太行山及以东邻近地区典型强降水过程的成因和中尺度特征研究
发布时间：2022-01-15 08:43
太行山是我国东部的重要山脉和地理分界线,对华北的强降水过程存在显著影响。太行山及以东邻近地区位于华北中南部,与华北北部相比,在气候环境、地形特征和下垫面状况等方面存在很大差异,从而导致强降水的特征和机理显著不同。包含强降水的持续性降水事件是当地暖季（5-9月）降水的重要组成部分,本文定义了单站LDHR（long duration heavy rainfall）事件（持续时间≥7 h且降水强度≥20 mm/h）,筛选出包含单站LDHR事件的强降水过程。本文以这类典型强降水过程为研究对象,揭示了其天气学成因;在此基础上,针对2016年7月18-21日华北地区的区域持续性强降水过程（“7.19”过程）,探析了整个太行山区对造成强降水的MCS的触发和维持的影响;进而选择2018年8月12日-13日发生的局地突发性强降水过程（“8.12”过程）,探究了太行山北部谷地（113.80-114.60°E,37.75-39.25°N）及附近地形对造成强降水的MCS的形态结构、触发及维持的影响,并深入细致地剖析了MCS内部雨带的形态演变和组织结构差异,建立了相关概念模型。本研究有助于深入理解不同天气背景下...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
种风暴类型分类(引自Gallus（2008）
兰州大学博士学位论文太行山及以东邻近地区典型强降水过程的成因和中尺度特征研究91995;Wangetal.,2005)，这往往伴随着不稳定能量的积累和爆发(Medinaetal.,2010)；气流受到地形阻挡而产生分支，分支气流绕过地形后在地形的背面形成辐合(Mass,1981)。上述两种类型主要体现在对流的触发作用上，而MCS在地形附近触发形成后和已有的MCS靠近地形时，会受到地形的摩擦和阻挡作用而准静止停滞，造成局地强降水（ReevesandLin,2007）。Tuetal(2014)分析了发生在台湾西南沿海的两次降水过程，发现西南暖湿气流与中央山脉夹角较大时，地形抬升不断触发对流，使降水维持而造成强降水；夹角较小时，地形抬升对降水的影响较弱。降水的发生地点与山脉的相对位置一定程度上取决于与垂直于地形的气流大小（U）、地形高度（h）、气流的不稳定度(N)所组成的佛罗德数（Froudenumber：Fr=U/Nh），在无旋转的条件性不稳定气流受到中尺度山脉的阻挡的情况下，由于Fr存在差异，可能跨越山脉、被山脉阻塞或分流(ChuandLin,2000;ChenandLin,2005;LinandWang,1996)。总的来说Fr较大（Fr＞1），气流将会跨越山脉；如果Fr较小（Fr＜1），气流将会被山脉阻塞或分流，强降水主要发生在迎风坡，并且根据Fr数值的具体差异，降水可能发生在山坡或者山前（YuandHsieh,2009；YuandLin,2017；Xuetal.,2012）。图1.2太行山-燕山年平均降水量空间分布（引自程树林等，1993）。中国是一个多山的国家，强降水的发生与地形的动力和热力作用密不可分
兰州大学博士学位论文太行山及以东邻近地区典型强降水过程的成因和中尺度特征研究11南(LuoandChen,2015;WuandLuo,2016)、江淮(Luoetal.,2014;Heetal.,2018)、华北（Lietal.,2017c）被观测或模拟所证实。如果冷池紧挨地形，就可以成为地形在三维空间上的延伸，使降水的发展演变更为复杂，一方面，下山的对流系统受冷池影响，往往会显著加强，但加强位置与冷池出流强度与迎风坡气流的性质有关，这在北京地区的下山雷暴研究中得到证实（Xiaoetal.,2017；Xiaoetal.,2019）；另一方面，冷池也可以影响地形对于迎风坡气流的抬升，从而让强降水在距地形一定距离处发生。Jeongetal(2016)的研究指出，太白山东侧冷池导致MCS静止少动，冷池前缘不断有对流触发，维持后向建立过程，造成了韩国东南沿海的强降水。Xuetal（2012）对一次强降水过程分析后指出，由于台湾西南部存在弱冷池，MCS一直维持在距离陆地一定距离的海洋中，新的对流在MCS前缘生成后，还未移动到台湾岛就已经消散，因而沿海及其西南侧的海洋中的降水反而强于中央山脉迎风坡。YuandLin（2017）分析了台湾东海岸一个持续时间超过36h的对流线的发展演变机制，除降水的蒸发冷却之外，发现在地形的阻塞、海陆热力差异形成的辐射冷却也是近海岸冷池发展的重要因素，冷池对于暖湿气流的抬升使对流维持很长时间。图1.3RKW理论下飑线维持机制（Rotunno，1988）。冷池与低层垂直风切的相互作用是典型的线状对流系统-飑线发展维持的最为重要的动力和热力机制，即著名的RKW理论（Rotunnoetal.,1988;Weisman,1988）。RKW理论提出冷池与低层垂直风切的相互作用与飑线前沿气流垂直抬升的高度和垂直速度大小有关，是飑线前方不断触发新对流单体最为重要的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国暴雨的天气学研究进展[J]. 寿绍文. 暴雨灾害. 2019(05)
[2]太行山脉地形坡度对下山锋面气旋暴雨影响模拟研究[J]. 王坚红,张萌,任淑媛,王兴,苗春生. 地球科学进展. 2019(07)
[3]“7·20”气旋大暴雨中多尺度配置与MγCS发展的关系[J]. 易笑园,陈宏,孙晓磊,王艳春,韩婷婷,李云. 气象. 2018(07)
[4]2017年5月7日广州极端强降水对流系统结构、触发和维持机制[J]. 田付友,郑永光,张小玲,张涛,林隐静,张小雯,朱文剑. 气象. 2018(04)
[5]弱天气尺度背景下太行山极端短时强降水预报失败案例剖析[J]. 王丛梅,俞小鼎,刘瑾,李江波. 气象. 2018(01)
[6]太行山地形影响下的极端短时强降水分析[J]. 王丛梅,俞小鼎,李芷霞,李江波,王秀明. 气象. 2017(04)
[7]中国东部夏季持续强降水发生的主要环流模态和水汽输送研究[J]. 王小玲,丁一汇,张庆云. 气候与环境研究. 2017(02)
[8]北京地区短时强降水过程的多尺度环流特征[J]. 杨波,孙继松,毛旭,林隐静. 气象学报. 2016(06)
[9]Spatial Characteristics of Extreme Rainfall over China with Hourly through 24-Hour Accumulation Periods Based on National-Level Hourly Rain Gauge Data[J]. Yongguang ZHENG,Ming XUE,Bo LI,Jiong CHEN,Zuyu TAO. Advances in Atmospheric Sciences. 2016(11)
[10]Mesoscale Observational Analysis of Lifting Mechanism of a Warm-Sector Convective System Producing the Maximal Daily Precipitation in China Mainland during Pre-Summer Rainy Season of 2015[J]. 吴梦雯,罗亚丽. Journal of Meteorological Research. 2016(05)
博士论文
[1]华南前汛期极端降水多尺度特征的统计分析与个例研究[D]. 陈杨瑞雪.中国气象科学研究院 2018
[2]太行山脉对华北暴雨影响的研究[D]. 闫冠华.南京信息工程大学 2013
硕士论文
[1]华北“7·20”特大暴雨动力诊断与数值模拟[D]. 康延臻.兰州大学 2017
本文编号：3590301
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
种风暴类型分类(引自Gallus（2008）
兰州大学博士学位论文太行山及以东邻近地区典型强降水过程的成因和中尺度特征研究91995;Wangetal.,2005)，这往往伴随着不稳定能量的积累和爆发(Medinaetal.,2010)；气流受到地形阻挡而产生分支，分支气流绕过地形后在地形的背面形成辐合(Mass,1981)。上述两种类型主要体现在对流的触发作用上，而MCS在地形附近触发形成后和已有的MCS靠近地形时，会受到地形的摩擦和阻挡作用而准静止停滞，造成局地强降水（ReevesandLin,2007）。Tuetal(2014)分析了发生在台湾西南沿海的两次降水过程，发现西南暖湿气流与中央山脉夹角较大时，地形抬升不断触发对流，使降水维持而造成强降水；夹角较小时，地形抬升对降水的影响较弱。降水的发生地点与山脉的相对位置一定程度上取决于与垂直于地形的气流大小（U）、地形高度（h）、气流的不稳定度(N)所组成的佛罗德数（Froudenumber：Fr=U/Nh），在无旋转的条件性不稳定气流受到中尺度山脉的阻挡的情况下，由于Fr存在差异，可能跨越山脉、被山脉阻塞或分流(ChuandLin,2000;ChenandLin,2005;LinandWang,1996)。总的来说Fr较大（Fr＞1），气流将会跨越山脉；如果Fr较小（Fr＜1），气流将会被山脉阻塞或分流，强降水主要发生在迎风坡，并且根据Fr数值的具体差异，降水可能发生在山坡或者山前（YuandHsieh,2009；YuandLin,2017；Xuetal.,2012）。图1.2太行山-燕山年平均降水量空间分布（引自程树林等，1993）。中国是一个多山的国家，强降水的发生与地形的动力和热力作用密不可分
兰州大学博士学位论文太行山及以东邻近地区典型强降水过程的成因和中尺度特征研究11南(LuoandChen,2015;WuandLuo,2016)、江淮(Luoetal.,2014;Heetal.,2018)、华北（Lietal.,2017c）被观测或模拟所证实。如果冷池紧挨地形，就可以成为地形在三维空间上的延伸，使降水的发展演变更为复杂，一方面，下山的对流系统受冷池影响，往往会显著加强，但加强位置与冷池出流强度与迎风坡气流的性质有关，这在北京地区的下山雷暴研究中得到证实（Xiaoetal.,2017；Xiaoetal.,2019）；另一方面，冷池也可以影响地形对于迎风坡气流的抬升，从而让强降水在距地形一定距离处发生。Jeongetal(2016)的研究指出，太白山东侧冷池导致MCS静止少动，冷池前缘不断有对流触发，维持后向建立过程，造成了韩国东南沿海的强降水。Xuetal（2012）对一次强降水过程分析后指出，由于台湾西南部存在弱冷池，MCS一直维持在距离陆地一定距离的海洋中，新的对流在MCS前缘生成后，还未移动到台湾岛就已经消散，因而沿海及其西南侧的海洋中的降水反而强于中央山脉迎风坡。YuandLin（2017）分析了台湾东海岸一个持续时间超过36h的对流线的发展演变机制，除降水的蒸发冷却之外，发现在地形的阻塞、海陆热力差异形成的辐射冷却也是近海岸冷池发展的重要因素，冷池对于暖湿气流的抬升使对流维持很长时间。图1.3RKW理论下飑线维持机制（Rotunno，1988）。冷池与低层垂直风切的相互作用是典型的线状对流系统-飑线发展维持的最为重要的动力和热力机制，即著名的RKW理论（Rotunnoetal.,1988;Weisman,1988）。RKW理论提出冷池与低层垂直风切的相互作用与飑线前沿气流垂直抬升的高度和垂直速度大小有关，是飑线前方不断触发新对流单体最为重要的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国暴雨的天气学研究进展[J]. 寿绍文. 暴雨灾害. 2019(05)
[2]太行山脉地形坡度对下山锋面气旋暴雨影响模拟研究[J]. 王坚红,张萌,任淑媛,王兴,苗春生. 地球科学进展. 2019(07)
[3]“7·20”气旋大暴雨中多尺度配置与MγCS发展的关系[J]. 易笑园,陈宏,孙晓磊,王艳春,韩婷婷,李云. 气象. 2018(07)
[4]2017年5月7日广州极端强降水对流系统结构、触发和维持机制[J]. 田付友,郑永光,张小玲,张涛,林隐静,张小雯,朱文剑. 气象. 2018(04)
[5]弱天气尺度背景下太行山极端短时强降水预报失败案例剖析[J]. 王丛梅,俞小鼎,刘瑾,李江波. 气象. 2018(01)
[6]太行山地形影响下的极端短时强降水分析[J]. 王丛梅,俞小鼎,李芷霞,李江波,王秀明. 气象. 2017(04)
[7]中国东部夏季持续强降水发生的主要环流模态和水汽输送研究[J]. 王小玲,丁一汇,张庆云. 气候与环境研究. 2017(02)
[8]北京地区短时强降水过程的多尺度环流特征[J]. 杨波,孙继松,毛旭,林隐静. 气象学报. 2016(06)
[9]Spatial Characteristics of Extreme Rainfall over China with Hourly through 24-Hour Accumulation Periods Based on National-Level Hourly Rain Gauge Data[J]. Yongguang ZHENG,Ming XUE,Bo LI,Jiong CHEN,Zuyu TAO. Advances in Atmospheric Sciences. 2016(11)
[10]Mesoscale Observational Analysis of Lifting Mechanism of a Warm-Sector Convective System Producing the Maximal Daily Precipitation in China Mainland during Pre-Summer Rainy Season of 2015[J]. 吴梦雯,罗亚丽. Journal of Meteorological Research. 2016(05)
博士论文
[1]华南前汛期极端降水多尺度特征的统计分析与个例研究[D]. 陈杨瑞雪.中国气象科学研究院 2018
[2]太行山脉对华北暴雨影响的研究[D]. 闫冠华.南京信息工程大学 2013
硕士论文
[1]华北“7·20”特大暴雨动力诊断与数值模拟[D]. 康延臻.兰州大学 2017
本文编号：3590301
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