青藏高原东北部地区大到暴雨天气过程的研究
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摘要
青藏高原东北部地区位于高原东北侧边坡地带，是地形高度陡然下降的地区，也是高原天气系统与西风带天气系统较多发生相互作用的地区，由于特殊的地理位置、地形和下垫面条件，产生的大到暴雨天气突发性强、时效短，具有独特的高原特征。传统的天气学和统计方法对这样的突发事件的发生发展机制难以确定，找不到这些突发性灾害天气形成的相应判据，令预报员十分困惑，至今高原地区大到暴雨的预报准确率都很低。本论文试图采用诊断方法、诊断和天气动力学理论相结合的方法、数值模拟等方法对高原地区大到暴雨的天气、气候特征，暴雨产生时的物理量场特征、产生暴雨的中尺度系统的发生机理和结构特征等方面进行研究，对叠加在高原上的中尺度地形、高原东北部特殊的外流河谷地形及复杂下垫面性质对暴雨的可能影响进行数值试验，以揭示高原暴雨发生发展的物理机制。论文中高原地区的大到暴雨是指24h降水量≥25.0mm的降水，若同日有3个或3个以上站点出现大到暴雨时则称为1次区域性大到暴雨。
本文首先利用NCEP时间间隔为6小时的1°×1°的格点资料、更全面、更为完整的常规探测资料和高原地区布设的自动气象站资料、新一代多卜勒天气雷达资料、卫星云图资料等对高原东北部地区大到暴雨的天气、气候特征及大尺度环流背景进行分析，形成对高原暴雨的整体认识，并为以后的数值模拟提供大尺度环流背景及依据，分析中发现：
1、高原东北部地区大到暴雨的分布明显受到地形影响，年降水量和大到暴雨次数自东向西呈阶梯性递减趋势，分别在高原东北部的外流河谷地区和四川北部地区存在大值中心。四川北部地区的暴雨容易理解，高原东北部外流河谷多暴雨的原因值得研究。外流河谷地区两侧山脉的年降雨量较大，年均大到暴雨日数较多，河源处相对较小，具有河谷地形的特点。
2、高原东北部地区大到暴雨的特点是单站暴雨多，落点分散，很少有成片的大范围的暴雨发生，局地性强，时间短，强度大。出现时段集中在6～9月，7、8月最多。大到暴雨日数和站数具有明显的年代际变化特征，近十年来区域性大到暴雨次数增加，具有夜发性的特点且暴雨的相对强度较大，也是暴雨灾害频发的地区。
3、西太平洋副高、南亚高压、低纬系统、高空急流、低空大风速轴；西风槽和高原槽、低涡、冷锋、青海湖锢囚锋以及中尺度低压、青海热低压、切变线与辐合线、中尺度云团等系统是高原东北部地区大到暴雨的主要相关系统。100hPa上的南亚高压中心强度加强，位置东西摆动预示高原地区将有降水产生，中心强度减弱，降水过程结束。南亚高压西部副型是高原东北部地区大到暴雨的主要流型。低纬系统如台风等在有利的大尺度环流背景下主要通过间接影响(环流调整等)和直接影响(水汽和热量的供给、输送等)对高原暴雨产生作用，高原东北
部地区的大到暴雨几乎都伴有天气系统停滞现象。
4、高原东北部地区大到暴雨的云图特征大都为不同性质云系的叠置，可为高
原及其邻近地区的暴雨预报提供重要的依据。云系的叠置可分为中、高层云系和
低云云系的盛置:不同纬度云系的叠置:不同尺度云系的叠置等。在叠置区出现
较强的由平流引起的非热成风涡度倾向(一2犷.v叽)，造成上升运动加大，相应
的低层辐合也加大，容易满足惯性重力波不稳定发展条件
(?’凡:<一4.72xl0一’“in’妈，激发暴雨系统的发生发展，产生大到暴雨。
5、过渡季节产生的大到暴雨过程大都为混合云系造成，混合云系移速慢，位
置少动，强回波顶高度skm左右，强回波的水平距离在10km以内。混合云团与
东移的高空槽云系相遇并叠置的大到暴雨过程，镶嵌于回波中的对流单体是造成
强降水的直接系统，其尺度只有10~20km。最强回波强度达50dBz，回波顶高达
12km以上，回波强度较长江流域梅雨锋暴雨及华南准静止锋降雨的回波弱，但回
波顶高度略高。
然后利用全物理过程的中尺度气象模式MMS对高原的大到暴雨过程进行数
值模拟，通过对暴雨过程中低层60OhPa的环境背景、降水量、降水生命期和降水
总体分布随时间演变的趋势以及中尺度对流系统的雷达回波特征等方面的检验，
发现MMS模式对高原大到暴雨具有一定的模拟能力。利用高分辨率模式输出结果
对高原暴雨产生时的流场和物理量场特征、水汽条件等、造成高原暴雨的中一日
尺度云团的发生机理和结构特征进行了分析，并针对影响暴雨的高原上的中尺度
地形及高原东北部特殊的外流河谷地形进行了模拟试验，得到的结论主要有以下
几个方面，预报员可以根据以下内容把握高原东北部地区大到暴雨的发生发展的
特点，找到预报的着眼点，提高预报准确率。
l、高原东北部地区的大到暴雨产生时低层600hPa的流场特征是三股气流的
辐合，水汽来源有三条。三股气流中一股是沿阿尔金山和祁连山南下，经柴达木
盆地向东移动的湿冷空气，这股气流含有一定的水汽，是高原暴雨的西北水汽源;
一股是绕过祁连山在37“N附近沿河谷流域向西移动的回流冷空气;第三股是南边
的暖湿气流，其中包括高原暴雨的直接水汽源(从东部、南部洋面向雨区输送的
暖湿空气)，还包括陆地水汽?
The northeast Qinghai-Xizang plateau is margin area which topographic altitude is precipitate, and which has the high frequent interaction between synoptic system in plateau and westerlies system. The heavy-hard rainfall in this area is strong outburst, lasting short time, which consists the singularity of the plateau being its especial geography position, topography and underlying surface. The mechanism is difficult to be make out by conventional weather analysis and statistical forecast, and couldn't find the correspond criterions of these paroxysmal disaster weather forming. These puzzled the forecasters, and leaded to the lower accuracy rate of forecast. The weather analysis and climatic characteristics of the heavy-hard rainfall in this area, structure characteristics during the rainstorm, the mechanism and structure of mesoscale systems bringing rainstorm and etc. are studied by conducting diagnostic analysis, theory of dynamics and numerical simulation. The influence on the rainstorm causing by mesosc
ale topography piling on the plateau, the particular valley topography in northeast plateau and complex surface vegetation are researched by numerical experiments. The heavy-hard rain in northeast Qinghai-Xizang plateau is that precipitation in 24h 25. 0 mm. The regional one is that there are three stations whose precipitation in 24h 25. 0 mm .
Detailed diagnoses is made on a heavy-hard rain in the Northeast Qinghai-Xizang Plateau using NCEP data of 1 X 1 with 6h intervals, more complete and integrated conventional observational data and the data set of automatic meteorological stations in plateau and new generation Doppler radar data and satellite images and etc. The following conclusions can be drawn:
1. The distribution of heavy-hard rain, which is characteristics of valley topography in northeast Qinghai-Xizang Plateau is obviously effected by topography. The distribution of yearly mean precipitation and the frequencies of heavy-hard rain in this area are descending from east to west. There are two greater value centers: one is the valley region in northeast of the plateau, the other is the north of Sichuan province.
2. The characteristics of rainstorm in this area are occurring at one station, strong local, greater intensity, concentrating on the period from Jun. to Sep., and more occurring in July and Aug.. There is a distinct inter-decadal trend in numbers of station and days of heavy-hard rainfall and the frequencies of it increased in recent decade. The heavy-hard rainfall usually occurs at night with greater relative intensity.
3. The main relative systems of heavy-hard rainfall in northeast plateau are Western Pacific Subtropical High, South Asia High, Low Latitude Systems, Upper Level Jet
(ULJ) , Low Level Greater Wind Speed Axes, Westerly Trough and Plateau Trough, Low Level Vortex, Cold Frontal, Occluded Front in Qinghai Lake, Mesoscale Low Pressure, Heat Low-Pressure in Qinghai, shear line and convergence line, mesoscale cloud cluster, etc. The west subsidiary model of South Asia High is the main circulation type of heavy-hard rainfall in this area. The low latitude systems such as typhoon, etc.
affect the rainstorm in plateau through direct and indirect action. The synoptic systems within heavy-hard rainfall stagnated in the most of this area.
4. The main characteristics of satellite images for the regional heavy rain are overlapping of the different cloud systems. One of reasons leading to heavy-hard rain during the overlapping is that the overlapping leads to unstable development of the inertial-gravity waves.
5. The heavy-hard rainfall in transitional season is brought by mixed cloud systems whose movements are slow and less, and the echo depth are about 5 km and horizontal distance of strong echo are within 10km. The one is brought by meeting and overlapping of mixed and high level trough moving eastward cloud systems whose echo depth is about 12 km, and the horizontal distance is within 10~20km and the intensity is up to about 50dBz. The intensity is les
本文首先利用NCEP时间间隔为6小时的1°×1°的格点资料、更全面、更为完整的常规探测资料和高原地区布设的自动气象站资料、新一代多卜勒天气雷达资料、卫星云图资料等对高原东北部地区大到暴雨的天气、气候特征及大尺度环流背景进行分析，形成对高原暴雨的整体认识，并为以后的数值模拟提供大尺度环流背景及依据，分析中发现：
1、高原东北部地区大到暴雨的分布明显受到地形影响，年降水量和大到暴雨次数自东向西呈阶梯性递减趋势，分别在高原东北部的外流河谷地区和四川北部地区存在大值中心。四川北部地区的暴雨容易理解，高原东北部外流河谷多暴雨的原因值得研究。外流河谷地区两侧山脉的年降雨量较大，年均大到暴雨日数较多，河源处相对较小，具有河谷地形的特点。
2、高原东北部地区大到暴雨的特点是单站暴雨多，落点分散，很少有成片的大范围的暴雨发生，局地性强，时间短，强度大。出现时段集中在6～9月，7、8月最多。大到暴雨日数和站数具有明显的年代际变化特征，近十年来区域性大到暴雨次数增加，具有夜发性的特点且暴雨的相对强度较大，也是暴雨灾害频发的地区。
3、西太平洋副高、南亚高压、低纬系统、高空急流、低空大风速轴；西风槽和高原槽、低涡、冷锋、青海湖锢囚锋以及中尺度低压、青海热低压、切变线与辐合线、中尺度云团等系统是高原东北部地区大到暴雨的主要相关系统。100hPa上的南亚高压中心强度加强，位置东西摆动预示高原地区将有降水产生，中心强度减弱，降水过程结束。南亚高压西部副型是高原东北部地区大到暴雨的主要流型。低纬系统如台风等在有利的大尺度环流背景下主要通过间接影响(环流调整等)和直接影响(水汽和热量的供给、输送等)对高原暴雨产生作用，高原东北
部地区的大到暴雨几乎都伴有天气系统停滞现象。
4、高原东北部地区大到暴雨的云图特征大都为不同性质云系的叠置，可为高
原及其邻近地区的暴雨预报提供重要的依据。云系的叠置可分为中、高层云系和
低云云系的盛置:不同纬度云系的叠置:不同尺度云系的叠置等。在叠置区出现
较强的由平流引起的非热成风涡度倾向(一2犷.v叽)，造成上升运动加大，相应
的低层辐合也加大，容易满足惯性重力波不稳定发展条件
(?’凡:<一4.72xl0一’“in’妈，激发暴雨系统的发生发展，产生大到暴雨。
5、过渡季节产生的大到暴雨过程大都为混合云系造成，混合云系移速慢，位
置少动，强回波顶高度skm左右，强回波的水平距离在10km以内。混合云团与
东移的高空槽云系相遇并叠置的大到暴雨过程，镶嵌于回波中的对流单体是造成
强降水的直接系统，其尺度只有10~20km。最强回波强度达50dBz，回波顶高达
12km以上，回波强度较长江流域梅雨锋暴雨及华南准静止锋降雨的回波弱，但回
波顶高度略高。
然后利用全物理过程的中尺度气象模式MMS对高原的大到暴雨过程进行数
值模拟，通过对暴雨过程中低层60OhPa的环境背景、降水量、降水生命期和降水
总体分布随时间演变的趋势以及中尺度对流系统的雷达回波特征等方面的检验，
发现MMS模式对高原大到暴雨具有一定的模拟能力。利用高分辨率模式输出结果
对高原暴雨产生时的流场和物理量场特征、水汽条件等、造成高原暴雨的中一日
尺度云团的发生机理和结构特征进行了分析，并针对影响暴雨的高原上的中尺度
地形及高原东北部特殊的外流河谷地形进行了模拟试验，得到的结论主要有以下
几个方面，预报员可以根据以下内容把握高原东北部地区大到暴雨的发生发展的
特点，找到预报的着眼点，提高预报准确率。
l、高原东北部地区的大到暴雨产生时低层600hPa的流场特征是三股气流的
辐合，水汽来源有三条。三股气流中一股是沿阿尔金山和祁连山南下，经柴达木
盆地向东移动的湿冷空气，这股气流含有一定的水汽，是高原暴雨的西北水汽源;
一股是绕过祁连山在37“N附近沿河谷流域向西移动的回流冷空气;第三股是南边
的暖湿气流，其中包括高原暴雨的直接水汽源(从东部、南部洋面向雨区输送的
暖湿空气)，还包括陆地水汽?
The northeast Qinghai-Xizang plateau is margin area which topographic altitude is precipitate, and which has the high frequent interaction between synoptic system in plateau and westerlies system. The heavy-hard rainfall in this area is strong outburst, lasting short time, which consists the singularity of the plateau being its especial geography position, topography and underlying surface. The mechanism is difficult to be make out by conventional weather analysis and statistical forecast, and couldn't find the correspond criterions of these paroxysmal disaster weather forming. These puzzled the forecasters, and leaded to the lower accuracy rate of forecast. The weather analysis and climatic characteristics of the heavy-hard rainfall in this area, structure characteristics during the rainstorm, the mechanism and structure of mesoscale systems bringing rainstorm and etc. are studied by conducting diagnostic analysis, theory of dynamics and numerical simulation. The influence on the rainstorm causing by mesosc
ale topography piling on the plateau, the particular valley topography in northeast plateau and complex surface vegetation are researched by numerical experiments. The heavy-hard rain in northeast Qinghai-Xizang plateau is that precipitation in 24h 25. 0 mm. The regional one is that there are three stations whose precipitation in 24h 25. 0 mm .
Detailed diagnoses is made on a heavy-hard rain in the Northeast Qinghai-Xizang Plateau using NCEP data of 1 X 1 with 6h intervals, more complete and integrated conventional observational data and the data set of automatic meteorological stations in plateau and new generation Doppler radar data and satellite images and etc. The following conclusions can be drawn:
1. The distribution of heavy-hard rain, which is characteristics of valley topography in northeast Qinghai-Xizang Plateau is obviously effected by topography. The distribution of yearly mean precipitation and the frequencies of heavy-hard rain in this area are descending from east to west. There are two greater value centers: one is the valley region in northeast of the plateau, the other is the north of Sichuan province.
2. The characteristics of rainstorm in this area are occurring at one station, strong local, greater intensity, concentrating on the period from Jun. to Sep., and more occurring in July and Aug.. There is a distinct inter-decadal trend in numbers of station and days of heavy-hard rainfall and the frequencies of it increased in recent decade. The heavy-hard rainfall usually occurs at night with greater relative intensity.
3. The main relative systems of heavy-hard rainfall in northeast plateau are Western Pacific Subtropical High, South Asia High, Low Latitude Systems, Upper Level Jet
(ULJ) , Low Level Greater Wind Speed Axes, Westerly Trough and Plateau Trough, Low Level Vortex, Cold Frontal, Occluded Front in Qinghai Lake, Mesoscale Low Pressure, Heat Low-Pressure in Qinghai, shear line and convergence line, mesoscale cloud cluster, etc. The west subsidiary model of South Asia High is the main circulation type of heavy-hard rainfall in this area. The low latitude systems such as typhoon, etc.
affect the rainstorm in plateau through direct and indirect action. The synoptic systems within heavy-hard rainfall stagnated in the most of this area.
4. The main characteristics of satellite images for the regional heavy rain are overlapping of the different cloud systems. One of reasons leading to heavy-hard rain during the overlapping is that the overlapping leads to unstable development of the inertial-gravity waves.
5. The heavy-hard rainfall in transitional season is brought by mixed cloud systems whose movements are slow and less, and the echo depth are about 5 km and horizontal distance of strong echo are within 10km. The one is brought by meeting and overlapping of mixed and high level trough moving eastward cloud systems whose echo depth is about 12 km, and the horizontal distance is within 10~20km and the intensity is up to about 50dBz. The intensity is les
引文
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