太行山对北京“7.21”特大暴雨的影响及水汽敏感性分析的数值研究

运用GRAPES_Meso模式对2012年7月21—22日发生在北京地区附近的特大暴雨过程进行数值模拟和地形、水汽的敏感性试验。地形敏感性试验发现,在这次特大暴雨过程中,由于太行山北端的阻挡作用,使得气流和水汽辐合、抬升,加强了对流过程;对流层低层山前东南风和西南风、北风的辐合带增大了气旋性涡度,使东移到北京的低涡稳定维持5 h左右,对降水有明显的增幅作用;而且地形起伏和地形海拔高度对降水都有明显增幅作用,地形起伏的增幅作用较地形高度的大。水汽敏感性试验发现在这次特大暴雨过程中,水汽条件较小的变化,会导致水汽输送的明显差异,从而导致降水量显著地改变。     

地形高度对暴雨过程的热力和水汽条件影响数值模拟试验

利用NCEP再分析资料和WRF模式,对2014年8月31日重庆市云阳县特大暴雨进行形势分析和数值模拟,针对重庆地区地形设计了三组地形敏感性试验,分析地形改变对暴雨过程热力条件和水汽条件的影响。结果表明:低纬地区不稳定能量大量积聚并向北传播,在地形和急流的垂直扰动触发下,对流强烈发展;850 h Pa低空急流将来自南海的水汽输送至重庆地区,水汽低层辐合、高层辐散形成的抽吸作用引发水汽的垂直输送。大巴山高度降低后,不稳定厚度减小导致对流强度明显降低;阻挡作用降低不利于水汽在暴雨区的汇聚;水汽辐合、辐散的强度降低导致水汽的垂直输送强度明显减弱。齐岳山高度降低后,低空急流所引起的垂直扰动位置偏南导致高能舌和对流活动位置偏南;水汽输送中心南压,水汽通道变宽导致暴雨区上空水汽输送减弱;低空急流位置偏南导致其所引起的水汽辐合时间偏晚。     

局部地形对北京“7.21”特大暴雨影响的数值研究

利用NCEP1°×1°再分析资料和WRF模式对2012年7月21日北京特大暴雨过程进行数值模拟,结果表明,WRF模式能够成功模拟出本次暴雨过程,特别是对100 mm以上的大暴雨也有较强的模拟能力。基于控制试验,针对北京地区复杂的地形,设计了4组地形敏感性试验。试验结果表明:北京地区局部地形的改变对暴雨落区的模拟影响不大,但对暴雨中心的分布和强度有影响,特别是西南部的局部地形对于本次暴雨过程中降水中心的落区具有很大影响,而北部和东北部的局部地形则作用不明显。进一步研究表明,北京地区西南部的局部地形主要是通过影响低层偏南风急流的流场结构,改变强辐合区和垂直运动的分布和强度,进而引起降水中心位置和强度的改变。     

天山地形对新疆强降水天气影响的数值模拟研究

2009年5月24日夜间~26日夜间,新疆地区自西向东出现了明显的降水、大风、降温天气过程。为研究此次天气过程中天山地形的作用,本文用WRFV3.1模式对其进行了数值模拟,并通过改变天山山脉的地形高度设计了一组敏感性试验没,分析了天山地形对此次强天气过程中大风和降温的影响作用。结果表明,（1）天山山脉的地形作用是此次强降水天气过程在天山山区形成暴雨的主要原因之一;随着地形的升高,雨带在天山迎风坡一侧的带状分布特征越明显,迎风坡一侧的降水量极值越大;地形的抬升作用对暴雨在山脉迎风坡一侧的降雨量有明显的增幅作用,对其雨带分布也有显著影响;（2）天山山脉对5﹒25强降水天气过程中的西南暖湿气流有明显的分流与阻挡作用。天山山脉将西南暖湿气流分为南北两支,使北支的水汽混合比极大值减小,湿区范围增大;使南支的水汽混合比极大值增大,湿区范围增大。（3）天山山脉的地形抬升作用为5﹒25强降水过程在天山山区发生暴雨天气创造了水汽的垂直上升运动条件,对昆仑山北坡暖湿气流的垂直上升运动的也有一定的贡献作用。     

中尺度地形对柳州一次大暴雨过程影响的数值试验

利用中尺度模式WRF对2009年7月2—3日柳州大暴雨过程进行数值模拟,得到与实况相吻合结果。通过地形敏感性试验,研究了中尺度地形对这次暴雨过程的影响。结果表明:地形对这次大暴雨过程的雨带分布未起到决定性的作用,但对强降水的落区和强度有着重要影响。地形作用使西南暖湿气流所带来的水汽和热量在迎风坡堆积,融安融水一带中低层位温增加,导致其上空对流不稳定性增强,当与低层冷空气绕过山脉从西北路侵入时产生的垂直扰动叠加后,激发垂直上升运动强烈发展,从而触发了对流不稳定发展。而地形降低为"平台"后,山脉附近降水中心减弱,物理量场分析表明,由于缺乏地形的抬升作用,山脉附近垂直上升运动及正涡度强度均较有地形时减弱。     

“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。     

06·6福建大暴雨的数值模拟及复杂地形影响试验

利用WRF（Weather Research Forecast）中尺度模式对2006年6月5-7日福建地区出现的一次大暴雨过程进行了数值模拟,根据模式输出的物理量进行了诊断分析,并通过地形敏感性试验讨论福建地形对此次暴雨的影响。结果表明：中尺度WRF模式成功模拟出了这次暴雨的雨况及高低空流场分布。这是建立在静止锋、低空切变线和低空急流等系统基础上的一次典型的华南准静止锋降水。冷暖气流在底层交汇并产生强烈的垂直上升运动,不稳定能量的释放是暴雨发生和维持的机制之一,位温的垂直分布有利于低层涡度的发展。福建北部的喇叭口地形和武夷山迎风坡共同作用,导致西南气流的转向辐合,触发了中尺度切变线和中尺度涡旋的形成,加速了上升运动和中层对流发展,有利于位于迎风坡的建瓯、邵武、蒲城等地区降水的增强。     

台风暴雨与环境水汽场的数值试验

通过对8407号台风的环境水汽场的数值试验得出，台风中心右侧水汽通道区的水汽的多寡对台风降水的影响最大。台风中心左侧水汽的多少对台风降水几乎没有影响。在对两个登陆台风的水汽通量以及水汽通量散度分析中发现，这两个量的大小并不能决定降水的强弱。     

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。     

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。     

“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。     

“2007.8.17”山东大暴雨的数值模拟和诊断分析

利用常规资料、区域自动站、气象卫星、多普勒天气雷达、闪电定位资料以及中尺度数值模式WRF,对2007年8月16和17日在山东省新泰市发生的大暴雨天气过程进行分析,并针对中尺度地形对暴雨的影响进行了敏感性试验。研究发现,此次大暴雨发生于副热带高压边缘切变线附近,与速度不连续造成的K-H不稳定而引起的中小涡旋有密切关系。鲁中山脉地形对大暴雨中心的强度和落区有较大影响,在对流层低层产生明显的地形性切变线,加强了偏南暖湿气流的辐合,使大暴雨强度更大,位置更加偏南。对强弱两次相似降水过程进行数值模拟对比试验发现,鲁中山脉地形对两次过程的降水分布、中心强度和落区等影响较为一致,但是对不同强度降雨增幅的影响差异较大,地形对强降雨的增幅作用更加明显。进一步研究表明,地形的抬升作用,造成暴雨区低层辐合加强和垂直速度增强,更有利于不稳定能量积累和水汽的辐合,同时山脉地形在一定程度上还对大气中云水和雨水的分布有较大影响。副热带高压边缘有利的环境背景条件和地形的共同作用是山东局地大暴雨产生和维持的主要物理机制。     

南海台风苗柏对一次梅雨暴雨加强影响的模拟试验

利用云图资料、再分析资料和自动站加密资料对2017年6月13日前后浙江梅雨暴雨的成因进行分析,发现此次暴雨过程与低层偏东风和西南气流带来充沛的水汽和能量有很大关系,而1702号台风苗柏对西南气流的输送有重要作用。为了验证"苗柏"的作用,使用WRF模式对此次过程进行了模拟试验,并做了"苗柏"强度增强一倍、强度减弱一半、去掉"苗柏"的敏感性试验,结果表明:"苗柏"及其登陆减弱后的残留云系,有利于偏南风的维持和加强,使得冷暖空气在浙江汇合,南北风交汇处梯度增大,辐合加强。"苗柏"的存在增强了西南急流水汽输送,西南急流的左侧伴随有散度辐合中心,而在高空急流的右侧有散度的辐散,有利于垂直运动的发生,是强降水产生的主要原因。敏感性试验表明台风强度越强,西南暖湿气流输送越明显,辐合越强,越有利于垂直运动发展,对流发展更旺盛,降水也更强。     

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...     

2014年5月中旬江西地区暴雨天气过程水汽输送特征分析

利用NCEP 1°×1°的fnl资料、地面观测资料和GDAS资料,分析了2014年5月16—17日江西地区暴雨天气过程的水汽输送特征,同时使用Hysplit后向轨迹模式对水汽来源进行了模拟。结果表明:此次暴雨过程的水汽主要来自大西洋、西太平洋和印度洋,其中来自大西洋的水汽经赤道东风带输送至西太平洋,与来自西太平洋的水汽汇合后一部分直接输送至江南,另一部分继续向东北方向输送至日本海域附近转向,经我国华北向南输送至江南一带;来自印度洋的水汽,经孟加拉湾和南海输送至中国江南暴雨区。来自西南、东南和东北方向的气流在我国南方上空辐合,辐合中心值高达300×106 kg/s,且辐合趋于纬向型。利用Hysplit模式对此次暴雨区不同高度的水汽来源及输送路径进行后向轨迹模拟,结果与利用流函数和势函数分析出的水汽输送源地和路径基本一致。     

一次台风暴雨过程的水汽特征分析

对2014年7月18-19日桂东南受1409号台风＂威马逊＂影响,出现一次降雨强度大、影响范围广、降雨时间长的暴雨过程进行水汽特征分析,得出和验证了有利于出现强降水的大尺度环流背景下,充分的水汽供应是暴雨形成的基本条件之一,水汽通量场反映了水汽源源不断向桂东南输送,水汽通量散度进一步反映有大量的水汽往桂东南输送。     

"碧利斯"(2006)台风低压暴雨数值模拟试验

利用NECP 1°×1°的6h分析资料,采用中尺度数值预报模式WRF对2006年7月16~19日“碧利斯”(2006)台风低压引发的暴雨天气过程进行了数值模拟。结果表明,WRF模式对这次暴雨过程的雨带位置和走向均有较好的模拟,对这次暴雨过程中尺度天气系统的发生、发展及加强均在模拟结果中有所显现。