果;降水个例对比分析结果表明:采用不同的地形平滑方案会造成垂直速度和水汽通量散度预报的明显差异,这样的明显差异会进而影响强降水预报的落区和强度。     

中部区域两次西南涡天气过程增雨潜力区分析

西南涡天气降水是中部区域春、秋季飞机人工增雨最主要的三种作业天气类型之一。利用常规气象观测资料和NCEP再分析资料,对2008年4月8 9日和2009年4月18 19日两次典型西南涡降水天气过程对比分析发现,近圆形和椭圆形西南涡的动力场结构存在一定差异。对增雨条件分析发现:两次过程500 h Pa上都存在大气垂直上升运动,低层水汽条件良好;500 h Pa冰面过饱和水汽压正值区均在低涡形成并影响中部区域时开始出现,并随低涡移动发展。因此,选择500 h Pa冰面过饱和水汽压≥0 h Pa且垂直上升速度≤-0.1 Pa·s-1的区域作为增雨潜力区。其中,近圆形西南涡过程增雨潜力区出现在低涡中心前方附近和暖式切变线北侧、低涡闭合线处,椭圆形西南涡过程增雨潜力区位于辐合线北端及低涡闭合线东北方向一定距离处。     

RHtest方法对我国降水资料的均一性检验试验

应用RHtest方法结合台站元数据信息对我国1725个气象台站1961-2009年月降水资料进行了均一性检验试验和订正,并以波密站、元阳站和巢湖站为例介绍了检验过程.结果表明:该方法能够适用于对我国降水资料均一性检验且具有较高的应用前景.2400台站高密度月降水资料的使用更加有益于参考序列的选取,采用数理统计分析和结合元数据主观判断的方式来对序列进行均一性检验更加合理.检验出存在非均一性断点的台站仅占2.1％,表明我国降水资料序列均一性情况良好,台站较大距离的迁移是造成部分降水序列非均一的重要原因之一.对检验出存在断点的降水序列采用RHtest提供的订正方法进行了订正和趋势分析,发现订正后降水序列的年变化趋势具有明显的改变,均一性也有很大改善.     

地形对近地层风场日变化影响的数值模拟

利用修改的Mass模式和辽宁地区的地形资料，模拟了地形加热作用对辽宁地区近地层风场日变化的影响。结果表明，渤海和黄海北部海域对辽宁地区近地层风场的影响起着非常重要的作用。由于海陆加热的不同，加热冷却速度的不同以及山地地形等可产生不同的流场日变化。     

一次高原低涡诱发西南低涡耦合加强的动力诊断分析

利用2013年6月29日—7月2日期间逐6 h的NCEP 0. 5°×0. 5°全球预报场再分析GFS (Global Forecast System)资料,对一次引发特大暴雨的西南低涡和高原低涡耦合贯通加强过程进行动力诊断分析,结果表明:西南低涡和高原低涡耦合区上方在不同阶段均维持正涡度柱,呈现低空辐合和高空辐散的特征,并伴有强烈上升运动。垂直运动在耦合开始阶段最强,正涡度柱在耦合强盛阶段显著增强,高原低涡和西南低涡耦合贯通后,改变了涡度的垂直特征。西南低涡发展维持的涡动动能主要源于水平通量散度项和涡动动能制造项,摩擦耗散项和垂直通量散度项是其主要消耗项。高原低涡发展维持的涡动动能主要源于垂直通量散度项和区域平均动能与涡动动能之间的转换项,涡动动能制造项出现负值是其涡动动能减弱的主要原因。耦合期间强烈垂直运动将西南低涡的涡动动能向高原低涡输送,西南低涡对高原低涡发展维持有重要动力作用。     

郑州“7·20”极端降水地形影响数值试验

针对2021年7月20日发生于河南省郑州市的极端暴雨事件,利用数值模式对此次暴雨过程中的地形影响问题进行了数值试验分析。结果发现,CMA-MESO(GRAPES-MESO 3 km)模式能够较好地模拟此次极端降水过程。地形对降水具有显著影响,地形高度降低时,降水中心强度减弱,位置偏北;地形高度增加时,降水中心强度增加,位置偏南。其主要影响机制为：(1)太行山与郑州市西侧山体抬升作用使郑州市西部出现较强的上升运动中心;太行山南端阻挡作用使东南暖湿气流北支一部分气流向西偏转,与越过伏牛山的偏南气流及东南气流南支汇合,使郑州市上空维持大尺度水汽辐合,进而产生极端暴雨。(2)当地形高度增加时,东南气流北支的部分气流遇太行山阻挡转为偏东北气流,气流辐合区强度增强,郑州市上空水汽含量明显增加;而东南气流南支受伏牛山阻挡抬升作用影响在郑州市西南侧也产生了强上升气流,在郑州市西北侧与西南侧形成两个强降水中心。     

Analysis of a Vortex Precipitation Event over Southwest China Using AIRS and In Situ Measurements

A strong precipitation event caused by the southwest vortex(SWV), which affected Sichuan Province and Chongqing municipality in Southwest China on 10–14 July 2012, is investigated. The SWV is examined using satellite observations from AIRS(Atmospheric Infrared Sounder), in situ measurements from the SWV intensive observation campaign, and MICAPS(Marine Interactive Computer-Aided Provisioning System) data. Analysis of this precipitation process revealed that:(1)heavy rain occurred during the development phase, and cloud water content increased significantly after the dissipation of the SWV;(2) the area with low outgoing longwave radiation values from AIRS correlated well with the SWV;(3) variation of the temperature of brightness blackbody(TBB) from AIRS reflected the evolution of the SWV, and the values of TBB reduced significantly during the SWV's development; and(4) strong temperature and water vapor inversions were noted during the development of the SWV. The moisture profile displayed large vertical variation during the SWV's puissant phase,with the moisture inversion occurring at low levels. The moisture content during the receding phase was significantly reduced compared with that during the developing and puissant phases. The vertical flux of vapor divergence explained the variation of the moisture profile. These results also indicate the potential for using AIRS products in studying severe weather over the Tibetan Plateau and its surroundings, where in situ measurements are sparse.     

一次冰雹天气的数值模拟及地形敏感性试验研究

利用中尺度模式对2020年3月23日贵州一次强冰雹天气过程进行了数值模拟研究,并与观测的雷达回波、卫星反演结果和冰雹落区进行比较,在此基础上探讨了地形对冰雹云的影响。地形敏感性试验结果表明,地形的变化会改变降雹的空间分布,地形增高会导致贵州西部偏南风增强,加强辐合,降雹前期垂直速度迅速升高,输送更多的过冷水,使雪晶、霰含量增加,有利于雹云的发展增强和冰雹的形成,使地面累积降雹量增加,地形降低反之。     

大气冰核浓度对对流云降水过程影响的数值模拟

在已有的三维对流云模式的基础上新植入了同质冻结和异质核化方案,结合一次山地雷暴个例,通过敏感性试验来探讨大气冰核浓度对对流云微物理过程和降水的影响。模拟结果表明:①冰核浓度的改变会对对流云的动力场及各水成物粒子产生明显作用。增加冰核浓度,冰相粒子的数浓度随之增加;同时,凝华过程中释放大量潜热导致云中上升气流增强。由于水汽含量一定,各水成物粒子"争夺"水汽,使得云滴、冰晶和霰的增长均受到抑制,难以成为较大尺寸的降水粒子。②冰核浓度的增加,"贝吉龙效应"导致云滴的尺度减小,削弱了云-雨转化过程。雨滴、云滴混合比的减小抑制了雨滴对云滴的收集。同时,小尺度的霰粒子削弱了霰融化为雨滴的物理过程,最终导致地面累积降雨量降低。