基于WRF三峡地区不同区域降水中下垫面效应数值试验研究

利用具有代表性的三峡地区区域性降水个例，基于WRF模式，在模式下垫面中加入长江水体以及修改局地地形，研究局地环流和气象要素对局地下垫面变化的响应。结果表明：加入长江水体后，不同区域性降水个例空间降水变化上，没有出现明显的降水变化区，表明长江水体对区域局地性降水影响较小；同时加入长江水体和修改地形高度后，空间上降水具有明显的变化，且与修改地形后的降水空间变化较一致，表明局地地形对区域降水空间变化具有重要影响；加入长江水体后，近地面2 m高度相对湿度变化上，不同区域性降水个例表现不一，总体上对局地相对湿度影响较小；近地面2 m温度、地表向上的水汽通量和地表向上的潜热通量均为增加，在局地地形的“喇叭口”效应作用下，长江水体拐弯处增加效应明显     

湘中地区2010年5月两次暴雨过程的雷达特征对比分析

2010年5月5~6日和5月12~13日，湘中发生了两次区域性暴雨。运用了自动站降水资料、多普勒天气雷达基本反射率和基本径向速度资料以及NCEP提供的FNL资料，分析了这两次暴雨的雷达回波特征，并从水汽和地形两方面分析了两次暴雨的影响因素。结果表明：两次暴雨的环流形势场不同。 “100506”暴雨强降水回波呈带状自西南向东北扫过娄底，而“100513”暴雨强降水回波呈块状自西往东范围逐渐加强；两次暴雨都有逆风区存在，逆风区的范围和强度对应着强降水的范围与强度。两次暴雨水汽主要来自孟加拉湾和南海，“100506”暴雨发生在切变线附近；“100513”暴雨发生在切边线南侧的辐合区内。娄底西部、北部、中部山地的阻挡和抬升作用以及冷暖气流交汇也是暴雨产生的重要原因之一     

长江上游流域大洪水天气分型特征分析

通过对1981~2012年24例长江上游流域大洪水过程进行普查,发现影响长江上游大洪水强降水过程的天气系统主要为:巴湖槽东移型、贝湖槽稳定型和东北冷槽型。采用统计、诊断及合成分析方法,对3种不同天气类型的大尺度环流背景、主要影响系统及致洪降水发生机理进行研究,并总结其特点及差异。结果表明:3种类型大洪水的洪水特征及降水特征各不相同,大尺度环流背景及天气系统也有所差异。副高及500hPa中高纬环流形势异常是导致强降水发生的直接因素,西南涡、冷暖式切变线及冷空气在不同的类型洪水降水中作用各不相同,异常气旋性环流场、水汽输送方向及水汽通量辐合区与强降水的位置密切相关。     

1961~2015年西南地区降水及洪涝指数空间分布特征

利用西南地区98个气象站连续完整的日降水序列数据，整合降水强度、持续性指数及等级指数形成降水指数体系并研究该区域降水及洪涝指数的空间分布特征，得到以下主要结论：（1） 1961~2015年，西南地区年降水量（PRCPTOT）与极端降水量（R95PTOT）都呈现出“东多西少、南多北少”的分布形态；持续降水日数（CWD）则表现为“南高北低、西高东低”的分布格局。区域多年平 均PRCPTOT、R95PTOT、CWD分别以-13.12 mm/10 a、1.34 mm/10 a、-0.29 d/10 a的速率变化。（2）西南地区不同等级降水日数具有相似的空间分布特征，均呈现出“南高北低、东高西低”的分布形态。（3）西南地区洪涝强度指数呈由东北向西南递减的分布特征；降水总量越多的地区，洪涝强度反而越低，主要由于单站洪涝强度表征的是降水的波动情况，降水量越多波动越不明显。21世纪以来，该 地区洪涝等级以重级为主，2010年以来连续多年出现特重级洪涝。此外，洪涝强度越大，区域性年度灾害等级越高。该研究对于掌握西南地区极端气候变化规律，从而服务于防灾减灾具有一定的理论意义。     

淮河流域近50年降水异常及其大尺度环流特征

根据国家气象中心整编的全国714站月平均降水量资料，运用REOF分析、Morlet小波分析、差值分析等方法，通过对淮河流域代表站点的选取，分析了1960～2009年淮河流域降水的趋势变化特征、周期特征，以及多雨、少雨年的大气环流异常特征。结果表明：（1）淮河流域年降水总量呈缓慢增长趋势，20世纪80年代初期由负距平转为正距平。冬季和夏季降水量呈显著增长趋势，春季和秋季降水量呈显著减少趋势，80年代前期为降水变化的转折期；(2)淮河流域夏季降水存在准3 a的显著振荡周期和准10 a的次显著振荡周期，同时在60～90年代还存在准6 a振荡周期；（3）淮河流域多雨年，500 hPa经向风偏强且范围广，850 hPa上从孟加拉湾经南海向华东地区的水汽输送明显偏强，在江苏、安徽地区有水汽的正涡度辐合区；少雨年，经向风偏弱，华东地区方向的水汽输送明显减弱；（4）多雨年与少雨年的500 hPa风场差值场、高度场差值场分析表明，多雨年贝加尔湖西部和鄂霍次克海地区阻塞高压活动频繁，东北冷涡异常活跃，副高偏强，3者共同作用使得降水偏多。500 hPa温度场差值场分析表明，多雨年中国东部、华北和东北地区冷空气偏强，同时南方大部分地区暖空气也偏强，冷暖空气共同作用使降水偏多     

武汉市一次污染过程的局地流场和边界层结构的数值模拟

利用2013年11月武汉市逐日空气质量资料、地面气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和L波段雷达探空资料，通过WRF模式模拟空气污染生消过程中的局地气象条件变化，探讨特殊地形条件下边界层结构变化和局地环流在污染物生消过程中的作用和影响。结果表明：（1）武汉地区当背景环流场强的时候，由地形引起的局地流场对污染物扩散的影响就弱，反之当背景环流场弱的时候, 地形对流场影响明显:夜间为山风，白天为谷风。夜间山风与偏西北气流及偏东气流在武汉及周边地区辐合，形成气流汇聚带，在武汉地区形成一个反复污染带,即由地形引起的局地流场对污染物扩散的贡献就大；（2）武汉地区发生空气污染时，地面湿度较高，边界层呈上干下湿状态，其特征为暖而干且有偏东小风，这导致污染物不断堆积和重污染过程的形成。     

云南腾冲地区大气降水中氢氧稳定同位素特征

为了揭示腾冲地区降水中氢氧稳定同位素特征,利用2009年1月～2011年12月腾冲地区339个降水样品资料,对降水中的氢、氧同位素组成及其影响因素进行了分析和研究。结果表明：腾冲地区大气降水中δ18O值变化范围为-2678‰～405‰,δD值变化范围为-20095‰～3689‰,均处于全球降水δ18O与δD值变化范围内。天气尺度下,腾冲地区降水中δ18O的变化具有显著的降水量效应以及反温度效应。但是,在季风降水期间,如果相邻两天都有降水发生时,腾冲地区降水中δ18O值变化并不一定遵循“降水量效应”。利用ECMWF（European Centre for Medium Range Weather Forecasts）提供的TCWV（Total Column Water Vapour）再分析资料,发现TCWV与δ18O的日变化存在明显的反位相对应关系。腾冲地区的大气降水线为：δD=818δ18O+1172,斜率与截距均比全球和全国的大气降水线偏大,说明该地区气候湿润多雨。d值分布具有季节差异,在雨季（4～9月）,腾冲地区降水的水汽主要来源于低纬度海洋,空气湿度大,降水中d值较小;在干季（10～3月）,由于受大陆性气团控制,腾冲地区降水的水汽主要来源于西风带的输送以及局地再蒸发水汽的补充,空气湿度小,降水中d值较大     

长江上游中小洪水天气学机理分析及致洪特征

基于1981~2012年长江上游128个中小洪水历史个例及NCEP/NCAR再分析资料,采用普查及天气学分型方法,建立了纬向型、经向型、偏东气流型以及两高之间型4种致洪降水天气学概念模型,研究了各天气型致洪降水发生机理及相应中小洪水特征。得到以下结论:纬向型中高纬环流相对平直多波动,伴有明显冷平流南下,地面锋面位置略偏北。该类型强降水过程多,强度大,持续时间长,对应中小洪水多为双峰或多峰型,平均洪峰流量、过程增幅最强,洪水过程时间也最长。经向型环流中高纬贝加尔湖和东北地区为深厚低槽,中低层常伴有暖式切变线或低涡发展,中上层急流出口处的辐散以及冷平流四类型中最强。该类型雨带多呈东北-西南走向,中小洪水一般以单峰为主,其洪峰流量及过程增幅均较大,造成的洪水涨水较快,过程时间最短。纬向和经向型均为全流域降水型,但在金沙江北部、岷沱江、嘉陵江以及宜宾-宜昌常出现较高频次的60 mm以上较强面雨量。偏东气流型副高与热带气旋外围环流汇合北进,其强降水前后冷暖平流变化不明显,受地形强迫抬升影响,最易产生准静止型、团状、突发性强降水。该类型中小洪水以单峰为主,涨水快,洪峰流量及过程增幅均最小,强降水主要分布在嘉陵江和岷沱江两大流域。两高之间型多为"鞍"型场的环流配置,青藏高压与副高在流域上空形成南北向切变线,其动力和水汽条件均较弱。该类型降水强度较弱,稳定少动,累积降水量较大,洪水以单峰为主,双峰偶有发生,其洪峰流量、过程增幅均较大,洪水过程时间较长,强降水多位于岷沱江、嘉陵江和宜宾-重庆中部流域。     

三峡上游地区一次西南涡暴雨过程中尺度特征诊断和数值模拟

结合高空、地面实况观测数据以及1°×1°NCEP客观再分析资料,对2009年6月28日20时至29日20时(北京时)发生在三峡上游地区的一次区域暴雨过程进行了中尺度特征诊断,结果表明本次过程是东北低涡和副高稳定少动的大尺度环流背景形势下,由于高原低值系统在东移过程中与西南涡结合而产生的强降水天气过程。高原上不稳定能量的扰动和下传为西南涡的产生提供了必要能量条件,高低层的水汽平流和水汽辐合的交汇地带与最强降水带存在较好的一致性。另外,利用WRF中尺度数值模式对该次过程进行了数值模拟,结果显示在同化了地面和高空常规观测资料后,模式模拟效果得到明显改善,模拟降水能够大致体现该次过程的总的降水演变和分布情况,但后期模拟降水偏大。数值诊断结果发现,盆地西部与上升气流相伴的正涡度柱的演变过程与强降水的发生过程密切相关,该因子对于正确预报降水发生时间具有指示意义。     

不同边界层方案对一次西南涡暴雨过程模拟的对比试验

利用WRF中尺度预报模式（V3.7.1版本）采用6种边界层参数化方案（YSU、MYJ、ACM2、MYNN2.5、BouLac、QNSE），对2015年8月16日~19日一次西南低涡强降水过程进行数值试验，对比分析了不同边界层方案对西南涡特征、降水及边界层物理量场等模拟的影响。结果表明：6种边界层方案对西南涡路径、强度及降水的模拟具有明显的影响，其中ACM2方案对低涡移动路径和降水的模拟效果最好。不同边界层方案模拟的位势高度和风场、相对涡度、垂直速度和相当位温的分布具有显著的差异，YSU和QNSE方案模拟的西南低涡中心的正涡度柱可从对流层低层伸展到200 hPa，ACM2方案模拟的相对涡度与实况最接近。6种方案均较好地模拟出了边界层高度、地表感热和潜热通量的日变化特征，其中QNSE方案模拟的边界层高度和地表热通量的值最大，而ACM2模拟的值较小，这可能与QNSE方案考虑了湍流与波的共同作用等更为细致的物理过程有关。可见，不同边界层方案对西南涡暴雨过程中不同物理量场的模拟有着较大的影响，选择合适的边界层方案能提高对西南涡天气过程的预报准确率。 关键词： 参数化方案；西南低涡；降水；边界层结构；数值模拟     

1961~2010年中国大尺度区域暴雨时空分布特征研究

长时间大范围的区域暴雨作为一种极端天气气候事件，是人民生产生活的一大威胁，已成为社会和学界的关注焦点之一，亟需研究中国长时间序列区域暴雨的时空演变特征。通过定义的区域暴雨事件，选取持续天数、影响站点数、最大日降雨量和最大累积降雨量4项指标，统计分析了1961~2010年中国区域暴雨的时空变化格局。结果表明：在空间格局上，1961~2010年中国区域暴雨主要分布在黑龙江漠河至云南腾冲一线以东的东部沿海季风区，而西北内陆则无区域暴雨发生；在省际分布上，多集中发生在以广东为首的东部沿海省市；在时间序列上，中国区域暴雨存在准10a（6.5a和13a）的周期振荡，以1997年前后年份发生次数较多，年内多集中在5~9月，且4项指标均在6月份达到最高。     

1644~1949年长江三角洲地区五种洪涝致灾因子组合特征分析

为研究洪涝灾害中不同洪涝致灾因子组合特征对灾害的决定作用,基于历史文献资料,对长江三角洲地区1644~1949年五种洪涝致灾因子(简称洪涝因子)——连续降水、台风、潮灾、上游洪水以及强降水——分类辨识并逐年赋值统计,得到1644~1949年长江三角洲逐年洪涝因子总值序列。结果表明:(1)影响洪涝的因子平均为1.66个,依据洪涝因子总值序列变化趋势,研究时段可划分为三阶段:阶段一,1644~1718年,三因子与四因子洪涝年多集中于这一阶段,该阶段均值高于全段均值与其它两阶段;阶段二,1719~1864年,该段波动较大,单一因子与二因子洪涝年发生频次较高,该段均值最低,其中单一因子洪涝年以强降水因子的影响为最多;阶段三,1865~1949年,大多出现单一因子与二因子洪涝年,整体波动较小,为较平稳的时段。(2)单一因子洪涝年发生频率最大,以强降水因子出现最多,二因子洪涝年发生频率次之,以连续降水-强降水比例最高,三因子洪涝年以连续降水-台风-强降水为最多,四因子洪涝年出现最多的为连续降水—台风—上游洪水—强降水的因子组合,未出现五因子洪涝年。(3)按灾情影响范围辨识了长江三角洲地区1644~1949年6个极端洪涝灾害年和7个极端台风灾害年,发现极端洪涝灾害年主要集中于阶段一中期和阶段二后半期,包括2个四因子年、3个三因子年和1个二因子年,都与连续降水和强降水有关;而极端台风灾害年多发生于阶段二前半期,多为台风与潮灾共同致灾。     

金沙江中下游流域面雨量特征分析

利用2000~2012年金沙江中下游流域56个国家气象观测站逐日08~08时降水资料，采用算术平均法计算得到金沙江中下游5个子流域逐日面雨量，对金沙江中下游及5个子流域面雨量的时空分布特征进行了分析，重点分析了强降水日面雨量的季节分布、频次分布、等级分布、极值分布等统计特征。结果表明:金沙江中下游降水的时空变化特征明显，年平均面雨量为812 mm，夏季降水最多，秋季次之，冬季最少，且秋雨多于春雨；5~10月为降雨集中期，降水总量占年平均降水的91%；5个子流域平均每年出现日面雨量≥20 mm的强降水29.5次，且夏季最多，秋季次之；华弹 屏山段出现强降水的频次最高，横江流域次之，雅砻江下游最少，但横江流域最易出现强降水极大值；华弹 屏山和横江流域同时发生强降水的频率最高，占流域性强降水总次数的521%，在开展金沙江中下游流域面雨量预报时要特别加以关注     

安徽省热对流短时强降水的判别与特征分析

对安徽省2008~2012年5~9月的降水以及气温、地温、日照等要素进行了统计分析,发现午后降水频率明显高于其它时次,在对降水及其他要素进行分类统计的基础上,提出了基于降水特征、午后13时地温、午后13时地温和早上08时的地温差、日照时数的热对流短时强降水的判别方法。基于融合了多重观测资料的LAPS再分析系统得到的中尺度再分析场资料,对2008~2011年5~9月热对流局地强降水进行了比湿、回波、稳定度和能量指标特征统计分析,并对一个典型个例的降水特征、降水成因进行了具体分析,总结了此类降水过程在降水特征、天气形势、湿度条件、大气层结稳定度的特点:维持时间短、强度大,范围小,地面温度高,午后和早上的地温差明显,降水发生前大气不稳定能量较强,中低层风场切变辐合明显。     

1961～2010年金沙江流域降水时空演变特征

基于金沙江流域1961~2010年逐日降水资料,对流域长时间尺度降水要素和多个典型降水日数进行分析,研究金沙江流域降水的时空演变特征。结果表明:1961~2010年,金沙江流域年降水量呈一定的增加趋势,但未通过显著性检验,汛期雨量变化趋势不明显,逐月降水除9月和12月外其他月份均呈微弱增加趋势。小雨等级和中雨等级的降水日数空间变化趋势相似,呈中上游地区微弱增加、下游地区微弱减少趋势,大雨及以上等级的降水日数则以微弱增加为主,仅在源区、德格一带呈不明显减少趋势。年无雨日数和年连续无雨日数呈比较明显的中上游地区减少、下游增加趋势,特别是年无雨日数在昭觉、昭通、会泽等区域增加趋势显著,年连续有雨日数则呈全流域减少,在下游小部分地区显著减少。研究还表明金沙江流域下游地区无雨日数及连续无雨日数特别在2000s偏多,而年连续有雨日数则在2000s明显偏少,表明近年来流域下游地区发生干旱事件的可能性增加。     

基于TRMM卫星资料分析三峡蓄水前后的局地降水变化

为揭示三峡蓄水对局地气候的影响，利用TRMM 3B42卫星降水产品分析了三峡蓄水前后（以2003年为分界）库区的局地降水变化。分析表明，蓄水以后，库区西北部年累积降水量增加，东南部年累积降水量减少，这种降水变化是大尺度上降水变化的区域体现。蓄水对干流附近降水产生了一定影响，干流站点间降水量差别增大，但整个大库区平均的年累积降水量无明显变化。蓄水之后的降水变化具有季节差异。冬季几乎整个库区的降水量都有所增加；春季降水量在干流的上游个别地区和下游减少，中游增加；夏季除库区下游部分地区外，大部分库区降水量有所减少；秋季，库区的上游和中游降水增加，下游降水减少。区域平均的季节降水量无明显年际趋势。结果表明，三峡蓄水带来的降水变化空间尺度只局限在近库区，对整个大库区降水变化的影响可忽略不计