华北地区一次暴雨过程的数值模拟和诊断分析研究

摘要

暴雨是我国的主要灾害性天气之一，准确及时的预报对减轻暴雨灾害具有重大意义。本文利用NCEP 1°×1°全球格点资料、中国气象局MICAPS地面和探空资料、T213客观分析资料以及FY-2C卫星云图资料，对2005年8月15日～17日出现在山西中南部太原地区的一次暴雨过程进行分析，并利用MM5中尺度模式模拟的资料进行了诊断研究，得出以下结论： (1)本次暴雨过程是在欧亚中高纬为两脊一槽经向环流，冷空气东移南下，使得副热带高压减弱南撤东退的天气背景下，由500hPa的冷低槽、中低层切变线、副热带高压、地面冷锋等天气尺度系统共同影响造成的。 (2)暴雨发生前，太原上空不稳定能量和丰富的水汽积累为暴雨的发生奠定了基础；过程中，中低层偏南气流对水汽、能量的输送和低层的水汽辐合上升运动对暴雨的产生和维持非常有利；暴雨过程中的强降水就发生在大气“上干下湿”对流不稳定区中，低层高能舌偏向能量锋的一侧。 (3)涡度、散度和垂直速度良好的配置造成了较大范围内200hPa以下深厚的强上升运动，为暴雨的产生提供了动力条件；中β尺度辐合线为强降水提供了有利的触发条件。 (4)暴雨时空分布极不均匀，降水主要出现在太原市东部，强降水集中在16日05～11时，是由2个在太原西南方生成并在东北移过程中增强发展的中β尺度雨团活动所致；由于其短时间内在小范围中重复出现，造成了中心城区大暴雨，形成严重的沥涝灾害。 (5)气象卫星提供了丰富的高时空分辨率的探测资料，对其进行跟踪分析可较早准确捕捉中小尺度系统特征信息，弥补我们分析常规资料和数值模式产品的不足，为暴雨等灾害性天气短时预警赢得时间，最大限度地减轻灾害损失。 MM5中尺度模式成功的对本次降水过程进行了模拟，模拟结果分析表明： (1)θse场分布表现了在偏南急流的作用下低纬的不稳定能量源源不断地向北输送，使得切变线附近上空有新的不稳定能量补充，激发强对流得以维持，促进了强降水天气的持续。 (2)散度场剖面结构很好地反映了低空辐合高空辐散结构的建立、发展、旺盛、消亡四个阶段的全过程，在强降水发生过程中，降水区域一直维持着这种低空辐合高空辐散的结构，表明散度场这种分布与强降水时间有很好的对应关系。 (3)垂直运动的上升高度和强度与降水强度有很好的拟合关系，强烈上升运动的维持，造成了降水的持续。 (4)700hPa等压面上千位涡能够很好对应降水的强度和落区，强降水总是落在干位涡中心的东边干位涡值比较小的地方，且干位涡中心值越强对应降水也越强，表明位涡对降水的强弱和落区有较好的指示意义，可以作为暴雨诊断的重要物理量。 (5)螺旋度对暴雨是一个相关性较强的参数，暴雨发生在600～700hPa螺旋度的大值区域，在螺旋度极值出现以后4个小时左右出现了暴雨的降水极值，螺旋度正中心强度突然增大和减小对降水的出现与结束有很好的指示意义。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1问题的提出和国内外暴雨研究现状

1.1.1自然地理与地貌特征

1.1.2主要气候特征

1.1.3问题的提出

1.1.4国内外暴雨研究现状

1.2本文采用的资料和研究的方法

参考文献

第二章天气分析和诊断

2.1过程概述

2.2大尺度环流形势演变分析

2.2.1环流背景分析

2.2.2环流演变分析

2.3中尺度环流形势演变分析

2.3.1地面降水的中尺度特征分析

2.3.2卫星云图资料分析

2.4物理量诊断分析

2.4.1水汽条件分析

2.4.2动力条件分析

2.4.3能量条件分析

2.5小结

参考文献

第三章数值模拟试验

3.1 MM5模式结构和主要物理过程简介

3.1.1非静力基本控制方程组

3.1.2 MM5模式的水平和垂直格点

3.1.3 MM5模式的动力结构

3.1.4非静力模式中的参考态

3.1.5 MM5模式的降水和辐射过程

3.1.6侧边界条件、嵌套网格方案等设计

3.2 MM5模拟系统的数据流程

3.3 MM5模拟方案及资料介绍

3.4数值模拟结果分析

3.4.1模拟降水与实况比较

3.4.2模拟的天气形势与实况比较

3.4.3中尺度系统对比分析

参考文献

第四章模拟结果诊断分析

4.1热力作用对暴雨过程影响分析

4.1.1假相当位温(θ se)场分析

4.2动力作用对暴雨过程影响分析

4.2.1散度场分析

4.2.2垂直速度分析

4.2.3位涡分析

4.2.4螺旋度分析

4.3小结

参考文献

第五章总结与讨论

致谢