引发.雨的大尺度天气系统物理模型

1、引发强暴雨的大尺度天气系统物理模型，短期异常变动规律和机理研究( (G1998040908)G1998040908)课题负责人：陈受钧，陈菊英，王亚非 预期目标预期目标 应用天气分析，物理统计和数值模拟方法，研究夏季大尺度环流（副热带高压和亚欧阻塞高压）的持续性异常和短期变化规律，阻塞高压的变动与江淮流域暴雨的关系。 建立江淮梅雨暴雨的天气尺度环流物理模型，该模型将有助于改进强暴雨的短期预报. . 暴雨发生，发展的天气尺度过程，包括： 青藏高原移出的涡旋和中尺度涡度和中尺度涡度激发江淮流域梅雨暴雨的物理机理。 梅雨暴雨系统的天气/中尺度物理模型， 上述成果将给出我国夏季风区暴雨预报的物理图像及

2、较完善的梅雨暴雨天气尺度/中尺度模型。 五个专题（12个子专题） 梅雨锋暴雨的天气学模型 副热带高压短期异常变动研究 欧亚阻塞高压短期异常变动研究 青藏高原涡旋对梅雨暴雨的影响 梅雨锋暴雨的天气/中尺度研究主要成果主要成果1. 梅雨锋暴雨的多尺度作用天气学模型和梅雨锋上三类暴雨的研究2. 基于二维Rossby波的东亚夏季副热带高压短期变动的机理3. 夏季欧亚阻高短期变动的天气/气候分析，物理统计研究及其对暴雨的影响 4. 青藏高原涡旋东移移出高原的机理及其对暴雨的影响5. 江淮流域梅雨锋暴雨的中尺度/天气尺度模型 （一）梅雨锋暴雨的多尺度作用（一）梅雨锋暴雨的多尺度作用天气学模型天气学模型 影

3、响长江流域梅雨期降水的四个主要环流因影响长江流域梅雨期降水的四个主要环流因子按其重要性依次为子按其重要性依次为: :1.1.西太平洋副热带高压、西太平洋副热带高压、2.2.季风涌、季风涌、3.3.中高纬度的冷空气、中高纬度的冷空气、4.4.高原东移的中高原东移的中- - - -尺度低压槽。尺度低压槽。当这四个多尺度系统协同作用时，梅雨锋上当这四个多尺度系统协同作用时，梅雨锋上便出现强暴雨便出现强暴雨经 度时 间时 间时 间时 间冷空气冷空气降水降水MCSs经 度天气学模型天气学模型 19981998年年副高副高季风涌季风涌天气学模型天气学模型 20032003年年冷空气冷空气副高副高中中- 尺

4、度高空槽尺度高空槽季风涌季风涌副高副高降水降水梅雨锋上的三类暴雨梅雨锋上的三类暴雨 l l 过去的研究多从天气学的观点将暴雨过去的研究多从天气学的观点将暴雨分类，创造性地从物理成因观点将梅雨锋上的分类，创造性地从物理成因观点将梅雨锋上的暴雨分为三类：暴雨分为三类： 第一类暴雨：梅雨锋上中第一类暴雨：梅雨锋上中- - 尺度的尺度的对流性暴雨对流性暴雨 第二类暴雨：梅雨锋东部（第二类暴雨：梅雨锋东部（115115o o E E以以东）的初生气旋暴雨东）的初生气旋暴雨 第三类暴雨：梅雨锋西端深厚高空第三类暴雨：梅雨锋西端深厚高空低压槽前部的持续性暴雨低压槽前部的持续性暴雨第一类暴雨最常见，由对流有效

5、位能释放所引起的浮力作为暴雨生成的强上升运动。这类暴雨的空间尺度小，并且具有突发性。第二类暴雨和第三类暴雨的天气尺度强迫过程明显。暴雨发生的上升运动主要由大尺度强迫的动力抬升引起。第一类暴雨和第三类暴雨得以持续维持，是由于梅雨锋上中尺度对流系统（MCS）形成后停滞少动，并不断有新的对流单体在MCS的后部生成。 梅雨锋的动力、热力结构具有准热带系统的特征，具有介于温带锋面和ITCZ（如印度季风槽）之间的过渡结构。长江流域梅雨锋暴雨灾害的研究专著专著 对20世纪90年代以来的四次梅雨锋上严重暴雨灾害的物理过程进行了诊断分析对比研究. 首先对我国夏季暴雨的时空分布及其与夏季风向北推进的关系进行分析；

6、并进一步分析受夏季风强烈影响的长江流域梅雨锋上活跃的三类暴雨的发生、发展过程以及梅雨锋的动力、热力结构；最后对长江流域梅雨期降水的年际差异及影响因子进行了分析影响长江流域梅雨期降水的四个主要环流因子。即副热带高压，季风涌，来自北方的冷空气，以及来自高原东北侧的中-尺度高原系统。按其重要性依次为：西太平洋副热带高压、南海季风涌、冷空气活动和青藏高原东移的中-尺度高空槽。当这四个多尺度系统协同作用时，梅雨锋上便出现强暴雨。当长江流域梅雨期西-东走向的梅雨锋出现的天数远大（小）于副热带脊线西伸的天数时，长江中下游便出现洪涝（干旱）。有时候梅雨锋某地段，出现短时（3-5天）持续性暴雨也可引起严重水灾。

7、副高的南北跳跃和东西振荡、以及季风涌的年际变化，是决定长江流域梅雨期降水年际变化的关键因子。季风涌的年际变化决定于各年热带低频振荡的不同。（二）西太平洋副热带高压( (基于二维基于二维RossbyRossby波的研究波的研究) )方法的特色： 与OLR的相关表征二维二维RossbyRossby波波。ABCDEABCDEF成果一）副热带高压的短期变动很大程度上受制于罗斯贝波的径向传播。二）从高纬度向低纬度稳定不断传播的罗斯贝波（OKJ)不仅在初夏，而且在盛夏都活动频繁，有时候例如1998年在夏末都有活动。三）发现与通常P-J类型相反位相的罗斯贝波（P-Ja波）传播机制，即：在菲律宾东北方到日本附

8、近的对流活动是激发其传播的原因，OKJ波动带动日本东部的对流活动南移导致P-Ja波动的激发。这种机制属于两种不同波动的相互作用。四）发现98年7月中旬和8月上旬存在这种相互作用，副高北部边缘（日本以东海面）形成负的高度距平，造成副高主体偏南。（三）欧亚阻塞高压（冷空气活动）1收集整理了近收集整理了近2323年年(1971(19712003)2003)来的夏来的夏季季(6(68 8月月) )逐日逐日500hPa500hPa高度资料长江流域夏高度资料长江流域夏季季(6(68 8月月) )逐日降水量资料。逐日降水量资料。2 2分析研究了分析研究了1954195420032003年长江中下游强年长江中

9、下游强暴雨系统的暴雨系统的6 6个主要分布类型和个主要分布类型和20032003年淮河年淮河流域强暴雨过程的分布特征。流域强暴雨过程的分布特征。 通过对通过对1971197120032003年长江中下游地区强年长江中下游地区强暴雨过程的统计分析，长江中下游地区强暴雨过程的统计分析，长江中下游地区强暴雨过程有暴雨过程有6 6个类型：个类型：中游不持续型强暴雨过程中游不持续型强暴雨过程中游持续型强暴雨过程中游持续型强暴雨过程下游不持续型强暴雨过程下游不持续型强暴雨过程下游持续型强暴雨过程，下游持续型强暴雨过程，中下不持续型强暴雨过程中下不持续型强暴雨过程中下持续型强暴雨过程。中下持续型强暴雨过程。

10、( (不持续型强暴雨过程：强暴雨在不持续型强暴雨过程：强暴雨在2424小时内结束，持续型强暴雨过程：小时内结束，持续型强暴雨过程：强暴雨过程持续两天以上强暴雨过程持续两天以上) ) 3. 按照物理定义用客观公式系统地计算按照物理定义用客观公式系统地计算了了1971197120032003年年乌拉尔山地区乌拉尔山地区和和鄂霍茨克鄂霍茨克海地区海地区6 68 8月逐日阻塞高压强度指数；月逐日阻塞高压强度指数； 它的优点是能够客观定量地统计分析和研究它的优点是能够客观定量地统计分析和研究描述逐日阻塞高压、逐日副热带高压的长时间描述逐日阻塞高压、逐日副热带高压的长时间( (长序列长序列) )逐日变化活

11、动和相互变动情况。逐日变化活动和相互变动情况。 4. 4. 分析研究了近分析研究了近2020年来的六个长江中下年来的六个长江中下游大洪水年和游大洪水年和20032003年淮河流域的强暴雨系年淮河流域的强暴雨系统对乌拉尔山区域逐日阻塞高压突变的响统对乌拉尔山区域逐日阻塞高压突变的响应关系；应关系； 7 7分析研究了近分析研究了近2020年来的六个长江中下游年来的六个长江中下游大洪水年和大洪水年和20032003年淮河流域的强暴雨系统对年淮河流域的强暴雨系统对乌拉尔山区域逐日阻塞高压突变的响应关系；乌拉尔山区域逐日阻塞高压突变的响应关系；8 8分析研究了分析研究了1954195420032003年

12、武汉地区的历年武汉地区的历年汛期年汛期(6(68 8月月) )最大日降水量的年际变化特最大日降水量的年际变化特征和规律；征和规律；9 9分析研究了近分析研究了近2020年来的六个长江中下年来的六个长江中下游大洪水年和游大洪水年和20032003年淮河发生大水的强年淮河发生大水的强暴雨系统对逐日副热带高压突变的响应暴雨系统对逐日副热带高压突变的响应关系；关系； 1010分析研究了长江流域强暴雨系统对分析研究了长江流域强暴雨系统对逐日阻塞高压突变和逐日副热带高压突逐日阻塞高压突变和逐日副热带高压突变的共同响应关系变的共同响应关系; ; 由大量的分析研究，发现在近由大量的分析研究，发现在近3232年

13、年(1971-(1971-20022002年年) )里，长江中下游地区的持续性强暴里，长江中下游地区的持续性强暴雨过程，大多数发生在乌拉尔山区阻塞高压雨过程，大多数发生在乌拉尔山区阻塞高压强度突然开始减弱阶段，即大多数发生在乌强度突然开始减弱阶段，即大多数发生在乌拉尔山区逐日阻塞高压强度指数的下降期。拉尔山区逐日阻塞高压强度指数的下降期。19981998年年7 7月月21212323日长江中下游地区的特大暴雨过日长江中下游地区的特大暴雨过程就是发生在乌拉尔山区阻塞高压从强高峰突然程就是发生在乌拉尔山区阻塞高压从强高峰突然减弱的第减弱的第3 35 5天里、天里、20032003年年6 6月月30

14、30日日7 7月月2 2日发生日发生在淮河流域的强暴雨过程和在淮河流域的强暴雨过程和7 7月月5 57 7日发生在江淮日发生在江淮地区的大暴雨过程也是发生在乌拉尔山区阻塞高地区的大暴雨过程也是发生在乌拉尔山区阻塞高压从强高峰突然减弱的第压从强高峰突然减弱的第3 35 5天里和第天里和第8 81010天里。天里。2428305163624905101520253035404550556065707580859095100(mm)-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.31.41.5WBHI1998年7月13

15、1日乌拉尔山区(45-65N,30-100E)阻塞高压指数逐日变化(曲线) 与长江中游地区(9站平均)面平均逐日降水量(直方柱)的分布对比图7.1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 3101020304050601234567891011121314151617181920212223242526272829303132333400.20.40.60.811.21.41.62003.6.20-7.23 由大量的统计结果可知，长江中下游地区由大量的统计结果可知，长江中下游地

16、区发生强暴雨过程的大尺度环流背景是：发生强暴雨过程的大尺度环流背景是： 前期乌山阻高有一个加强到高峰过程前期乌山阻高有一个加强到高峰过程- -又有高峰到减弱阶段；又有高峰到减弱阶段； 同时前期副热带高压也有一个加强稳定同时前期副热带高压也有一个加强稳定西伸过程西伸过程又由稳定到突然摆动。又由稳定到突然摆动。 3. 3. 发现长江中下游地区大多数持续性强暴雨发现长江中下游地区大多数持续性强暴雨过程发生的过程发生的前兆大尺度环流背景特征是前兆大尺度环流背景特征是： 乌拉尔山阻塞高压稳定加强而且西太平洋副乌拉尔山阻塞高压稳定加强而且西太平洋副热带高压明显加强并向西伸展。热带高压明显加强并向西伸展。

17、发现长江中下游地区大多数持续性强暴雨发现长江中下游地区大多数持续性强暴雨过程过程发生时的大尺度环流背景特征是发生时的大尺度环流背景特征是： 乌山阻高从强盛开始减弱至崩溃阶段，同时乌山阻高从强盛开始减弱至崩溃阶段，同时西太平洋副热带高压也从稳定状态开始有明显西太平洋副热带高压也从稳定状态开始有明显变动。变动。（四）青藏高原涡旋云团东移发展条件的研究 当具备以下三个条件时，东移云团将得到急剧发展，并造成长江梅雨带中的特大暴雨。这三个条件是：（1）移入到中低层增强的正涡度切变区；（2）移入到高空一个强辐散区之下；（3）东移云团与当地一个正涡度云团合并， 高原低涡与尺度相当的高压以偶极子（dipole

18、）方式存在于高原，这对极涡在一定条件下将东移 ， 这 个 高 原 上dipole系统中的高压往往沿高原北沿东移到我国西北地区和河西走廊，造成这一带的少雨干旱。（五）梅雨锋暴雨的中尺度对流系统及其对天气系统的反馈 暴雨过程中水汽集中的一个可能的机理：中尺度低空急流和中尺度高空急流。 地 面 850hPa 300hPa 北 偏 东 气 流 冷 空 气 降 雨 中 心B 暖 湿 气 流 低 空 急 流 地 面 7 0 0 h P a 2 0 0 h P a 北 降 雨 中 心 A 暖 湿 气 流 次 暖 湿 气 流 冷 空 气 暴雨对天气尺度系统的反馈 （1）潜热反馈使高层大气增暖是暴雨中尺度系统对大尺度环境场影响的一个方面。 (2)积云对流对环境温湿场的反馈作用很强，其对热量和水汽的垂直输送使暴雨区上空为热源和水汽汇区。加热区热量的向上输送，有利于高层辐散，低空辐合，形成一种有利于暴雨发展的正反馈机