2009年秋季冀中南暴雪过程的地形作用分析

2009年11月10-11日,河北中南部地区出现了回流暴雪天气,强降雪中心位于太行山喇叭口地形南侧迎风坡处。本文使用MM5数值试验结果分析中小尺度地形对于降雪的影响。结果表明：在喇叭口地形作用下北侧为下坡风,南侧为迎风坡,出现上升运动;由于向东开口的喇叭口地形对于气流有汇聚作用,整个喇叭口地形上空到800 hPa为地形辐合产生的上升运动。垂直剖面显示低层地形产生的上升运动冲破逆温层（或与逆温层内波动的上升支叠加）,与700 hPa以上的西风带低槽系统引起的上升支叠加,加强了垂直上升运动,且东北风遇山后呈现出两支气流,一支在山前堆积下沉,一支在山前冷空气堆前上升,且山前冷空气下沉支逐步形成环流圈,说明冷空气在山前堆积,气流在冷空气堆以东上升。这可能是降雪中心在平原而不在山坡的主要原因。     

喇叭口地形对降水的作用

在喇叭口地形里,容易出现暴雨中心。例如75·8河南特大暴雨,就在板桥水库附近一个喇叭口地形内。所谓喇叭口地形,就是逐渐收缩的河谷地形。在南疆盆地周围,如喀什河谷、托什河谷等都是这类地形。当朝向喇叭口的气流进入喇叭口之后,因地形收缩,使气流辐合加强。同时,还常因河谷是升高的,气流产生抬升。由于这两种原因,必然加大气流上升运动,使降水偏大。     

川贵渝复杂地形下横槽诱发双涡贵州暴雨过程的数值模拟

青藏高原大地形作用下,西南复杂地形区暴雨天气预报是一个十分重要和困难的科学问题。应用西南区域数值预报业务模式,结合业务常规观测和非常规观测资料,分析了2014年7月15日至17日发生在四川、贵州和重庆复杂地形下的一次由横槽诱发双低涡的贵州暴雨过程,得到:西南区域模式对这次暴雨过程的数值模拟结果与再分析资料有较好的对应关系,尤其是重现了降雨的落区、强度以及盆地涡与贵州涡的发生、发展过程。在暴雨过程中,两低涡垂直发展深厚,上升运动均伸展至对流层顶。涡度收支方面,盆地涡的发展主要源于涡度方程的散度项,而贵州涡的发展除了受散度项的显著影响外,平流项也起着重要作用。由于川渝盆地—云贵高原交界处地形、云贵高原横断山脉延伸区局地地形的作用,区域大气气旋式旋转的加强发展诱发了盆地涡和贵州涡。热力结构上,盆地涡的发生、发展在冷、暖气流交汇辐合区域内,而贵州涡则生成在暖区中,其降雨及加强更多地受到动力过程的影响。川渝盆地—云贵高原特殊的北低南高地形使高纬度干冷气流与低纬度暖湿气流交汇,形成强的上升运动,引发了盆地涡发展及其暴雨天气。云贵高原贵州特殊的西高东低地形导致来自低层的暖湿气流只能沿横断山脉边缘绕流,进入贵州西部的偏南气流与来自盆地涡西侧的偏东北气流汇合作用形成贵州涡,引发贵州暴雨天气。因此,局地地形与环流的相互作用是贵州涡生成及其引发暴雨过程的重要原因。      

太行山地形影响下的极端短时强降水分析

2015年8月2日午夜和2011年8月9日前半夜,在两种不同天气系统背景下太行山东麓都出现了小时雨量超过50 mm的极端短时强降水天气,两次过程都是雷暴先在太行山区触发加强,经过下山2 h先后在丘陵站平山和山前平原站石家庄市区产生极端短时强降水。利用常规探测资料、地面加密观测资料、石家庄SA多普勒天气雷达资料,对不同天气系统背景下太行山特殊地形影响的极端短时强降水成因进行分析。结果表明:偏东气流被南北向的太行山地形强迫抬升,且与下山雷暴出流形成中尺度辐合线触发新的雷暴,雷达回波呈现后向传播特征和列车效应造成局地极端短时强降水。太行山地形通过增强辐合上升运动、增大垂直风切变使雷暴下山加强。不同天气系统强迫下,太行山特殊地形对雷暴发展作用不同。在偏西气流引导下,暖区极端短时强降水由阵风锋触发,具有突发性、降水时间短、伴随风力大的特点,下山雷暴出流加快且与山前偏东风的辐合加强,陆续在丘陵区和山前平原触发对流与下山雷暴合并加强造成极端短时强降水;而在东北气流引导下,回流冷锋和阵风锋共同触发的极端短时强降水具有持续时间较长、降雨总量较大、伴随风力较小的特点,太行山东坡对东北冷湿回流有阻挡积聚作用,东北偏北来的雷暴出流边界西端在迎风坡上强迫抬升使雷暴触发并加强,东北气流遇山后发生气旋性偏转使雷暴出流转向东南下山,与平原的偏东风辐合加强,造成丘陵区和山前平原的总降雨时间更长、降雨总量更大。     

不同地形资料对西南涡降水过程的数值模拟研究

本文仅改变模式下垫面的地形资料,对西南地区降水过程进行模拟试验,通过模拟结果的分析对比,我们认为1)不同地形资料(或是对地形资料进行平滑处理),在地形突变处的差异最为显著。2)地形细微的变化最直接影响的是降水位置,其次是降水强度。3)地形变化之后,短波辐射受到的影响最为直接,感热通量和潜热通量是此消彼长。4)盆地有降水过程时,低层一般盛行东南风,且会在盆地内部产生气旋性弯曲,气流在迎风坡存在明显的辐合,而背风坡则存在明显的辐散。5)地形梯度同样影响对流的发生发展,在地形陡峭处更容易产生强烈的上升运动,地形梯度越缓,气流的爬升能力也越强。总之,地形的微小变化已经可以对降水的落区和强度产生显著的影响。      

地形对连云港8591特大暴雨的作用

1985年9月1日夜间,江苏连云港港区发生了一场历史罕见的特大暴雨。本文应用一个二维定常模式对气流流经港区附近地形所产生的动力学效应进行了研究,得到当基本气流达到极大(14米/秒)时,地形边界层内扰动涡旋的上升支气流与降水分布有较好的对应关系。     

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。     

南宁市一次强雷暴天气过程分析

通过对2004年24、25日的高空天气图、区域地面图和25日降雨当天几个时次的雷达回波图以及降雨前后的物理量场和单站要素等图表的分析发现,在当天白天的8h之内,西北气流、西南气流和副高边缘的东南气流三支气流在南宁市附近相会是促发强雷暴天气过程的动力条件,南宁站高能高湿的不稳定大气层结为中尺度对流强烈发展提供了有利条件.另外,南宁市的地形,对南宁市的降雨量有重要影响.     

低层偏东气流对贵州梵净山东侧强降水的作用

利用常规观测资料、地面加密自动站资料、雷达探测资料与NCEP 1°×1°再分析资料等,对低层偏东气流影响下贵州铜仁梵净山东侧4次强降水天气过程进行了分析,重点探讨了在低层偏东气流与地形共同作用下的强降水形成机制,并归纳低层偏东气流影响下的梵净山东侧强降水概念模型。结果表明:(1)高空槽、低层切变线、地面中尺度辐合线是影响梵净山东侧强降水的主要天气系统;(2)低层浅薄偏东气流对梵净山东侧强降水起着关键作用,当低空气流u分量随高度减小时,地形迎风坡气流辐合上升,而气流v分量随高度增加时,地形迎风坡会产生与山脉垂直的水平涡管,在地形抬升作用下涡管向上凸起形成两个涡管环流圈,涡度垂直分量使山脚附近上升气流加强而有利于山脚产生强降水;(3)梵净山东侧强降水区的形成存在三种机制,即迎风坡山脚多次触发对流形成雨量叠加效应、地面中尺度辐合线自身触发组织对流、回波沿地面中尺度辐合线东移形成“列车效应”,三种机制产生的降水带与地面中尺度辐合线走向一致。     

秋季台风“彩虹”引发阳江特大暴雨的成因分析

利用常规气象观测资料、中尺度自动站资料和NCEP 1°×1°再分析资料,通过诊断方法对强台风"彩虹"引发阳江特大暴雨的成因进行分析,结果表明:阳江特大暴雨是由偏南气流、副高南侧偏东气流、冷空气、地面辐合线及特殊地形共同作用而造成的;偏南气流和偏东气流输送充沛的水汽和不稳定能量,加之持续有冷空气影响和低层辐合,使得阳江降水持续时间长,降雨强度稳定。冷空气的侵入与暖湿气流相互作用,使得最强垂直上升运动出现在阳江地区;同时,冷空气的侵入也降低大气稳定度。阳江不断受地面辐合线影响,加强低层辐合,有利高低空的"抽吸作用",为对流发展提供动力抬升条件。     

南宁市一次强雷暴天气过程分析

通过对2004年24、25日的高空天气图、区域地面图和25日降雨当天几个时次的雷达回波图以及降雨前后的物理量场和单站要素等图表的分析发现，在当天白天的8h之内，西北气流、西南气流和副高边缘的东南气流三支气流在南宁市附近相会是促发强雷暴天气过程的动力条件，南宁站高能高湿的不稳定大气层结为中尺度对流强烈发展提供了有利条件。另外，南宁市的地形，对南宁市的降雨量有重要影响。     

鲁中山区地形对山东省一次暴雨影响的敏感性数值模拟试验

利用PSU/NCAR MM5V3中尺度数值模式进行了鲁中山区地形对一次台风暴雨的数值模拟敏感性试验,结果分析表明:鲁中山区地形作用对山东省暴雨有重要影响,迎风坡可引起低层气流和水汽的辐合上升运动增强,降水量增加,但偏北气流在迎风坡的水汽辐合不明显,降水量影响不大;山顶引起低层辐合上升运动减弱,辐散下沉运动增强,降水量减小;背风坡引起低层气流和水汽的辐合上升运动增强,降水量增加。     

2005年"5.31"湖南大暴雨中尺度模拟和发生机制

利用NCEP 1°×1°的6 h再分析资料和MM5模式15 km水平分辨率模拟的逐时资料,对2005年初夏湖南大暴雨的中尺度系统及其触发、维持机制进行了诊断分析研究。结果表明:高低空急流最佳配置,动力耦合关系建立为暴雨发生提供了有利的环境条件;中尺度系统在渝南、黔西生成后移入湖南停滞发展,加强了湖南上空动力不稳定条件,促进对流发展;偏南暖湿气流整层突然增强对暴雨的对流系统爆发性发展起十分重要的作用,它在中高层凝结释放潜热加热高层大气,对上升气流起到正反馈作用;高层大气强“抽吸”效应和前期降水产生地表潜热和感热的强迫作用亦是对流爆发性发展的重要因子。湖南复杂地形在暴雨启动机制中起重要作用。但敏感性试验表明,地形抬升不是这次暴雨唯一必需的触发条件,削平南方山地不仅能增强水汽输送,低层偏南气流增强还能加强地面中尺度系统的辐合作用,辐合抬升是触发机制之一。降雨过程发生发展主要受天气系统控制,地形效应可明显改变降雨落区和强度,迎(背)风坡度的增加(减小)通常使降雨加强,反之使降雨减弱。     

考虑雨滴成长,计算地形性降雨的方法

地形与降雨分布有密切关系。然而,在定量方面还没有研究清楚。作为第一近似是假定气流不绕过山脉,而以原来状态爬升。地表气块沿山坡爬升,可以认为产生了由于风速(V)在地表有倾斜度(▽H)的情况下相应的垂直速度(V·▽H)。尽管在地面可以这样考虑,但在较高的层次,由于▽H产生什么样的垂直气流,也就是所谓越山气流     

雨季海南岛绕流区的雨量分布初探

我们过去的工作曾指出,5月分来自琼州海峡和海南岛西侧的两股暖湿气流在东兴—钦州一带辐合,对那里的降雨有明显贡献。通过进一步分析,认为这两股气流是远处乎行的气流在向大陆进发时,受海南岛地形的阻挡,产生绕流效应而形成的。从平均流场上看,5月份绕流辐合点落在钦州附近,由于辐合点附近的低层暖湿空气辐合上升,使钦州雨量增加,又由于十万大山的地形抬升等作用,使东兴的雨量增加更明显。 在以上工作的基础上,我们根据广西气象局的《广西气候资料》(1973年4月)和粤桂沿岸及近海台站和海南岛部分台站的气候资料,对雨季海南岛绕流区的雨量分布进行探讨。     

地形对2011年9月华西致灾暴雨强迫作用的数值模拟研究

运用GRAPES_Meso模式对2011年9月16-18日发生在陕西、四川的连续特大致洪暴雨过程进行数值模拟.通过对比3套敏感性试验结果,揭示了气流与地形相互作用对本次致灾暴雨的影响,结果如下:(1)16-18日在台风和蒙古高压共同影响下,850 hPa在黄、渤海形成偏东水汽通道,使大量水汽经华北平原输送至华西地区,气流被秦岭分割为南北两支,北支在秦岭北侧受到迎风坡阻挡,形成强迫抬升和水汽辐合中心;南支暖湿气流从东部灌入汉中平原,受到“喇叭口”地形挤压而辐合上升.(2)平原与高大山脉的交错相间地形导致条带状正负垂直运动带产生,在垂直方向上形成强烈的抽吸作用,加之该地区16-18日丰沛的水汽交汇,从而引发大范围强降水.(3)海拔高度与地表起伏度均对降雨有较大影响,在同样海拔情况下,地表起伏度越大,就越容易产生暴雨.     

“灿鸿”台风造成浙江东北部大暴雨成因分析

本文利用常规观测和自动站加密资料、卫星云图资料及NCEP再分析资料,分析了2015年7月10—11日1509号台风灿鸿造成其西侧浙江东北部异常强暴雨事件,得到本次大暴雨过程是由于"灿鸿"强度强、范围大、直接影响时间长,长时间东北气流下,在浙东北特殊地形作用下,形成地面辐合带造成的。台风影响前期该区域处在对流不稳定状态,水汽含量丰沛,低层辐合,高层辐散且气温低,有利于上升运动,上层水汽冷凝造成强降雨。暴雨区低层MPV1由负值转变为正值,导致垂直涡度加强,925 hPaθ_(se)的高能区的长期存在,有利于上升气流增强,水汽长时间大量输送有利于台风的发展和维持,也有利于强降雨的形成。这些物理量的变化与雨量增大和减小有6~12 h的提前。呈喇叭口状的杭州湾及南面四明山、狭长东北一西南走向的象山港以及南岸的山脉等地形有迎风坡作用和地形辐合,对东北气流参与造成的降雨有增幅作用。     

“菲特”减弱时浙江大暴雨过程成因分析

文章利用常规观测和自动站加密、凉帽山高塔、雷达站及NCEP再分析等资料,分析了2013年10月7-9日1323号"菲特"台风登陆减弱后浙江异常强暴雨事件,得到:这次大暴雨过程是"菲特"减弱后,由于北侧的弱冷空气从近地层渗透流入,导致垂直涡度加强,上升气流增强,高层出流强,低层能量锋区堆积,辐合增强,诱生中小尺度系统而产生的;由于东侧"丹娜丝"的活动,使得浙江北部地区有持续强盛的偏东气流,提供了充沛的水汽和能量,近地层偏东气流和东北气流的辐合是强降雨的动力机制。偏东风明显增大比雨量增大有2 h左右的提前,水汽增加和减少与雨量增大和减小有6 h的提前;呈喇叭口状西高南高的杭州湾地形有迎风坡作用和地形辐合,对偏东、东北气流参与造成的降雨过程有增幅作用。由此,秋季台风雨量预报要考虑冷空气的加入可能引起的强降雨时间延长;盛行偏东风时,杭州湾海域风力明显偏大,可能引起周围地区的降雨增幅;用当地多源资料、边界层观测资料做暴雨预报局地性临近修正有很好的指导意义。     

浙江省春季不同类型暖区天气降水特征

利用2007—2016年春季浙江及周边地区气象站观测资料与ECMWF再分析资料,分析总结浙江省春季暖区降水天气过程的环流特征及中尺度概念模型。结果表明:浙江春季暖区天气具有云量多、雨量小、气温高、日温差小的特点,暖区降水的环流形势可分为西南气流型、暖切北抬型、冷切靠近型、东南气流型4类;冷切靠近型降雨最强,其次为暖切北抬型,雨量分布均表现为西南部大、东北部小,而东南气流型降雨最小。中尺度分析发现,浙江春季暖区降雨出现在沿海近地层东南气流与低层西南气流交汇的辐合上升区、850 hPa等θse线密集区,雨带走向与等θse线平行;近地层残留的冷空气和海陆温差造成的斜压不稳定可导致降水明显增强。     

基本气流和大地形对于正压波动的作用

本文利用能量变化的观点,分析了正压波动发展的机制。结果表明,大地形的作用只能影响涡度拟能的变化,而不能直接影响动能。但基本气流的特征,对于动能与涡度拟能都起一定的作用。如果基本气流是均匀的而且地形的影响可略,则平均动能和涡度拟能都是守恒的,也就是说,这些量都是有界的。但是在切变气流或者波状基本气流中,波动的发展与基本气流的特征以及波动本身的结构具有非常密切的关系。在一般情况下,动能与涡度拟能就不再是守恒的。在本文中,还对某些简单地形作了分析与讨论。