北京奥运会期间一次短时强降水过程分析

摘要

利用北京地区高时空分辨率的地面自动站资料、微波辐射计资料、地基GPS资料、风廓线数据、多普勒雷达数据、卫星云图和TBB资料、3小时一次的原始报文数据以及6小时一次的NCEP再分析资料等，对北京地区2008年8月14日的一次短时强降水过程进行细致的观测分析。
　　 (1)分析表明：此次强降水发生在大尺度阻塞高压底部，对流层中层低槽、低涡切变线、西风槽、低空急流以及低层暖式切变线等天气系统在时空上的合理配置为强降水的发生提供了有利的天气尺度背景条件。强降水发生前，北京处在理想的大尺度环境中：动力抬升、充足的水汽输送和不稳定的大气层结。
　　 (2)通过对这场强降水的雨团特征进行分析发现，此次强降水具有明显的中-β尺度活动特征，历时短、强度大。此外，降水的分布为点状、范围小，是由多个孤立小雨团(直径约20-30km)生成或合并所产生，降水出现在正午到傍晚，雨团生命史较短、约2小时。
　　 (3)利用卫星云图、TBB资料、多普勒雷达资料以及地面自动站资料对此次强降水的中尺度系统进行分析发现，此次强降水是由多个孤立发展的云团单体以及后期合并而成的中β-尺度对流系统引起的，这些对流云团是在低涡云系与低槽槽前暖湿云系近距离交汇处产生的，对流系统在发展、成熟阶段都处在北京上空。通过雷达和地面自动站的分析可知，强降水对流回波有组织的发展是与地面中尺度辐合线的发展相联系的。
　　 (4)利用海淀的微波辐射计对强降水发生的局地物理条件进行分析，发现水汽含量以及总液水含量在暴雨即将发生前成倍激增，相对湿度维持较高、达100％等现象。地基GPS反演的大气水汽含量资料的显示，强降水发生前，北京地区大气水汽含量的时空变化具有明显的局地性，这与形成降水的天气系统有一定的关系；出现降水的区域，其大气水汽含量都超过了水汽含量的月平均值。
　　 (5)利用对流层中低层风廓线观测数据，分析强降水发生前后局地对流层低层水平风的垂直变化和时变特征。降水发生前期，对流层1800m到3500m维持着一支强而深厚的偏东气流，风向随高度顺转。在降水发生前2小时偏东风向低层伸展至900m，使偏东风曾在强降水发生前变得更加深厚，并且在对流层低层局地边界层内有短时的偏东风建立；此外，在2700m～3500m高度层内呈现东风大值区，特别是在强降水发生前1小时，增强为一支低空急流。边界层内偏东风的建立对强降水的发展也有着重要的作用。
　　 (6)分析认为，强降水发生在有利的大尺度环境中，高低空系统在时间和垂直空间上发生耦合，给北京地区对流层中低层带来了长时间的暖平流输送，使得强降水发生前数小时局地低层已经积累了对流活动发生所需的不稳定能量，低空急流的突然加强提供了直接的中尺度动力强迫条件，从而触发了不稳定能量的释放；此外，500hPa低槽东移过程中，西风槽后的冷空气不断沿蒙古阻塞高压东侧的偏北气流南下，并向低层回流西灌，对流层中层冷、暖空气的交绥也引发了对流活动的发生。
　　 (7)通过对RUC系统预报产品的分析证明了前文中对此次强降水过程发生机制的结论：对流层低层对流不稳定能量的释放以及中层冷、暖空气的交汇造成了此次强降水；此外，还对形成此欢强降水的中尺度对流系统的结构进行了分析。
　　 (8)另外，从暴雨发生时及前后局地各物理变量的演变特征中，发现一些对北京地区暴雨或明显降水临近预报具有一定先兆意义的特征，可为强降水短时临近预报提供有意义的指示因子。即：大气水汽含量显著增加，并且超过了当月的平均值，预示未来几小时出现较明显降水的可能性大；若再伴有气柱液态水的成倍激增，预示未来数十分钟出现暴雨的可能性很大。在天气监视和预报中可给与关注。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1研究目的和意义

1.2暴雨的研究进展

1.2.1国内暴雨的研究进展

1.2.2华北暴雨(北京暴雨)的研究进展

1.3本文主要研究内容

1.4论文各章主要内容

第二章资料与方法

2.1.风廓线资料介绍

2.1.1风廓线原理介绍

2.1.2风廓线资料的处理

2.2地面自动站资料介绍及处理

2.3微波辐射计资料介绍

2.4地基GPS水汽资料

2.5 RUC产品

第三章降水的特征

3.1 12小时降水量特征

3.2 1小时地面降水特征

第四章强降水发生的环流背景

4.1大尺度环流的演变和影响系统

4.2高低空急流与强降水的关系

4.3强降水发生的大尺度环境条件

4.3.1水汽条件

4.3.2低层假相当位温分布

4.4本章小结

第五章中尺度对流系统特征

5.1强降水中尺度对流系统的云系特征及演变

5.2多普勒雷达资料分析

5.2.1径向速度和反射率因子特征

5.2.2垂直结构分析

5.3地面自动站风场分析

5.4本章小结

第六章局地物理条件分析

6.1局地风场的时空特征

6.2大气总液态水和水汽等的时空特征

6.2.1降水发生前液态水和水汽变化特点

6.2.2降水发生前大气相对湿度变化特点

6.3地基GPS水汽分析

6.4本章小结

第七章强降水成因探究

7.1局地风场变化对强降水的影响

7.2降水机制的探究

7.3本章小结

第八章数值模拟结果分析

8.1模式预报结果分析

8.2中尺度对流系统分析

8.2.1水平结构

8.2.2垂直结构

8.3湿位涡诊断分析

8.3.1湿正压项与强降水的发展

8.3.2湿斜压项与强降水的发展

8.4本章小结

第九章总结

参考文献

致 谢