李兆慧[1]2011年在《东北冷涡暴雨云降水物理过程的数值模拟研究》文中研究指明本文对2009年6月中下旬连续出现的两次东北冷涡降水进行天气分析及云微物理过程的数值模拟研究。利用NCEP提供的FNL再分析资料、风云ⅡC云顶亮温资料、观测资料,包括探空资料和地面加密观测资料,分析两次冷涡降水过程以及冷涡影响下的局地突发性对流降水过程的环流形势场、动力场、热力场以及水汽输送场,并利用云可分辨模式中的Goddard Cumulus Ensemble Model(GCEM)研究其地面降水特点以及云微物理转换过程,进一步通过敏感实验来研究冰相微物理过程和水平温度湿度平流对冷涡降水的重要作用。对两次冷涡降水过程的分析表明,第一次冷涡位置靠北,其发展过程与后部的冷空气联系紧密;第二次冷涡位置偏南,冷涡成熟后就形成截断低压,阻断了后部冷空气的补充。冷涡云系呈现逗点状分布,其干冷空气和暖湿空气交界的地方有较强的水平锋生。方差和均方差的比较表明模式成功模拟出两次冷涡带来的地面降水过程。模拟的地面降水率随时间东移,与地面观测降水率和云顶亮温的移动一致。两次冷涡过程区域平均以及各自对流降水区的地面降水率的主要贡献项都是局地水汽辐合项,但是在层云降水区,第一次冷涡过程的地面降水率的主要贡献来自于局地水汽辐合和水凝物的减少,第二次则主要来自于局地水凝物减少。两次冷涡过程中冰水路径与云水路径非常接近。在云微物理转换过程方面,第一次冷涡过程的降水率较大,各种相态粒子的含量及其转化率都大于第二次冷涡过程,但是二者表现出一些共同点,即雨水的两个主要来源为雨水与云水的碰并过程和霰的融化过程;而云水的主要来源是过饱和水汽的凝结过程,并且霰融化为雨水的转化率都大于雨水与云水碰并过程生成雨水的转化率,说明冰相成雨过程对雨水的生成有较大的贡献。对冷涡发展阶段富裕县中尺度对流降水的研究表明,短时强降水出现的一个重要原因是对流层中层有干冷空气入侵,低层有暖湿的西南风急流,造成上层干冷下层暖湿的位势不稳定层结,视热源Q1和视水汽汇Q2之和的分布表现出中上层减温的特点,上层辐散下层辐合的动力条件以及充沛的水汽输送条件,都是对流发生的有利条件。模拟的富裕县对流降水期的雷达反射率和冰相、液相水凝物都随时间东移,云团经向宽度不断增大,强度增强,对流初始阶段高层西风作用使云团向东倾斜;局地水汽辐合对地面降水贡献最大,冰水路径在对流发展过程中始终大于云水路径。对包含富裕县中尺度对流降水在内的雨带的发展演变过程分析表明,由于中尺度对流系统的存在,在初始阶段就有较强的雷达反射率和水凝物含量。模拟的总水凝物混合比的时间演变与垂直上升运动变化一致。固态水凝物混合比大于液态水凝物混合比,说明对流发展旺盛,冰云含量大。将降水雨带根据地面雨强的发展分为叁个阶段,各阶段以及整个雨带平均的结果都表明局地水汽辐合辐散对地面雨强大小起着关键作用;在初始和成熟阶段,冰水路径和云水路径大小相近,在云微物理过程方面也表现出冰相成雨过程的重要地位,即霰融化为雨水的转化率大于雨水和云水碰并过程生成雨水的转化率,这和两次冷涡过程平均所得结论一致。冷涡降水过程相较于热带海洋地区、华南地区及长江流域等低纬度地区的对流降水过程既有相同点,也有其独特之处。首先,上述地区表现出的两个共同点为:局地水汽辐合对地面降水率的贡献最大;雨水的来源主要有两个过程,其一为雨水和云水的碰并过程,其二为霰的融化过程;而云水的来源主要是过饱和水汽凝结过程。两个不同点表现在:东北冷涡个例中,其云比率要比上述低纬度地区的值大,说明冰云量较大,发展较旺盛。雨水源比率在长江流域、华南地区以及西太平洋地区都小于1,表明雨水和云水的碰并过程强于霰的融化过程,雨水主要由雨水与云水碰并转换而来;而在东北地区雨水源比率都大于1,表明霰的融化过程是雨水生成的主要来源,冰云较丰富,这一差异主要是由冷涡的冷心结构和冷涡发展过程的干冷侵入造成的。冰相微物理过程和水平温湿平流过程对地面降水有着非常重要的作用。无冰相微物理过程,水云发展旺盛,地面降水区域明显缩减,降水雨带的演变对高空风场变化的响应更快,地面降水的主要贡献项即局地水汽辐合项减弱,从而使得地面降水率减小。另外从云微物理过程的角度而言,缺少了冰相水凝物和液相水凝物间的转换过程,雨水生成率减少,从而导致地面降水率减少。水平温度平流和湿度平流对地面降水以及云微物理过程所起的重要作用表现如下:暖平流消失使得环境温度降低,有利于冰云的生成和维持,冰相水凝物与液相水凝物间的转换率明显增大;而湿平流的消失使得环境湿度减小,局地水汽辐合率减小,直接导致地面降水率的减小;干平流消失使得大气湿度增大,局地水汽辐合率增大,并且各种水凝物含量增大,冰相微物理过程活跃,液相和冰相粒子的转换率明显增大,雨水的生成率增大,从而地面降水增大。
钟水新, 王东海, 张人禾, 刘英[2]2013年在《一次冷涡发展阶段大暴雨过程的中尺度对流系统研究》文中研究指明利用2009年东北暴雨试验资料、常规气象观测资料、自动站资料、FY-2C卫星资料和NCEP再分析资料,对2009年6月19日东北地区一次短时强降水过程的天气尺度环流特征、中尺度对流系统(MCS)环境场及其触发机制进行了分析,概括了此次冷涡发展阶段暴雨过程的叁维概念模型。结果表明,此次强降水系统主要发生在东北冷涡的发展阶段,造成强对流天气的系统尺度较小、突发性强,具有明显的β-γ中尺度对流系统的特点。高温高湿及位势不稳定层结、低层的湿舌北伸及中层干冷空气的侵入,为MCS的发生、发展提供了非常有利的环境条件。位于高空西风急流出口区北侧和偏东北大风中心入口区南侧的暴雨区上层有强的高空辐散,与辐合区南侧的低空急流前部相互耦合,使得暴雨区上升气流增强;高空急流出口区南侧的偏南风低空急流加强了风暴的入流强度,为风暴提供了有利的风场环境和水汽条件。暴雨区西南侧中低层存在干空气侵入,使中低层干冷空气迅速向对流风暴发生区输送,形成逆温层。在强对流爆发前,中低层的逆温层与上层的干层分开,使风暴发展所需的不稳定能量得以累积,冷涡系统东移引导低层偏西北气流南下,增强了地面流场的辐合,是触发初始对流的关键因素。
魏铁鑫[3]2013年在《东北冷涡暴雨的水汽输送特征及水汽源地的水汽贡献分析》文中指出东北冷涡是影响我国东北地区的重要天气系统,其引发的暴雨对东北地区的经济和农业发展有着重要的影响。本研究基于1961-2010年东北地区逐日降水资料、同期东北冷涡日历表和NCEP/NCAR再分析数据等资料,研究东北冷涡暴雨的气候学特征,与大气环流系统的关系,水汽输送特征及水汽源地对降水的贡献,主要结论如下：1、东北冷涡暴雨多发生于夏季,尤以7月份最多,占冷涡暴雨总日数的42.2%；其年际变化呈不明显地上升趋势,2004～2005年间冷涡暴雨日数发生由多变少的突变。冷涡暴雨日数的年际变化存在18a周期和较强的3-5a显着的小尺度变化周期。冷涡暴雨主要集中于东北地区东南部,其中辽河与鸭绿江流域是冷涡暴雨多发区。2、东北冷涡暴雨期,盂加拉湾—中国南海,中国东部和黄、渤海至30°N附近西太平洋海域的经、纬向水汽通量值较正常年明显偏高。东北地区东南部是水汽汇集区。冷涡暴雨多发生于冷涡活动中心的东南和西南侧。冷涡暴雨日数与西太平洋副高,西南季风和东南季风的活动呈显着正相关,与偏北季风面积和西风系统的活动呈显着负相关。3、东北地区冷涡暴雨的水汽源地主要有四个区域：(1)欧亚大陆,尤其是贝加尔湖附近；(2)鄂霍次克海,日本海,黄、渤海及西太平洋海域,统称为西太平洋及相邻海域；(3)印度洋、孟加拉湾至中国南海,统称为孟加拉湾—南海海域；(4)东北地区。其中欧亚大陆主要输送高空(1500m以上)干冷气团,而热带及副热带海域则输送低空(1500m以下)暖湿气团。西太平洋海域(包括鄂霍次克海、日本海、黄海、渤海及中国东海)对冷涡暴雨的水汽贡献率达39.8%；其次是孟加拉湾—南海海域,水汽贡献率达32.1%;欧亚大陆的水汽贡献率为20.9%；东北地区的水汽贡献率最小,为7.2%。对水汽源地的水汽贡献率与环流指数进行相关性检验,并建立回归方程,发现水汽源地与环流指数的回归方程均通过的显着性检验。其中欧亚大陆的水汽贡献率与偏北季风面积指数和西风指数的相关性显着,回归方程的拟合效果良好。
唐丽彬, 陆倩[4]2018年在《承德市一次冷涡单站暴雨成因分析》文中指出利用承德市本地常规观测资料、Micaps资料以及NECP再分析资料,对2014年6月17日承德市出现的短时强对流暴雨天气进行分析。本次过程是冷涡环境背景下产生的连续性强对流天气,冷涡呈前倾或垂直结构,高层冷平流与低层暖平流迭加,造成大范围的位势不稳定,地面辐合线触发了强对流天气发生。承德站较高的露点温度、大气高低层的配置和较强的CAPE值为本次强对流暴雨天气提供了水汽和热力条件,高低层涡度的配置有利于强对流天气的产生;局地生成的超级单体回波(钩状回波)和地面辐合线附近的线状回波先后影响承德市区,造成承德市区短时强对流暴雨天气。
哈建强, 张志悦[5]2017年在《沧州市一次冷涡影响下的降雨过程分析》文中进行了进一步梳理2017年6月21~24日沧州市出现了一次冷涡雨降雨过程。文中分析了沧州市自2011年以来最大的冷涡降雨过程的时空分布状况,并对本次冷涡降雨过程对于增加河道流量、缓解旱情、提升地下水位等的情况进行了分析,最后对于沧州市的雨水资源开发与利用给出了建议。
张永芹, 党修伍, 孙金贺, 王苏瑶, 汪付华[6]2018年在《淮北市一次冷涡暴雨过程诊断分析》文中研究表明利用常规数值预报资料,对2016年7月1日发生在淮北市一次局地暴雨天气过程的降水形势、环流特征、物理量、雷达回波、卫星云图等进行较全面系统的分析。结果表明,此次强降水主要是由于冷涡在东移过程中携带冷空气下滑造成的;沙氏指数、K指数、抬升指数、对流稳定度指数、风暴强度指数等对局地强对流天气发生发展有较好的指示作用;卫星云图和雷达回波也能很好地把握对流云团的发生发展,是目前短时临近预报的较好工具。
王莉萍, 沈桐立, 崔晓东, 张素美[7]2006年在《一次冷涡暴雨的中尺度对流云团分析及数值模拟研究》文中研究说明利用MM5模式对2000年8月发生在河北省的一次暴雨过程进行了模拟,发现本次过程是由蒙古东部的低涡与副热带高压共同作用形成的,而局地大暴雨的直接原因是中尺度对流云团的作用。中尺度对流云团形成前期有一个能量急剧积累的过程。通过改变地形、低层东南风大小的敏感性试验,发现这次暴雨虽然发生在河北东部,但华北西部、北部的地形对暴雨影响很大:当降低地形高度后,雨区的位置和强度都发生变化;减弱低层东南风后,蒙古东部冷涡的强度和移动速度都有不同程度的改变,并且层次越低影响越明显。
钟水新[8]2011年在《东北冷涡结构特征及其强降水形成机理研究》文中研究表明东北冷涡是我国东北地区夏季主要的天气系统,它的发生、发展及其演变不仅会给我国东北地区带来低温多雨甚至造成洪涝灾害,而且对我国华北、江南梅雨期乃至东亚地区的环流形势都有重要的影响,因此对东北冷涡系统的研究有着极其重要的意义。本文在总结、回顾过去对东北冷涡的研究的基础上,提出在对东北冷涡研究中亟待解决的几类科学问题,针对以上科学问题,本文首先对不同持续时间和移动速度的冷涡进行分类与合成分析,在此基础上,利用加密观测资料与中尺度数值模式,模拟研究了东北冷涡的发展演变特征及其强对流系统的触发机制,结合数值敏感性试验,考察了东北地形对冷涡的发生发展作用,最后,总结概括了冷涡结构特征模型及其暴雨过程的叁维概念模式图,主要得到以下结论:1.持续缓动型东北冷涡位置多位于内蒙偏东部、吉林中西部和黑龙江中西部地区,冷涡系统多为偏东移,且此类冷涡发展和成熟阶段高层环流呈纬向型环流分布,冷涡西侧、西北侧有低槽,槽底不断有冷空气和正涡度平流向冷涡输送;强的高空急流有利于加强冷涡的气旋性环流和在冷涡东侧产生高空辐散形成上升气流,在冷涡西侧产生下沉气流。短时移动型冷涡位置多位于内蒙偏东北和黑龙江西北部地区,系统主要向偏东南方向移动,且冷涡各阶段高层环流形势呈经向型环流分布,冷涡西侧多为一暖高脊,高空急流较弱,不利于冷涡的发展和维持。和南方天气系统暴雨不一样,东北冷涡发展阶段暴雨,冷涡位于高空急流的出口区左侧,有利于冷涡的发展加强并且在急流出口区的北侧产生高空辐散,从而触发上升运动形成对流;由于对流层中层冷涡的强旋转作用,使得干空气在冷涡的西侧、南侧侵入,即在冷涡西侧及南侧存在旋转式干侵入,从而使得暴雨多在冷涡的东侧和东南侧形成。2.利用时变涡度方程和涡散场动能方程分别对冷涡的涡度和动能收支进行了分析,结果表明,西风带平均气流对扰动涡度的输送使得局地涡度增加,使得冷涡加强。对流层高层冷涡中心涡度主要由散度扰动项引起,而散度扰动又主要受高空急流和中层冷空气的作用影响。尽管辐散风动能KD(DKD)量级很小,但在冷涡涡散场动能量输送中起了极其重要的作用,即通过斜压过程的动能产生率GD和辐散风水平通量辐合HFD和为KD提供动能源,使有效位能A向KD转换再通过C(KD,KR)向KR提供动能源,成为对流层低层旋转风动能的主要能源之一。对于旋转风和散度风动能的汇源而言,冷涡不同阶段在对流层各层呈现明显的差异。发展阶段,对流层低层的旋转风动能变化率、辐散风和旋转风之间的能量交换C (KD,KR )和总动能占整层积分的主要部分;成熟阶段,对流层中层总动能最强最显着,低层减弱迅速甚至出现负增长;减弱阶段,总动能在对流层中层减弱最明显,其次是在对流层高层,动能转换项在冷涡发展过程中充当着重要的“桥梁”作用,低层C(KD,KR)的演变对冷涡强降水有一定的预报意义。3.对冷涡系统不同时期对流云的垂直结构和云内部中小尺度结构的分析结果表明,冷涡发展阶段的初期,体现为孤立的深对流回波亮带,对流系统表现为孤立、深厚的特征,冷涡发展成熟阶段,回波强度比冷涡发展初期的对流系统有所减弱,且为较浅薄的对流系统,冷涡系统下发展的锢囚锋不同于传统的锢囚锋结构,锢囚锋尾部存在干、冷空气的侵入,整个锢囚锋回波系统顶部呈现独特的结构特征:东南部为干、冷空气侵入造成的回波区、中部为锢囚锋主体对流区、西北部为暖锋遇冷锋抬升作用形成的回波区。在锢囚锋尾部存在冰水含量与液态水含量分层现象,干冷空气侵入层在5km左右,在干冷空气侵入层上部为冰态水含量分布的弱回波区,下部为液态水分布的弱回波区;冷涡成熟阶段,对流系统分布在冷涡外沿,表现为多个孤立的对流系统。4.东北地形对东北冷涡环流及其降水有较大影响。大兴安岭对东北冷涡系统环境流场的影响比较明显,其作用直接影响东侧及北侧的大气辐合程度,并使东侧辐合带的涡度、垂直速度以及温度平流等的垂直分布发生变化,从而影响冷涡降水强度。小兴安岭的地形对黑龙江中西部和北部地区环流及其降水影响较为敏感,是影响黑龙江的降水的直接影响因子。长白山山脉对我国东北中东部地区的冷涡环流及其降水影响较大,直接影响东北中部、中东部地区降水,且影响幅度大于大兴安岭和小兴安岭地区,其中,吉林受长白山地形影响最大。5.总结归纳了东北冷涡暴雨的结构特征以及冷涡的概念模型。冷涡中心对流层中、高层为高PV库,并向低层伸展,侵入,有利于在系统移动前方激发出上升运动,东侧为来自中低纬的西南或偏东暖、湿气流且为上升运动区;有利于强对流在冷涡的东侧发生。冷涡发展阶段,冷涡位于高空急流的北侧,有利于冷涡的发展加强并且在急流出口区的北侧产生高空辐散,高空辐散区东侧为大风中心,位于大风中心入口区的南侧,增强了冷涡东侧的高层辐散,在对流层低层,水汽输送常有两个通道:一个为西南低空急流携带的暖湿气流,另一个是偏东气流。在有区域性暴雨发生时,地面自动站资料可观测到有明显的湿舌和高能舌伸向暴雨区;冷涡衰退阶段,高、低空急流强度减弱,冷涡位于高空急流入口区北侧,西侧大风中心出口区南侧,对应高空辐合区,冷涡中心位涡值减小,冷涡东移逐渐减弱。
宋新辉[9]2003年在《一次冷涡暴雨过程分析》文中研究说明本文从一次东北冷涡的发生发展过程出发，利用9210系统广播的实况数据及T213数值预报的再分析产品，研究讨论了特定冷涡形势下辽西地区暴雨的发生机制，对其产生暴雨时的相关物理量及诊断量进行了分析。从分析中可以看出，虽然东北冷涡是天气尺度系统，但是由于气压场形势的配置不同、冷涡中心的位置和冷空气的移动方向不同、高低空气压场形势演变等原因，造成的局地天气差别是很显着的。通过对物理量的分析可以看出，降水发生时的垂直运动场、水汽通量、T-LOGP的稳定度参数等物理量值，非常有利于暴雨的产生、发展和维持，也就造成了这次辽西地区大范围的暴雨过程。 最后，用MM5中尺度预报模式对这次冷涡暴雨过程做了数值模拟，并对输出的部分结果与实况做了对比。从对比分析的结果看，MM5对高空、地面的环流形势模拟的非常接近实况；对物理量场的模拟，与降水发生的实况所需要的理论条件相吻合，强垂直运动区对应着强降水发生地；Q-矢量的极大值也与降水中心一致，可以应用于定点预报实践。在降水场的模拟中，降雨带的范围与实况接近，强降水中心位置和强度略有偏差，通过修正意见对提高预报准确率会有很大帮助。 综合分析认为：(1)、这次冷涡在其发生发展过程中，其移动路径是沿经圈直线南压，携带的冷空气势力较强，形成槽后较强的垂直运动；(2)、西太平洋副热带高压偏北位置与东北冷涡南压形成的急流轴，把源源不断的西南暖湿气流输送到辽西地区，也就是急流轴的左前方位置，为这次暴雨的产生提供了充足的水汽来源；(3)、低空急流不但为暴雨输送水汽，其造成的较强的垂直环流也是产生强降水的一个主要原因；(4)、MM5模式以四维同化资料作为初始场，最大限度地避免了观测误差可能造成的积分不稳定，提高了模拟结果的参考价值。该模式对这次冷涡暴雨的形势模拟与实际形势场极其接近，是一个成功的应用范例；(5)、MM5模式对各种物理量和降水场的模拟结果与实况接近，在精细化的定点定量预报实践中具有很好的参考价值；(6)、MM5模式预报降水范围和强度与实况还有一定偏差，需要进一步深入的工作来改进。
王莉萍[10]2004年在《一次冷涡暴雨的诊断分析和数值模拟研究》文中研究说明本文对2000年8月发生在河北省的一次暴雨过程从环流形势、物理量场方面进行了分析,并对其成因进行了探讨。发现本次过程是由蒙古东部的低涡与副热带高压共同作用发生的,而局地大暴雨的直接原因是中尺度对流云团所造成的。诊断分析中发现暴雨落区和低层正涡度、水汽、压能、湿焓、位涡等有很好的对应关系。本文还利用MM5模式对尺度系统的形成以及地形、低层东南风对这次暴雨过程的影响进行了数值模拟,结果表明,中尺度对流云团形成前期有一个能量急剧积累的过程;华北西部、北部的地形对这次暴雨过程的降雨量影响极大,当降低地形高度后,雨区的位置和强度都发生了较大的变化;减弱低层东南风后,蒙古东部冷涡的强度和移动速度都有不同程度的改变,并且层次越低影响越明显。
参考文献：
[1]. 东北冷涡暴雨云降水物理过程的数值模拟研究[D]. 李兆慧. 中国气象科学研究院. 2011
[2]. 一次冷涡发展阶段大暴雨过程的中尺度对流系统研究[J]. 钟水新, 王东海, 张人禾, 刘英. 高原气象. 2013
[3]. 东北冷涡暴雨的水汽输送特征及水汽源地的水汽贡献分析[D]. 魏铁鑫. 南京信息工程大学. 2013
[4]. 承德市一次冷涡单站暴雨成因分析[J]. 唐丽彬, 陆倩. 南方农业. 2018
[5]. 沧州市一次冷涡影响下的降雨过程分析[J]. 哈建强, 张志悦. 河北工程技术高等专科学校学报. 2017
[6]. 淮北市一次冷涡暴雨过程诊断分析[J]. 张永芹, 党修伍, 孙金贺, 王苏瑶, 汪付华. 安徽农业科学. 2018
[7]. 一次冷涡暴雨的中尺度对流云团分析及数值模拟研究[J]. 王莉萍, 沈桐立, 崔晓东, 张素美. 气象科技. 2006
[8]. 东北冷涡结构特征及其强降水形成机理研究[D]. 钟水新. 中国气象科学研究院. 2011
[9]. 一次冷涡暴雨过程分析[D]. 宋新辉. 南京气象学院. 2003
[10]. 一次冷涡暴雨的诊断分析和数值模拟研究[D]. 王莉萍. 南京信息工程大学. 2004
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