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条件不稳定湿大气中三维理想地形上空对流的动力学特征 总被引：5，自引：1，他引：4
条件不稳定湿大气情况下,气流经过三维地形可以形成不同性质的对流系统以及不同特征的地形流结构,其对流系统、地形流的性质主要取决于地形上空的对流触发、对流-地形流-重力波三者之间的相互作用,同样这些过程对于地形降水的性质、分布起重要的作用.根据不同湿Fr数(Froude number),湿条件不稳定大气经过三维小尺度山地上空时其对流和地形流动存在4种不同的流域(flow regirnes):(1)下游传播对流模态;(2)上游传播和下游传播共存对流模态;(3)山峰附近准静止和下游传播共存对流模态;(4)下坡稳定和下游传播对流共存模态.地形上空对流系统主要可以通过两种不同机制形成:(1)地形直接的抬升或减速作用;(2)在地形流形成后,由于地形流本身特性(如上游分离、背风涡旋和下坡重力波破碎)触发.在较大的Fr数情况下,地形上空对流生成后反过来可以破坏上、下游的地形流结构,但对背风坡的重力波破碎影响较小.不同初始对流有效位能(CAPE)不仅可以影响对流系统的传播、发展,而且可以影响整体地形流性质.较低的初始CAPE有利于地形流的形成,此时对流对地形流结构特征的影响相对较小,其流场性质与低Fr数流域性质相似. 相似文献
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针对2021年6月15～17日发生在昆仑山脉北坡的南疆极端暴雨过程,本文综合考虑地形对暴雨发生、发展的作用后,利用地形追随坐标控制方程并采用Boussinesq近似推导建立了地形追随坐标的非静力平衡广义垂直运动方程。诊断结果表明,经向气压梯度力耦合经向散度项（项一）、垂直气压梯度力耦合纬向散度项（项二）和非绝热加热经向梯度项（项三）是激发暴雨垂直运动发展演变的三个主要强迫项。项一体现了偏北风逐渐增强,在昆仑山脉的阻挡下导致经向辐合增强,触发了垂直上升运动。经向气流辐合始终是对流活动最主要的强迫过程,其次为纬向气流辐合。在地形追随坐标形式下,经向和垂直气压梯度能够增强项一和项二。对流发展阶段,水汽辐合与非绝热加热过程增强了非绝热加热经向梯度,促进了垂直上升运动发展。在地形的影响下,对流层中高层西风过山气流波动特征明显。重力波活动导致的高层辐散进一步促进了山脉迎风坡对流活动。经向和纬向气流辐合、非绝热加热过程以及重力波活动等多个因素共同造成了此次南疆极端暴雨。 相似文献
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泰山地形对一次局地强降水过程动力作用的数值模拟分析 总被引：2，自引：1，他引：1
文章针对2005年9月2日发生在济宁郭楼镇的一次泰山背风下游区局地特大暴雨过程（438 mm/7 h）,利用济南SA雷达资料和WRF中尺度数值模式资料,分析了泰山山区地形造成的对流层中低层大气动力过程及其对暴雨中尺度系统的影响,开展了地形敏感性数值试验。结果表明：对流层低层回流南下的东北气流受鲁中山区地形影响,水平方向发生绕流,垂直方向被迫抬升,从而在泰山背风向的暴雨区附近形成准定常的绕流汇合区和重力波扰动区,两项作用强迫的垂直运动,与天气系统辐合区共同作用触发该地区的对流活动,并使移入该地的对流系统增强和维持。改变地形后引起低层风场和散度场变化,进而影响降雨带中的强降水落区和强度,但对主雨带的分布无明显影响。 相似文献
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2020年第4号台风“黑格比”在浙南登陆后过境北雁荡山期间在山区引发了特大暴雨。基于中尺度数值模式WRFV4.0.2对台风进行高分辨率数值模拟,分析北雁荡山地形对此次台风暴雨的作用,并设置了升降地形敏感性试验。结果表明:数值试验较好地模拟了台风移动及特大暴雨的落区和强度,台风大风区明显不对称分布,台风登陆后第一、四象限过境山区,其东侧强偏南气流向山区输送了充足水汽。台风登陆前山区低空存在一条由台风内核拖曳出的狭长螺旋辐合带,水汽通量辐合与风场辐合相一致。台风眼墙过境时沿着降水中心的迎风坡有强烈上升运动,动力条件极好,水汽输送带由近地面向对流层低层延展,山区有零星对流单体触发加强。台风后部环流影响时在高海拔山区风速减弱、绕流激发了中尺度低涡,强降水中心迎风坡上出现持续性、停滞不动的强正涡度中心,是特大暴雨发生的主要原因。地形敏感性试验中无地形时降水减幅40%~50%,地形高度翻倍降水增幅超过60%。 相似文献
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喇叭口地形对一次暴雨影响的数值试验 总被引：1，自引：0，他引：1
对2006年8月27～28日甘肃省中南部大暴雨过程进行数值模拟,模拟结果较好地复制了此次暴雨过程以及与之相联系的影响此次过程的中尺度对流系统的发生、发展过程。喇叭口地形使甘谷降水增加明显,抬高地形对地形迎风坡上空低层辐合及上升运动有显著的加强作用,且其动力抬升作用主要体现在降水发生前和发生时。 相似文献
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钟形地形动力抬升和重力波传播与地形云和降水形成关系研究 总被引：4，自引：0，他引：4
地形云和降水过程在区域水循环、水资源、生态环境及气候变化中具有十分重要的作用。本文利用中尺度数值模式WRF 数值模拟试验,以及通过引入表示大气层流速度、层结稳定度和地形特征的关系参数——湿Froude 数(Fw),研究了北京2009 年5 月1 日湿条件不稳定大气层结下,地形云和降水形成过程与地形动力抬升和地形重力波传播之间的关系及形成机理。研究表明,在地形最大高度2 km、半宽10 km 的条件下,层流速度从2.5 m/s 逐步增加到25 m/s 时,对应的湿Fw 数从0.19 增加到1.81。当Fw≤1 时,地形的阻挡起主要作用,由地形抬升形成的地形云主要产生在迎风坡一侧。地形重力波主要产生在迎风坡,并向上游传播,先形成层状云,最后演变为准稳定浅对流波状云。最大降水主要发生在紧靠山顶的迎风坡一侧,但当Fw 很小时,地形云不产生降水。当Fw>1 时,地形抬升形成的云主要发生在山顶附近,而地形重力波主要形成在背风坡,并向下游方向传播,形成准稳定波状云。最大降水主要产生在紧靠山顶的背风坡一侧。另外,在弱湿条件不稳定大气层流下,地形降水主要由地形动力抬升造成的暖云微物理过程产生,地形重力波形成的波状云几乎不产生降水。 相似文献
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基于2007年7月青海祁连站的野外加密探空资料,结合高分辨率的三维边界层模式,模拟研究了青藏高原东北边坡复杂地形条件下,边界层对流引起的干动力过程对该地区地形重力波产生及传播的影响机理。结果表明:在不同的背景场强迫下,高原东北边坡复杂地形上空对流和重力波的空间结构存在较大差异。当背景风向与山体垂直时,随着风速增加,山脊背风坡混合层顶附近大气不稳定能量加强,激发了下游区域较强的重力波信号,此时对流线组织性增强、重力波波列较长,高水汽含量的空气被波峰传输到较高的高度,为对流云发展提供了有利条件;当背景风向与山脊走向平行时,山顶上空对流发展旺盛,山脊背风坡混合层顶大气状态较稳定,激发的地形重力波信号较弱且波列较短,整个混合层顶附近水汽较少,对流云形成条件减弱;当背景大气浮力频率减小时,整个区域上空对流发展更加旺盛但组织性减弱,背风坡下游重力波向上传输的距离减小,信号不显著,混合层顶附近水汽分布均匀且变化幅度较小,有利于层状云发展。 相似文献
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条件不稳定大气中二维小尺度双脊地形上空对流及降水特征 总被引：3，自引：1，他引：2
在条件不稳定大气条件下,二维小尺度双脊钟形地形上空对流触发、传播和降水分布特征主要决定于地形上游基流强度、双脊地形配置形式、地形高度及其山谷宽度。双脊地形在沿基流方向上有两种配置:高脊地形位于上游和低脊地形位于上游。对于高脊地形位于上游的双脊地形,上游高地形将起主导作用,山地上空对流及降水特征与单脊地形类似。对于低脊地形位于上游的双脊地形,上游低地形可明显地改变下游高地形的前方来流,同时,下游高地形也能够对上游低地形背风侧流动产生影响,从而导致出现地形上空复杂的对流传播、降水分布特征。对于低脊地形位于上游的双脊地形,其山谷宽度主要决定了双脊地形与单脊地形之间在对流、降水分布等的差异;当山谷宽度较小时,双脊地形可以近似为一个包络地形,此时地形上空的对流、降水特征与单脊地形类似;当山谷宽度较大时,双脊上空流动相互影响较小,此时双脊地形可以分成两个单脊地形;当山谷宽度在一定范围内,其上空的对流及其降水分布与单脊地形有明显差异。对于低脊地形位于上游、中等山谷宽度的双脊地形上空降水主要呈现4种类型:(1)山谷与低脊迎风坡降水;(2)高脊迎风坡降水;(3)低脊山峰与高脊迎风坡降水;(4)低脊背风侧、双脊山峰准静止降水。 相似文献
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亚洲夏季风区中尺度地形降水结构及分布特征 总被引：4，自引：0，他引：4
采用高分辨率TRMM、AIRS卫星实测资料, 从气候态的降水微物理过程角度分析了亚洲夏季风期间中尺度山脉对不同性质降水垂直结构和水平分布的影响。研究表明, 中尺度山脉迎风、背风坡均以层云降水为主, 层云降水强度在迎风坡强于背风坡; 对流降水在迎风坡主要为浅对流, 背风坡主要为深对流, 对流降水强度在背风坡强于迎风坡。沿西南季风推进方向依次经过的中尺度山脉, 其两侧发生降水像素个数、 降水微物理特征等差异逐渐减小, 其中, 对流降水迎风坡向背风坡转变明显, 而层云降水背风坡向迎风坡转变明显。大气稳定度与对流降水在迎风、背风坡的分布相一致。另外, 对中尺度地形降水的研究为区域气候模式模拟高精度地形降水分布提供了实测依据。 相似文献
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针对夏季副热带高压背景下浙北天目山附近的强对流天气个例,利用中尺度实况资料,分析了天目山对触发对流的作用。结果表明:浙江省夏季位于副热带高压边缘时,低层处于西南背景风时,在低Froude数条件下,气流经过黄山、天目山后在背风侧形成一段辐合线,在有利的热力条件配合下,容易触发对流。山地的热力强迫作用使地形上空新生了很多积云,积云分布基本与地形一致。同时,天目山背风侧出现一条积云线,其形成的原因是天目山背风侧辐合线的辐合抬升作用。背风侧辐合线尺度有几十千米,方向随环境风向转变。对流触发的位置位于这条辐合线上靠近山地的一端。这可能是由于山地热力强迫作用产生的积云移到辐合线上继续发展产生对流云,即山地的动力和热力作用共同触发了对流。 相似文献
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Prof. G. L. Wooldridge Dr. R. G. Fox R. Wm. Furman 《Meteorology and Atmospheric Physics》1987,37(4):259-270
Summary Surface wind patterns and air flows within the planetary boundary layer over a large three-dimensional hill of moderate slope are grouped according to Froude number classes. An evolution of flow patterns is shown to occur as the Froude number increases.Separation of the surface flow begins at the base of the lee side of the mountain near the centerline, moving upward on the lee slope as the Froude number increases. Recirculating eddies follow the separation of the lee flow. Eventually the separation line moves forward to the windward side as the Froude number becomes very large. The recirculating eddy becomes unsteady, with indication of an intermittent counterrolating eddy near the lee surface in neutral flow. The lee-side turbulence is enhanced with respect to the windward side due to the large eddies in high Froude number regimes.The concept of a critical height for the approach flow is generally supported. The integral form of the Froude number does not appear to be superior to a bulk Froude calculation in representing a particular airflow pattern.With 6 FiguresDeceased. 相似文献
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Summary A two-dimensional nonhydrostatic numerical model was used to investigate the behaviour of a cold air gravity current, moving along complex terrain. It is found, that the model with a high horizontal and vertical resolution and with a closure scheme, using the turbulent kinetic energy, is suitable to simulate currents, which have the main features of those found in laboratory experiments.Simulations are presented for different orographic structures (mountain and valley), for varying thermal stratification of the environmental atmosphere (neutral, stable and stable with an elevated inversion) and for different heights of the cold air reservoir.The major effect of a hill on the advance of a gravity current is a reduction of the front speed upstream as well as (even stronger) downstream of the obstacle, where the amount of this decrease depends on thermal stratification. Near surface blocking of the air flow on the windward side occurs for all simulations. However, for small depths of the oncoming cold air, the current cannot surmount the hill and remains on the lee side.With 11 Figures 相似文献
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Results are presented from a study of blocked flow (practically stagnant or recirculating light winds) in periodic valleys in thermally stably stratified ambient conditions. Inviscid and turbulent diffusion cases were modelled numerically to clarify the effects of turbulence on the blocking. The reflection of gravity waves from the top boundary of the hydrostatic model atmosphere was avoided by employing the radiation condition given by Klemp and Durran (1983). The dissipative numerical results are compared with new laboratory experiments which utilized the technique of Baines and Hoinka (1985) to simulate a semi-infinitely deep region.A criterion for the occurrence of blocked flow cannot be defined for the inviscid case except when the Froude number, Fr, based on the peak-to-trough ridge amplitude is less than about 0.4: then blocking is clearly identifiable before wave-breaking occurs. Breaking of waves is evident for Fr as large as 0.75, in agreement with analytical results given by Lilly and Klemp (1979).At small Froude number (Fr 0.5) in the dissipative flow simulations, blocked flow (stagnation) is present in the valleys, but a lee rotor (complete stagnation) is not evident. For order unity Froude numbers, blocking is a wave phenomenon, resulting from wave steepening and overturning or turbulent mixing. A finite thickness is brought to rest or participates in a recirculating flow when it first appears. A strong upward flow appears ahead of the rotor in the valleys, and the downslope wind over the windward side of the valleys is strengthened. Thus the present study shows that conditions for the onset of a rotor, and of stagnant flow, in periodic valleys are different.When blocked flow exists, the amplitudes of gravity waves in the upper layer are only 15% (Fr = 0.3) to 80% (Fr = 1.5) of those given by linear theory; this is supported by observations. 相似文献
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地形上空边界层流中低层锋面结构的理论研究 I：冷锋、均匀地转流 总被引：3，自引：1，他引：2
文中利用一个包含地形、边界层摩擦作用的二层锋面简化模型 ,讨论了地形、边界层对冷锋锋面结构、环流的动力学影响作用问题。冷锋的倾斜主要与冷锋暖区的地转流分布、锋面移动速度、锋面与地形的相对位置有关。当冷锋位于迎风坡时 ,其坡度减小 ,位于背风坡时 ,其坡度增大。在静止冷锋存在两类不同的环流系 ,即位于大气低层、地面锋附近的反时针环流系和远离地面锋的顺时针环流系。静止冷锋位于背风坡 ,其冷域中的这支闭合环流增强 ,范围增大 ,而位于冷锋界面上的环流转向点沿锋面上移 ,暖域中沿锋面的暖空气运动范围变大。当静止冷锋位于迎风坡时 ,结果相反。冷锋移动较慢时 ,其冷域远离地面锋的这支顺时针环流主体可被地形完全阻塞在迎风坡。当静止冷锋移离地形时 ,由于地形作用可在锋面暖域、地形下游形成一个背风槽。地形对锋区的垂直运动影响主要通过地形与边界层共同作用 ,改变锋区流场辐合辐散的分布及地形强迫抬升两条途径实现。由于边界层摩擦的辐合作用 ,在地面冷锋的前缘可形成一支范围较窄、强度较大的上升运动带 ,当冷锋位于迎风坡时 ,其强度增强 ,当冷锋位于背风坡时 ,其强度减弱。当冷锋位于背风坡时 ,在暖区沿锋面上升的暖空气运动范围增大 ,可以出现沿锋面相间隔的多个上升区 相似文献
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台风Rananim登陆期间地形对其降水和结构影响的数值模拟试验 总被引：18，自引：8，他引：10
应用非静力平衡中尺度模式MM5(V3.6),对0414号台风Rananim在登陆期间移动路径和所产生的降水进行了数值模拟研究,模式较好地再现了台风Rananim的移动路径和所产生的降水,但模拟的过程降雨量与实况值还有所偏差。多普勒雷达探测资料表明,台风Rananim登陆期间,强回波带出现在台风移动的右前方,螺旋云带中镶嵌着大量的对流云团;垂直液态水含量的高值区出现在台风中心的西北侧。作者通过在浙江、福建东部沿海一带进行有无地形的数值对比试验,着重讨论了台风登陆期间地形对台风降水、台风结构特征变化的影响。结果表明:（1）台风登陆期间, 地形的影响对台风降雨量有明显的增幅作用。由地形强迫产生的降雨量和地形走向相一致,迎风坡降雨量增加,背风坡降雨量减少,地形影响使浙江东部一带增加的平均降雨量约占该地区模拟平均总降雨量的40%左右。（2）台风登陆期间,地形的强迫作用有利于在低层台风眼的西北侧形成明显的辐合带,高层为明显的辐散区;在中尺度环流场上,地形的影响有利于台风中心西北侧低层中尺度气旋性涡旋系统的发生发展,从而激发中尺度对流云团,形成中尺度雨团,造成了台风中心南北雨区和雨量的不对称分布。（3）地形的强迫作用,可以使台风流场局部发生改变。当地形强迫产生与台风环流同向的中尺度扰动时,将使台风环流局部明显增强;当地形强迫产生与台风环流反向的中尺度扰动时,将使台风环流局部明显减弱。（4）台风登陆期间,地形的影响可以使台风靠近陆地一侧眼壁内的垂直上升速度增大,位涡明显增强,从而造成台风涡旋的增强。 相似文献
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Summary Idealized numerical simulations using the Weather and Research Forecast (WRF) model indicate that three flow regimes, based on the moist Froude number, can be identified for a conditionally unstable, rotational, horizontally homogeneous, uniformly stratified flow over an idealized, three-dimensional, mesoscale mountain stretched spanwise to the impinging flow: (I) a quasi-stationary upslope convective system and an upstream-propagating convective system, (II) a quasi-stationary upslope convective system, and (III) a stationary upslope convective system and a quasi-stationary downstream convective system. Several major differences from a similar type of flow with no rotation over a two-dimensional mountain range are found. One important finding is that relatively strong mean flow produces a quasi-stationary mesoscale convective system (MCS) and maximum rainfall on the windward slope (upslope rain), instead of on the mountain peak or over the lee side.We found that the Coriolis force helps produce heavy upslope rainfall by making transition from flow-around the eastern part of the upslope to flow-over the western part of the upslope (transits to a higher flow regime) by deflecting the incident southerly flow to become east–southeasterly barrier winds. We found that the addition of the western flank of the arc-shaped mountain helps slow down the barrier wind from east and causes the maximum rainfall to move east of the windward slope. A lower-Froude number flow tends to produce a rainfall maximum near the concave region.Several other important facts can also be found in this study. The ratio of the maximum grid scale rainfall to the sub-grid scale rainfall increases when the moist Froude number increases. When the CAPE decreases, it is found that the upstream moist flow tends to shift to a higher Froude-number regime. Therefore, the Froude number cannot solely be used to define a moist flow regime when different CAPEs are considered. In another word, other parameters, such as CAPE, might play an important role in determining moist flow regimes. 相似文献
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利用中尺度数值模式ARPS进行了理想场的数值模拟,分析研究了水汽和潜热释放对大气层结稳定度的影响以及其在背风波的发展和演变过程中的作用,研究发现,潜热释放对大气层结分布的影响要远大于水汽对大气层结分布的直接影响,如果没有潜热的释放,水汽对背风波的发展和演变的作用非常小,而潜热释放可以使湿层结稳定度急剧下降,迅速破坏原有的层结分布,使这个区域出现非拦截的强烈的垂直运动,波动的崩溃更加迅速和明显。但需要说明的是在试验中,将数值模式里控制潜热释放的参数设为:0、1/2、2的假定情况,则在实际的大气运动过程中是不可能存在的。 相似文献