高原气象

第28卷 第2期 2009-04-28   

论文

  • 半干旱区植被减少与城市化对大气的局地和非局地影响的数值模拟
  • 陈磊;田文寿;王婵
  • 2009 Vol. 28 (2): 233-245. 
  • 摘要 ( ) PDF (7410KB) ( )
  • 利用中尺度模式对一半干旱地区植被和下垫面发生改变后大气产生的局地和非局地的响应进行了模拟分析。结果表明, 植被变化对区域内温度的影响比较复杂, 并有明显的日变化。相比与区域城市化形成的强而稳定的增温中心, 植被减少只会在区域形成较弱而间断的增温中心并敏感地依赖于地面净能量在感热、 潜热和土壤热通量之间的分配。区域内植被变化和下垫面特性的改变导致的局地温度变化在背景风场的作用下向区域外传播, 其传播的细节与风场的特征和地形密切相关。在适当的环流背景下, 迎风坡下垫面改变导致的温度变化可在背景风场的输送下, 绕过很高的山脊在背风坡形成一个持久的变温中心。植被减少导致的变温中心会在原有的环流形式上叠加一个强迫的二级环流。在中等风速条件下, 近地面约1K的区域变温所造成的二级环流深度可达到1.1 km。区域植被的减少, 一方面减少了地面向上的水汽输送, 导致了区域内气柱水汽含量的减少; 另一方面增温引起的强迫二级环流会使区域外水汽向内输送, 部分地补偿了地面向上输送水汽的减少, 但是二者总体的效果是区域内的气柱水汽总量减少。在实验区域之外, 上风向趋于增湿而下风向趋于减湿。
  • 涡动相关仪和大孔径闪烁仪观测通量的空间代表性
  • 宫丽娟;刘绍民;双喜;蔡旭辉;徐自为
  • 2009 Vol. 28 (2): 246-257. 
  • 摘要 ( ) PDF (4972KB) ( )
  • 在对涡动相关仪和大孔径闪烁仪足迹模型进行敏感性分析的基础上, 利用北京密云站2006年8月至2007年12月期间的观测资料, 应用足迹模型对观测通量的空间代表性做了初步的分析。结果表明: 涡动相关仪和大孔径闪烁仪的源区对风向、 Monin-Obukhov 长度, 空气动力学粗糙度和观测高度/有效高度等因子比较敏感。密云站涡动相关仪的源区白天主要分布在仪器的西南与南面, 而夜间则在东北与北面。大孔径闪烁仪的源区为西南-东北向分布。涡动相关仪各月源区形状不同, 但大致分布在南北长1000 m、 东西宽850 m的范围内, 而 LAS各月源区为西南-东北向分布, 长约2060 m, 最宽处约为620 m。对涡动相关仪通量有贡献的下垫面主要为园地(67%)和耕地(19%)。其中园地的通量贡献比例在夏、秋季比较大, 冬、春季稍小, 而耕地则相反。大孔径闪烁仪的主要通量贡献源区为园地、 耕地和居民地, 通量贡献比例分别为49%, 28%和11%。其中园地和耕地通量贡献率的变化趋势与涡动相关仪的观测结果一致, 但没有涡动相关仪的变化明显。
  • 一次持续性浓雾天气过程的水汽输送及逆温特征分析
  • 吴彬贵-;张宏升*;汪靖;张长春;于莉莉;刘彬贤;解以扬
  • 2009 Vol. 28 (2): 258-267. 
  • 摘要 ( ) PDF (10356KB) ( )
  • 利用地面站观测、 大气边界层观测及NCEP再分析资料, 对2006年2月13~14日华北中南部一次持续性浓雾过程的水汽输送和逆温特征进行了计算和分析, 研究了其与浓雾生、 消发展之间的联系。结果表明: 暖性弱高压脊和地面变性冷高压的高低空系统配置为浓雾的形成提供了有利的逆温层结和近地面弱风条件; 在深厚逆温条件下, 南支暖湿水汽的输送和辐合使毛毛雨滴下降过程中蒸发, 在近地面较冷气层中再次凝结导致了浓雾的生成; 加强北上的低空西南急流为浓雾的启动和长时间维持提供了大量的水汽, 有利于逆温层顶抬升, 湿层增厚, 进而促进了浓雾的生成和发展; 西北干冷空气自上而下破坏了深厚浓雾所依存的高湿条件, 使雾顶下降雾层变薄, 加之日出后的短波辐射使近地层空气升温, 近地面的稳定层结被破坏, 上下层气流交换增强, 从而导致了雾最终消散。结果还表明: 在近地面逆温、 微风等有利成雾天气条件下, 当低层持续适量的水汽辐合时, 浓雾同时伴随有毛毛雨现象, 当低层水汽辐散时, 毛毛雨现象消失。
  • 一次华北暴雨过程中“质量强迫”的数值模拟
  • 史小康-;李耀东-;冉令坤;文军
  • 2009 Vol. 28 (2): 278-292. 
  • 摘要 ( ) PDF (10738KB) ( )
  • 在暴雨系统中, 大量降水会造成湿空气质量的亏损, 这种湿空气质量亏损对暴雨系统的发生、 发展有一定的强迫作用, 称之为“质量强迫”。本文首先从理论上通过对连续方程进行修改, 重新推导了ARPS模式中考虑质量强迫作用的扰动气压倾向方程, 并利用该模式对一次华北冷锋暴雨过程进行质量强迫作用的数值模拟试验, 详细分析了质量强迫引起的云微物理过程的变化。对比分析表明: (1)质量强迫项影响系统的降水量。在本文个例中, 质量强迫项起主要作用的高度在5.75 km左右, 使得大气产生了由该层向上、 向下的运动调整, 其中向下的运动调整不利于低层对流的上升运动, 减弱了系统的对流强度, 导致中心降水量有所减少。(2)云水场的分布与质量强迫项的分布吻合较好; 降水率的变化和质量强迫项的变化趋势相似, 且在5.75 km高度上表现明显; 降水粒子下落末速度项是引起质量强迫项变化的主要原因。(3)湿空气质量场发生改变将使局地气压发生变化, 这种变化又使动力场发生相应的调整, 产生辐合、 辐散及垂直运动。反之, 运动场的调整也影响到气压场的调整, 它们之间将是一个相互影响的过程, 近而对天气系统发展强度产生较明显的作用。(4)对对比试验中模式控制方程各项的差别分析发现: 造成扰动气压局地变化项差的主要原因是由散度项差与垂直速度项差共同作用造成的, 其中, 质量强迫项差起了间接的作用; 造成水汽及云水物质局地变化项差的主要原因是微物理源汇项差, 其次是降水粒子下落末速度项差。
  • 高原和山脉地形对长江中下游梅雨形成的影响
  • 万日金;赵兵科;应明
  • 2009 Vol. 28 (2): 299-305. 
  • 摘要 ( ) PDF (5545KB) ( )
  • 长江中下游梅雨(下称梅雨)是西南暖湿季风气流随季节增暖北进过程中的产物, 是东亚副热带季风系统中的一个重要组成部分。利用气候平均资料分析和敏感性数值模式试验, 研究了青藏高原(下称高原)和江南山脉地形对梅雨形成的影响。分析表明, 在对流层低层, 江南处于强劲西南急流风速中心的下游, 有江南山脉地形对西南急流强迫抬升, 具有强烈的风速和水汽辐合, 这是梅雨形成的直接原因。敏感性数值试验表明, 无高原时该西南急流增强, 江南上空气旋性涡度增大, 梅雨雨量增加2 mm/d, 这反映了夏季高原巨大的感热气泵的抽吸作用使其东侧的江南地区环流的气旋性减弱, 上升受到抑制, 降水减少; 无江南山脉地形时梅雨雨量减少2 mm/d, 雨带北移到淮河流域, 而加高山脉地形时则梅雨量增大, 雨带位置南移, 说明山脉地形对西南季风气流有强迫抬升增幅降水作用, 对梅雨雨带的形成亦有重要影响。
  • 基于螺旋度和非地转湿Q矢量的一次东移高原低涡强降水过程分析
  • 黄楚惠;李国平
  • 2009 Vol. 28 (2): 319-326. 
  • 摘要 ( ) PDF (4933KB) ( )
  • 利用NCEP 1°×1°再分析资料以及常规观测的地面和高空资料, 应用螺旋度和非地转湿Q矢量原理, 对2000年7月9~15日一例东移高原低涡产生强降水过程进行了天气动力学诊断分析。结果表明: 500 hPaz-螺旋度水平分布对低涡中心的移动、 降水落区和强降水中心的分布具有较好指示性, 强降水中心发生在500 hPa z-螺旋度梯度值最大的区域。z-螺旋度分布能较好地反映暴雨发生时大气的动力学特征, 暴雨区上空, 高层负涡度辐散与低层正涡度辐合相配合, 是触发暴雨的动力机制。相对螺旋度更能全面地反映降水落区及降水中心分布情况, 并对未来6 h后的降水落区及走向具有较好的预报性, 强降水中心发生在相对螺旋度正、 负中心连线梯度最大值的正值一侧。低层非地转湿Q矢量散度的辐合区与降水区相对应, 辐合中心与强降水中心基本吻合, 是降水落区定性诊断分析的有力工具; 湿Q矢量散度的垂直分布对未来6 h降水的落区和移动预报提供了很好的参考信息。
  • 广西和贵州MCC暴雨过程综合分析
  • 井喜-;陈见;胡春娟;井宇;屠妮妮;王东海;张人禾
  • 2009 Vol. 28 (2): 335-351. 
  • 摘要 ( ) PDF (4242KB) ( )
  • 利用卫星云图、 多普勒雷达资料和高空风等各种天气学资料, 对2007年6月8~9日广西、 贵州由中尺度对流复合体(MCC)引发的致洪暴雨过程进行了大尺度环境场和物理量的诊断分析。结果表明: MCC是造成暴雨的直接影响系统; 低空急流的不连续后退向西发展, 为MCC的生成和发展提供了充沛的水汽输送; MCC发生区对流层中低层随高度向西倾斜高能管的形成, 维持了MCC发生区大气的对流不稳定性; 华北高压底部东北气流带来的冷空气沿青藏高原东侧南下产生的锋生, 有利于MCC的形成; 对于MCC的生成发展、 维持和消亡, 在CAPPI(1.5 km)径向速度图上看到: 首先有西南低空急流生成, 接着在西南低空急流左侧出现气旋性辐合或经向辐合; 和类似飑线的强对流云带的东移转向南压配合, 生成范围很大的径向强辐散区; 低空急流的减弱消失, 预示着MCC的减弱或消散。
  • 环境与强对流(雹)云相互作用的个例模拟
  • 王秀明-;钟青
  • 2009 Vol. 28 (2): 366-373. 
  • 摘要 ( ) PDF (1298KB) ( )
  • 基于北京2005年5月31日雹云个例数值模拟结果, 分析了对流有效位能(CAPE)和水平风垂直切变(下称shear)等环境因素演变对对流活动的影响, 并进一步分析了强对流云与局地环境之间的相互作用。长生命史的超级单体风暴需要shear和CAPE之间相互配合, 一般用理查逊数(Ri=CAPE/shear)表示。本文给出了个例中这种配合的具体表现: 当对流有效位能达到1000 J·kg-1时, 小的垂直风切变产生一般单体对流, 对应Ri数>10, 较强切变产生超级单体强对流, 对应Ri数在1~5之间。环境影响对流形态, 同时对流对局地环境也有明显影响: 一般单体对流组成的飑线使其移动方向的局地环境shear增大, 超级单体强对流随着其发展对环境shear的消耗明显, 使得其周边几十甚至上百公里的环境shear明显减小。强对流活动区域局地环境shear的减小和CAPE的降低相配合, 使Ri数维持在1~5之间, 有利于超级单体流型的维持。