吉林省中尺度暴雨分型及其预报研究

发布时间：2018-11-12 18:12

【摘要】：暴雨天气是导致洪涝、滑坡、泥石流等多种灾害的关键因素,其形成机理和准确的预报预警等问题,仍然是世界性的难题。进一步掌握中尺度暴雨的发生规律和机理,探索吉林省中尺度暴雨的客观预报方法,建立客观、自动化的暴雨预报系统,对提高暴雨天气预报预警水平,进一步提升防灾减灾工作成效具有重要的科学价值和现实意义。本文对吉林省中尺度暴雨的天气分型和预报问题进行了较细致的研究,采用常规气象观测资料及区域自动气象观测站等资料,首先统计了2010-2012年吉林省中尺度暴雨个例,分析了其时空分布特征;其次利用WRF模式对暴雨个例进行了数值模拟,并利用WRF模式输出的高分辨率产品资料对其进行了中尺度分析,得到了吉林省中尺度暴雨4个分型及各分型的特征;第三,根据暴雨形成机理,采用14项主要物理量作为暴雨预报筛选因子,得到了不同分型的中尺度暴雨预报因子阈值;第四,在上述研究的基础上,建成“吉林省暴雨指标预报业务系统”,并进行了暴雨预报效果检验。主要研究结果如下:1.吉林省中尺度暴雨按照空间尺度分为两类,分别是中α-β尺度暴雨和中γ尺度暴雨。其中,中α-β尺度暴雨在全省的空间分布呈现中南部最多,东部次之,西部最少的特征;中γ尺度暴雨的分布随机性较大、局地性特征明显。受地形影响,通化地区是中α-β尺度和中γ尺度暴雨发生频率最高的地方。2.吉林省中尺度暴雨一般出现在5-9月,最早出现在5月5日(2010),最晚出现在9月28日(2012);7-8月为暴雨多发期,其中7月出现的频次最高(51.4%),8月次之(30.6%)。5-6月以中γ尺度暴雨为主,7-9月以中α-β尺度暴雨居多。近几年,暴雨年际变化表现为2010年出现次数最多(44.4%),2012年次之(31.9%),2011年最少(23.6%)。3.吉林中α-β尺度暴雨的68.9%是在副热带高压和西风带系统相互作用的大尺度背景下产生的;22.2%的暴雨是单纯受西风带系统影响而产生;少数(8.9%)是受台风北上影响而产生。而中γ尺度暴雨则多半数(55.6%)是在西风带系统影响情况下产生,少半数(40.7%)是受副热带高压和西风带系统共同影响。4.利用WRF3.3.1模拟资料,在对吉林省中尺度暴雨个例分析的基础上,按照中尺度影响系统特征将中尺度暴雨天气划分为切变型、急流辐合型、急流出口区型、近地面辐合线型4种类型。其中急流辐合型暴雨,又可分为急流经向辐合型和急流纬向辐合型两个亚型。通过对4种暴雨天气型的影响系统、空间结构配置、暴雨落区特征等的差异分析发现:切变型中尺度暴雨发生在低空中尺度切变线附近及南侧;急流辐合型中尺度暴雨发生在急流辐合区;急流出口区型暴雨发生在急流头部出口区左侧;近地面辐合线型暴雨出现在辐合线附近。5.通过对14项暴雨天气预报预警因子阈值统计,结合配料法思路,充分考虑动力、热力条件及高低层系统的配合,得到了不同暴雨分型的关键影响预报因子。(1)切变型暴雨对动力和水汽条件要求最高,其中850 h Pa急流强度平均需达到22 m/s左右,一般850 h Pa的温度(T)、露点(Td)和比湿(q),分别达到15、13℃和12 g/kg左右。(2)急流辐合型暴雨同样对动力条件要求较高,850 h Pa急流强度平均需达到22 m/s左右,但是遇到急流强度较弱而水汽等其它条件好时,也可出现暴雨。(3)急流出口区型暴雨在动力条件方面对急流强度要求最低,但辐合条件、水汽和热力条件要求最高,一般850 h Pa的温度(T)、露点(Td)和比湿(q),分别需达到17、15℃和13 g/kg左右。(4)近地面辐合线型暴雨,通常需有大范围的高温、高湿条件,暴雨天气发生在中尺度低空辐合线的区域;暴雨预报预警时,更侧重于近地面层风向、风速的辐合条件。6.建成的“吉林省暴雨指标预报业务系统”,具有结构设计合理、物理依据清晰、方法先进、界面简洁、操作简单、自动化较高等特点,能够充分利用常规和自动站观测资料,并结合WRF3.3.1模拟的高时空分辨率逐3 h预报数据,为分析预报中尺度暴雨提供了良好的技术保障。为了检验该系统的预报预警应用效果,特选取吉林省2013-2014年重点暴雨天气过程,经业务应用检验,预报预警效果良好。上述研究成果,在加深对吉林省中尺度暴雨特征认识的同时,根据不同分型建立的暴雨天气预报阈值及吉林省暴雨指标预报业务系统,对提高吉林省暴雨等强降水天气预报预警提供了新的技术支持,为促进吉林省经济社会发展、防御和减轻暴雨等灾害性天气,提供了重要的决策依据。同时,该研究成果具有一定的推广应用价值。
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【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P426.62;P457.6

【参考文献】