山西高原地形对区域性暴雨影响的数值试验

摘要

地形对中小尺度天气系统和暴雨的影响机制长期以来一直是人们所关注的焦点之一。近些年来，中尺度数值模式的发展为人们进行地形影响的研究提供了一种更为方便、有效的手段。在我国，人们利用数值模式对华南山区的地形影响研究较多，得出了许多有意义的结论，但对于山西高原地形影响的研究却很匾乏。由于山西高原位于中纬度地区，各种尺度天气系统活动较为活跃。山西高原表里山河，特殊的地形条件使得这里的天气现象复杂多变，降水分布不均，因此它具有特殊的研究价值。本文选用0.1度(约10km)分辨率中尺度大气非静力模式GARPES-Meso对发生在山西高原的一个典型的夏季区域性暴雨过程进行了数值模拟，在模拟效果比较合理的情况下，设计了两组地形敏感性实验，利用模式输出结果，着重分析了山西高原对造成区域性暴雨的天气系统的影响，部分揭示了山西高原对天气系统和区域性暴雨的影响机理。 本文首先用常规实况资料从预报员的角度对2005年8月16日发生在山西高原区域性暴雨过程进行了天气学分析，确定此次暴雨过程是在西风槽、台风变性低压和副热带高压共同作用下形成的。山西高原前期受副热带高压控制，低层大气具有高温高湿的特征，台风“珊瑚”减弱后的变性低压和副高之间形成低空急流，急流的出口到达山西高原南部，左侧的风速切变可形成较强的大气辐合，并直接造成上升运动，加上台风外围流场对变性低压持续提供水汽和能量，使得变性低压的生命期延长，强度增大。这样的形势有利于副热带高压把台风带来的丰沛的水汽输送到山西高原。同时，位于河套的西风槽东移使南下冷空气和副高边缘的暖湿气流在山西高原交汇。而这一点卫星云图上也得到了验证，高空云带不断东移南下，与低空急流卷云系结合，在山西高原中南部激发出MCS云团，从而造成山西中南部区域性暴雨和局地大暴雨。 其次利用中尺度数值模式GARPES-Meso模拟了“8.16”山西高原区域性暴雨天气过程，模拟结果对台风变性低压的位置预报较好，对山西南部风切变的也模拟的相对一致，副热带高压的减弱南退也被模拟出来，但是南退幅度较大。在成功地用GRAPES-Meso模式模拟这次天气过程影响系统的基础上，利用输出结果分析了此次区域性暴雨过程，山西高原南部呈850hPa低层辐合，700hPa、500hPa中高层辐散的结构，而山西高原北部呈850hPa、700hPa中低层辐散，500hPa高层辐合的结构，这种结构形成南部为上升气流，北部为下沉气流的经圈环流，有利于南部对流的发生，同时与该过程南部强降雨的时间段有很好的对应关系。 最后通过两组地形敏感性试验研究对比发现，在副热带高压减弱东退后，山西高原对中纬度西风槽后冷空气的东移南下有一定的阻挡作用，而沿副高边缘北进台风变性低压加速北抬，它携带的大量暖湿气流遇到山西高原被抬升。山西高原地形首先对850hPa风场产生影响，使底层辐合线偏北，850hPa等压面上涡度强度也有加强北抬，进而加速强700hPa上升气流。通过控制试验和地形敏感试验降水量和物理量的对比分析，可以看出山西高原地形对降水的增幅较大，而对强降水的落区分布没有明显的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 前 言

1.1 山岳地形对强降水过程影响研究的进展

1.1.1 国际上研究的进展

1.1.2 国内研究的进展

1.2 问题的提出

1.3 本论文研究的技术路线

1.4 本文的研究内容

1.5 本论文结构安排

1.6 论文的研究目的、意义

第二章“8.16”山西区域性暴雨天气过程分析

2.1 降水的时空分布特征

2.2 天气过程分析

2.2.1 前期环流特征

2.2.2 环流形势分析

2.3 动力学分析

2.4 云图特征

2.5 多普勒雷达资料分析

2.6 预报着眼点

2.7 本章小结

第三章 GRAPES中尺度数值预报系统简介

3.1 引言

3.2 模式动力框架简介

3.2.1 模式预报变量及其方程组

3.2.2 垂直坐标的选择

3.2.3 时间离散方案

3.2.4 空间离散方案

3.2.5 边界条件的设置

3.3 模式物理方案

第四章 山西高原对区域性暴雨过程天气系统影响的敏感性试验

4.1 地形敏感性数值试验的方案设计

4.2 控制试验的模拟结果分析

4.2.1 中尺度影响系统的模拟与观测场对比分析

4.2.2 控制试验降水预报与观测降水实况的对比分析

4.2.3 控制试验垂直速度垂直剖面分析

4.3 山西高原地形影响的对比分析

4.3.1 对降水预报影响的对比分析

4.3.2 对风场影响的对比分析

4.3.3 对高低空急流影响分析

4.3.4 地形的动力影响对比分析

4.3.5 对热力影响的对比分析

4.4 本章小结和讨论

第五章 结果与讨论

5.1本文研究的主要结论

5.2全文总结

5.3有待进一步研究的问题

参考文献

致 谢