《高原氣象學(xué)進(jìn)展》課件cha4+3 高原激發(fā)的準(zhǔn)靜止行星波與持續(xù)性暴雨 成信院李國(guó)平

1、李國(guó)平 何鈺何鈺，李國(guó)平何鈺，李國(guó)平* *. . 青藏高原大地形對(duì)華南持續(xù)性暴雨影響的數(shù)值試驗(yàn)，大氣科學(xué)，青藏高原大地形對(duì)華南持續(xù)性暴雨影響的數(shù)值試驗(yàn)，大氣科學(xué)，20132013，37(4): 37(4): 933-944933-944He Yu, Li Guo-pingHe Yu, Li Guo-ping* *. The effects of the plateaus topographic gradient on Rossby . The effects of the plateaus topographic gradient on Rossby waves and its numeric

2、al simulation.Journal of Tropical Meteorologywaves and its numerical simulation.Journal of Tropical Meteorology，20162016報(bào)告內(nèi)容報(bào)告內(nèi)容一、研究背景二、已開(kāi)展的研究三、下一步研究計(jì)劃一、研究背景一、研究背景1.1 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容 研究青藏高原研究青藏高原動(dòng)力動(dòng)力和和熱力強(qiáng)迫熱力強(qiáng)迫如何影響大尺度大氣環(huán)流，如何影響大尺度大氣環(huán)流，尤其是高原動(dòng)熱力強(qiáng)迫影響尤其是高原動(dòng)熱力強(qiáng)迫影響準(zhǔn)定常行星波準(zhǔn)定常行星波形成和維持的機(jī)理；形成和維持的機(jī)理； 探討準(zhǔn)定常行星波影響我國(guó)東部探討準(zhǔn)定常

3、行星波影響我國(guó)東部持續(xù)性重大天氣異常持續(xù)性重大天氣異常（包（包括夏季括夏季持續(xù)性強(qiáng)降水持續(xù)性強(qiáng)降水和冬季持續(xù)性低溫雨雪天氣）的物理機(jī)制。和冬季持續(xù)性低溫雨雪天氣）的物理機(jī)制。 1.2 擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題 青藏高原對(duì)準(zhǔn)定常行星波演變及我國(guó)持續(xù)性重大天氣異常青藏高原對(duì)準(zhǔn)定常行星波演變及我國(guó)持續(xù)性重大天氣異常的影響機(jī)制。的影響機(jī)制。1.3 研究特征與創(chuàng)新點(diǎn)研究特征與創(chuàng)新點(diǎn) 從青藏高原動(dòng)力、熱力強(qiáng)迫，從青藏高原動(dòng)力、熱力強(qiáng)迫，重點(diǎn)重點(diǎn)是對(duì)準(zhǔn)定常行星波形成是對(duì)準(zhǔn)定常行星波形成與維持的作用，與維持的作用，深入研究深入研究我國(guó)持續(xù)性重大天氣異常的我國(guó)持續(xù)性重大天氣異常的內(nèi)在原因內(nèi)在原因

4、。青藏高原對(duì)準(zhǔn)定常行星波及持續(xù)性重大天氣異常的影響青藏高原對(duì)準(zhǔn)定常行星波及持續(xù)性重大天氣異常的影響，國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目“我國(guó)持續(xù)性重大天氣異常形成機(jī)理與預(yù)測(cè)理論和方法研究”（2012CB417200）02專(zhuān)題研究 通過(guò)對(duì)近五年（20082012年）持續(xù)性災(zāi)害天氣的統(tǒng)計(jì)，初步統(tǒng)計(jì)出夏季持續(xù)性暴雨過(guò)程約有12例，冬季低溫雨雪冰凍天氣約有6例。 首先選取2010年5月發(fā)生在華南地區(qū)的一次持續(xù)性暴雨過(guò)程進(jìn)行分析。地形高度地形高度地形坡度地形坡度青青藏藏高高原原診斷分析+公式討論+數(shù)值模擬Rossby波波華南持續(xù)性暴雨華南持續(xù)性暴雨波長(zhǎng)、頻率、相波長(zhǎng)、頻率、相速度、群速度等速度、群速度等垂直運(yùn)動(dòng)、垂直運(yùn)

5、動(dòng)、渦度等渦度等大尺度環(huán)流、大尺度環(huán)流、西太副高等西太副高等二、已開(kāi)展的研究二、已開(kāi)展的研究 2.2、青藏高原大地形對(duì)華南持續(xù)性暴雨影響的、青藏高原大地形對(duì)華南持續(xù)性暴雨影響的 數(shù)值試驗(yàn)數(shù)值試驗(yàn) 2.3、 高原地形坡度對(duì)高原地形坡度對(duì)Rossby波影響的波影響的 理論分析及其數(shù)值模擬試驗(yàn)理論分析及其數(shù)值模擬試驗(yàn) 2.1、2010年年5月華南持續(xù)性暴雨的月華南持續(xù)性暴雨的 診斷分析及數(shù)值模擬診斷分析及數(shù)值模擬2.1 青藏高原大地形對(duì)華南持續(xù)性暴雨青藏高原大地形對(duì)華南持續(xù)性暴雨影響的數(shù)值試驗(yàn)影響的數(shù)值試驗(yàn)主要內(nèi)容主要內(nèi)容： 利用模式及再分析資料，通過(guò)利用模式及再分析資料，通過(guò)有、無(wú)有、無(wú)青藏高青藏

6、高原以及將高原高度降低到原以及將高原高度降低到臨界高度臨界高度的數(shù)值試驗(yàn)，的數(shù)值試驗(yàn)，研究了青藏高原大地形對(duì)我國(guó)華南地區(qū)研究了青藏高原大地形對(duì)我國(guó)華南地區(qū)2010年年5月一次月一次持續(xù)性暴雨持續(xù)性暴雨過(guò)程的影響。過(guò)程的影響。 低值系低值系統(tǒng)類(lèi)型統(tǒng)類(lèi)型中心位勢(shì)高度（單位中心位勢(shì)高度（單位dagpm）；經(jīng)度，緯度）；經(jīng)度，緯度 持續(xù)時(shí)間持續(xù)時(shí)間500hPa低渦低渦576；93E，30N26日日00時(shí)時(shí)29日日12時(shí)時(shí)低渦低渦574；79E，34N28日日00時(shí)時(shí)30日日18時(shí)時(shí)低槽低槽四川東部、重慶、貴州大部四川東部、重慶、貴州大部、云南北部、云南北部、26日日00時(shí)時(shí)27日日18時(shí)、時(shí)、28日日

7、06時(shí)時(shí)29日日06時(shí)、時(shí)、29日日18時(shí)時(shí)30日日18時(shí)時(shí)低槽低槽湖北、安徽、湖南、江西北湖北、安徽、湖南、江西北部、福建、廣東北部部、福建、廣東北部26日日00時(shí)時(shí)27日日06時(shí)、時(shí)、27日日18時(shí)時(shí)30日日18時(shí)時(shí)600hPa低渦低渦432；93E，30N26日日00時(shí)時(shí)27日日12時(shí)時(shí)低渦低渦432；81E，33N26日日12時(shí)時(shí)30日日18時(shí)時(shí)低槽低槽四川東部、云南北部、貴州四川東部、云南北部、貴州26日日00時(shí)時(shí)27日日06時(shí)、時(shí)、27日日18時(shí)時(shí)29日日00時(shí)、時(shí)、29日日12時(shí)時(shí)30日日18時(shí)時(shí)低槽低槽湖北、湖南東部、江西、廣湖北、湖南東部、江西、廣西北部、廣東、福建等西北部、

8、廣東、福建等26日日00時(shí)時(shí)27日日00時(shí)、時(shí)、27日日12時(shí)時(shí)28日日12時(shí)、時(shí)、29日日06時(shí)時(shí)30日日06時(shí)時(shí)20102010年年5 5月月26-3026-30日日500hPa500hPa和和600hPa600hPa環(huán)流場(chǎng)中環(huán)流場(chǎng)中高原及下游地區(qū)低值系統(tǒng)高原及下游地區(qū)低值系統(tǒng)的演變特征的演變特征 高度場(chǎng)高度場(chǎng)500hPa平均的高度場(chǎng)及與前平均的高度場(chǎng)及與前30年同期平均的差值年同期平均的差值 這樣的大尺度環(huán)流形勢(shì)異常且持續(xù)穩(wěn)定，有利于高緯冷空氣源源不斷自槽這樣的大尺度環(huán)流形勢(shì)異常且持續(xù)穩(wěn)定，有利于高緯冷空氣源源不斷自槽后輸送到中低緯度，然后與副高輸送的暖濕氣流在華南地區(qū)匯合，形成此次持后

9、輸送到中低緯度，然后與副高輸送的暖濕氣流在華南地區(qū)匯合，形成此次持續(xù)性強(qiáng)降水過(guò)程。續(xù)性強(qiáng)降水過(guò)程。烏山低槽烏山低槽貝湖低槽貝湖低槽巴湖阻高巴湖阻高雨帶主要位于雨帶主要位于華南和江南地區(qū)華南和江南地區(qū)，期間四川東南部、重慶南部，貴州、廣東、廣，期間四川東南部、重慶南部，貴州、廣東、廣西等地出現(xiàn)持續(xù)的中到大雨。西等地出現(xiàn)持續(xù)的中到大雨。最大值最大值出現(xiàn)在廣東和廣西南部，日平均降水量超出現(xiàn)在廣東和廣西南部，日平均降水量超過(guò)過(guò)25mm。 與與1979-2008年年30年同期平均降水量相比，四川東南部、重慶、江西西南部、年同期平均降水量相比，四川東南部、重慶、江西西南部、廣東東部的降水距平超過(guò)廣東東部的

10、降水距平超過(guò)90mm，最大降水距平最大降水距平出現(xiàn)在廣西南部，超過(guò)出現(xiàn)在廣西南部，超過(guò)110mm。 降水過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，降水強(qiáng)度大，降水落區(qū)相對(duì)集中。降水過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，降水強(qiáng)度大，降水落區(qū)相對(duì)集中。26-30日的可降水總量及與日的可降水總量及與30年平均的差值年平均的差值 模式模擬模式模擬 采用采用WRF3.2版本模擬此次過(guò)程。版本模擬此次過(guò)程。 模擬時(shí)間模擬時(shí)間（世界時(shí)）：（世界時(shí)）：2010年年5月月26日日00時(shí)時(shí)2010年年5月月31日日00時(shí)時(shí)背景場(chǎng)采用背景場(chǎng)采用NCEP/NCAR 11的的FNL再分析資料，再分析資料，20、60km分辨率的兩重嵌套水平網(wǎng)格區(qū)域。分辨率的兩重嵌套水

11、平網(wǎng)格區(qū)域。 參數(shù)化方案的設(shè)計(jì)參數(shù)化方案的設(shè)計(jì)：微物理過(guò)程：微物理過(guò)程：Ferrier(newEta)方案（母網(wǎng)格）；方案（母網(wǎng)格）； Lin 方案方案(子子網(wǎng)格）網(wǎng)格）長(zhǎng)波輻射：長(zhǎng)波輻射：RRTM方案方案短波輻射：短波輻射：Dudhia方案方案邊界層：邊界層：MYJ（Mellor-Yamada-Janjic）方案）方案陸面過(guò)程：陸面過(guò)程：Noah方案方案積云參數(shù)化：積云參數(shù)化：Kain-Fritsch (new Eta)方案方案 模式方案設(shè)計(jì)模式方案設(shè)計(jì)： 有高原（有高原（TP）試驗(yàn)：高原地形高度不變，最大高度約為）試驗(yàn)：高原地形高度不變，最大高度約為5000m； 臨界高度臨界高度(LJ)試

12、驗(yàn)：將高原及其附近地形高度降為試驗(yàn)：將高原及其附近地形高度降為1500m； 無(wú)高原（無(wú)高原（NTP）試驗(yàn)：將高原及其附近地形高度降為）試驗(yàn)：將高原及其附近地形高度降為500m；對(duì)比分析對(duì)比分析： 分別從降水強(qiáng)度、分別從降水強(qiáng)度、 500hPa 和和850hPa環(huán)流及緯向平均的垂直剖環(huán)流及緯向平均的垂直剖面圖來(lái)分析高原大地形對(duì)此次持續(xù)性降水的影響機(jī)理。面圖來(lái)分析高原大地形對(duì)此次持續(xù)性降水的影響機(jī)理。其中：其中：沿沿28-30N的剖面反映四川重慶一帶的降水；的剖面反映四川重慶一帶的降水；沿沿25-28N的剖面反映湖南、江西和福建一帶的降水；的剖面反映湖南、江西和福建一帶的降水；沿沿20-25N的剖

13、面反映廣東、廣西的降水。的剖面反映廣東、廣西的降水。由圖可以看出：模式能較好地模擬出由圖可以看出：模式能較好地模擬出降水帶的分布降水帶的分布及及降水中心降水中心的位置。降水的最大強(qiáng)度也與實(shí)際相對(duì)應(yīng)。的位置。降水的最大強(qiáng)度也與實(shí)際相對(duì)應(yīng)。對(duì)比試驗(yàn)：對(duì)比試驗(yàn)：隨著高原高度的降低，降水減少明顯隨著高原高度的降低，降水減少明顯，其中四川重慶東南部、，其中四川重慶東南部、廣東、廣西的降水大值區(qū)減少最為明顯。說(shuō)明廣東、廣西的降水大值區(qū)減少最為明顯。說(shuō)明高原對(duì)我國(guó)東南部降水的影高原對(duì)我國(guó)東南部降水的影響是顯著的響是顯著的。 FNLTPLJ NTP而在而在NTP試驗(yàn)中，高原以東，試驗(yàn)中，高原以東，四川北部四川

14、北部出現(xiàn)了降水大值中心。隨著出現(xiàn)了降水大值中心。隨著高原高度的降低，高原高度的降低，雨帶雨帶也由南向北移動(dòng)。也由南向北移動(dòng)。 降水降水 FNLTP500hPa windLJ NTP模式雖對(duì)模式雖對(duì)高緯度高緯度的風(fēng)場(chǎng)模擬的強(qiáng)度偏弱，高原上氣流的爬流作的風(fēng)場(chǎng)模擬的強(qiáng)度偏弱，高原上氣流的爬流作用偏強(qiáng)。但總的來(lái)說(shuō)：能很好地模擬出用偏強(qiáng)。但總的來(lái)說(shuō)：能很好地模擬出“兩槽一脊兩槽一脊”的的環(huán)流的的環(huán)流形勢(shì)及氣流過(guò)高原的分支、繞流作用。形勢(shì)及氣流過(guò)高原的分支、繞流作用。對(duì)比試驗(yàn)：隨著高原高度的降低，高緯度對(duì)比試驗(yàn)：隨著高原高度的降低，高緯度“兩槽一脊兩槽一脊”的環(huán)流形勢(shì)逐漸減弱；的環(huán)流形勢(shì)逐漸減弱；西風(fēng)氣流

15、西風(fēng)氣流的兩個(gè)分支：北支氣流逐漸減弱，而南支氣流增強(qiáng)，并逐漸在高原及的兩個(gè)分支：北支氣流逐漸減弱，而南支氣流增強(qiáng)，并逐漸在高原及其其以南地區(qū)以南地區(qū)形成氣旋性彎曲的氣流形成氣旋性彎曲的氣流.西太副高西太副高的位置也隨著高原高度的升高而偏南偏西。的位置也隨著高原高度的升高而偏南偏西。高原大地形使得副高高原大地形使得副高能夠不斷地將低緯的暖濕氣流北上輸送到降水區(qū)能夠不斷地將低緯的暖濕氣流北上輸送到降水區(qū)。說(shuō)明高原大地形對(duì)形成持續(xù)穩(wěn)定的大氣環(huán)流形勢(shì)有重要作用。說(shuō)明高原大地形對(duì)形成持續(xù)穩(wěn)定的大氣環(huán)流形勢(shì)有重要作用。850hPa上可以看出氣流過(guò)高原的繞流及爬流過(guò)程：上可以看出氣流過(guò)高原的繞流及爬流過(guò)程：

16、西風(fēng)氣流西風(fēng)氣流在高原以西在高原以西50E附近開(kāi)始分支，繞過(guò)高原后在附近開(kāi)始分支，繞過(guò)高原后在140E附近匯合。附近匯合。由于高原的摩擦阻擋作用，氣流在爬越高原過(guò)程中風(fēng)速逐漸減弱。由于高原的摩擦阻擋作用，氣流在爬越高原過(guò)程中風(fēng)速逐漸減弱。 FNLTPLJ NTP850hPa wind對(duì)比試驗(yàn)：隨著高原高度的降低，大地形對(duì)氣流的繞流和阻擋作用明顯減弱；對(duì)比試驗(yàn)：隨著高原高度的降低，大地形對(duì)氣流的繞流和阻擋作用明顯減弱；同同500hPa一樣，北支氣流減弱的同時(shí)，南支氣流增強(qiáng)，并在一樣，北支氣流減弱的同時(shí)，南支氣流增強(qiáng)，并在高原北部地區(qū)高原北部地區(qū)形形成閉合的氣旋性環(huán)流。成閉合的氣旋性環(huán)流。當(dāng)高原高

17、度達(dá)到并超過(guò)臨界高度時(shí)，高原周?chē)臍饬髦饕岳@流為主，而爬當(dāng)高原高度達(dá)到并超過(guò)臨界高度時(shí)，高原周?chē)臍饬髦饕岳@流為主，而爬流作用減弱；在流作用減弱；在NTP中，南支氣流繞過(guò)高原后向北可中，南支氣流繞過(guò)高原后向北可伸展伸展到到55N，并與高，并與高緯氣流匯合。緯氣流匯合。說(shuō)明高原大地形對(duì)氣流的阻擋作用是無(wú)可替代的說(shuō)明高原大地形對(duì)氣流的阻擋作用是無(wú)可替代的。垂直風(fēng)場(chǎng)存在三個(gè)垂直風(fēng)場(chǎng)存在三個(gè)上升運(yùn)動(dòng)上升運(yùn)動(dòng)的大值區(qū)：分別位于的大值區(qū)：分別位于80E、90E、及、及110E附近。附近。其中其中80E附近從低層到高層為一致的正渦度大區(qū)，對(duì)應(yīng)降水的大值區(qū)；附近從低層到高層為一致的正渦度大區(qū)，對(duì)應(yīng)降水的大

18、值區(qū)；95E和和110E的上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，能到達(dá)對(duì)流層頂附近。的上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，能到達(dá)對(duì)流層頂附近。110140E左右存在一個(gè)閉合的左右存在一個(gè)閉合的緯向剖面環(huán)流圈（次級(jí)環(huán)流）緯向剖面環(huán)流圈（次級(jí)環(huán)流）。 FNLTPLJ NTP28-30N對(duì)比試驗(yàn)：對(duì)比試驗(yàn)：隨著地形高度降低隨著地形高度降低，各上升運(yùn)動(dòng)區(qū)對(duì)應(yīng)的低層正渦度及高層負(fù)渦度值減小，各上升運(yùn)動(dòng)區(qū)對(duì)應(yīng)的低層正渦度及高層負(fù)渦度值減小，同時(shí)高原下游的緯向環(huán)流圈逐漸減弱消失。且高原以西同時(shí)高原下游的緯向環(huán)流圈逐漸減弱消失。且高原以西下沉下沉運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，而運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，而高原上空的上高原上空的上升運(yùn)動(dòng)減弱，對(duì)應(yīng)的降水也相應(yīng)減少升運(yùn)動(dòng)減弱，對(duì)應(yīng)的降水也相應(yīng)減

19、少；上升運(yùn)動(dòng)大值區(qū)垂直運(yùn)動(dòng)減弱明顯。；上升運(yùn)動(dòng)大值區(qū)垂直運(yùn)動(dòng)減弱明顯。 在在高原高度達(dá)到或超過(guò)臨界高度之后高原高度達(dá)到或超過(guò)臨界高度之后，才，才出現(xiàn)了穩(wěn)定的高原季風(fēng)環(huán)流出現(xiàn)了穩(wěn)定的高原季風(fēng)環(huán)流：高原：高原地區(qū)范圍內(nèi)為地區(qū)范圍內(nèi)為強(qiáng)大的上升運(yùn)動(dòng)強(qiáng)大的上升運(yùn)動(dòng)，并在高原以東地區(qū)形成穩(wěn)定的緯向次級(jí)環(huán)流，并在高原以東地區(qū)形成穩(wěn)定的緯向次級(jí)環(huán)流圈。圈。隨著高原隆升，隨著高原隆升，60150E出現(xiàn)了兩個(gè)穩(wěn)定的大氣波動(dòng)，說(shuō)明出現(xiàn)了兩個(gè)穩(wěn)定的大氣波動(dòng)，說(shuō)明高原大地形高原大地形能激發(fā)出定常波能激發(fā)出定常波，其，其波動(dòng)中心波動(dòng)中心位于位于90E及及110E附近，波動(dòng)隨高度向附近，波動(dòng)隨高度向東傾斜，最大振幅位于對(duì)

20、流層中高層。東傾斜，最大振幅位于對(duì)流層中高層。一、 5.26-30日，500hPa上“兩槽一脊”的大尺度環(huán)流形勢(shì)異常大尺度環(huán)流形勢(shì)異常強(qiáng)大，是形成這次持續(xù)性降水的主要背景場(chǎng)。二、高原大地形對(duì)降水的影響大地形對(duì)降水的影響顯著：隨著高原高度增大，降水增多，雨帶也由北向南移動(dòng)。三、高原對(duì)西風(fēng)氣流的爬坡繞流阻擋作用對(duì)西風(fēng)氣流的爬坡繞流阻擋作用明顯：隨著高原隆升，爬坡作用減弱，以繞流作用為主。四、由于與高原伴隨的加熱作用與高原伴隨的加熱作用，使氣流過(guò)高原時(shí)南支減弱，北支加強(qiáng)（熱成風(fēng)效應(yīng)）；并加強(qiáng)了高原及其東部低層的正渦度、高層的負(fù)渦度，使高原上空出現(xiàn)強(qiáng)上升運(yùn)動(dòng)。高原對(duì)西太副高西太副高的作用是使其偏南偏西

21、并穩(wěn)定維持。五、高原動(dòng)力和熱力作用能夠激發(fā)出穩(wěn)定的大氣行星波激發(fā)出穩(wěn)定的大氣行星波，其波動(dòng)中 心對(duì)應(yīng)降水大值區(qū)，穩(wěn)定維持的定常波穩(wěn)定維持的定常波使得降水也相對(duì)集中在同 一地區(qū)，從而造成持續(xù)性降水過(guò)程。結(jié)論：結(jié)論：2.2 高原地形坡度對(duì)高原地形坡度對(duì)Rossby波的影響波的影響及其數(shù)值模擬及其數(shù)值模擬 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 利用包含地形動(dòng)力、熱力作用的正壓模式方利用包含地形動(dòng)力、熱力作用的正壓模式方程組，從程組，從理論理論上著重分析了青藏高原的地形坡度上著重分析了青藏高原的地形坡度對(duì)大氣對(duì)大氣Rossby波的影響，并進(jìn)一步通過(guò)中尺度波的影響，并進(jìn)一步通過(guò)中尺度數(shù)值數(shù)值模式模式WRF3.2及及NC

22、EP/NCAR逐日逐日4次的次的FNL再分析資料，設(shè)計(jì)了改變青藏高原地形坡度的對(duì)再分析資料，設(shè)計(jì)了改變青藏高原地形坡度的對(duì)比試驗(yàn)，用模式比試驗(yàn)，用模式檢驗(yàn)檢驗(yàn)理論分析的結(jié)論。理論分析的結(jié)論。1、地形坡度對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)的影響2、地形坡度對(duì)Rossby波的影響 3、摩擦和非絕熱加熱對(duì)Rossby波的影響4、波動(dòng)能量的傳播特性討論內(nèi)容討論內(nèi)容模擬試驗(yàn)?zāi)M試驗(yàn) 個(gè)例個(gè)例 對(duì)2010年5月26日00時(shí)2010年5月31日00時(shí)（世界時(shí)）發(fā)生在中國(guó)華南的一次持續(xù)性暴雨過(guò)程進(jìn)行模擬分析，重點(diǎn)研究青藏高原的地形坡度對(duì)與此次持續(xù)性天氣過(guò)程有密切關(guān)系的大氣Rossby波及其準(zhǔn)定常行星波的影響。 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì) 參數(shù)

23、化方案： 微物理過(guò)程：Lin方案，長(zhǎng)波輻射：RRTM方案，短波輻射：Dudhia方案，邊界層采用MYJ（Mellor-Yamada-Janjic）方案，陸面過(guò)程：Noah方案，積云參數(shù)化：Kain-Fritsch (new Eta)方案。 模式采用了60km分辨率的水平網(wǎng)格區(qū)域，中心經(jīng)緯度為38N、103E，垂直方向?yàn)?8層，區(qū)域的水平網(wǎng)格格點(diǎn)數(shù)為：67100，模式每3小時(shí)輸出一次結(jié)果。對(duì)比試驗(yàn)方案（通過(guò)調(diào)整高度而改變坡度）對(duì)比試驗(yàn)方案（通過(guò)調(diào)整高度而改變坡度） （1）試驗(yàn)S1：將高原及其附近地區(qū)大于0的地形高度HGT*1.5； （2）試驗(yàn)S2：HGT*1.25； （3）試驗(yàn)S3：HGT； （

24、4）試驗(yàn)S4：HGT*0.75； （5）試驗(yàn)S5：HGT*0.5。 分為三個(gè)緯度帶（25N-30N、30N-35N、35N-40N）分別討論地形坡度對(duì)Rossby波的影響。表明高原地形坡表明高原地形坡度對(duì)中國(guó)東部地區(qū)的度對(duì)中國(guó)東部地區(qū)的降水具有明顯的增幅降水具有明顯的增幅作用，且坡度越大，作用，且坡度越大，增幅作用越明顯。同增幅作用越明顯。同時(shí)，隨著地形坡度的時(shí)，隨著地形坡度的增大，降水大值區(qū)逐增大，降水大值區(qū)逐漸向東向北移動(dòng)。漸向東向北移動(dòng)。HGTHGT*1.5HGT*1.25FNLHGT*0.75HGT*0.5降水期間總降水量及其降水期間總降水量及其隨地形坡度的變化特征隨地形坡度的變化特征

25、 模式較好地模擬模式較好地模擬了此次降水過(guò)程中我了此次降水過(guò)程中我國(guó)華南地區(qū)降水帶的國(guó)華南地區(qū)降水帶的分布，其范圍和強(qiáng)度分布，其范圍和強(qiáng)度都與實(shí)際情況相符。都與實(shí)際情況相符。 隨著坡度的增大隨著坡度的增大，降水區(qū)的范圍及強(qiáng)，降水區(qū)的范圍及強(qiáng)度都逐漸增大，尤其度都逐漸增大，尤其是降水大值區(qū)的增強(qiáng)是降水大值區(qū)的增強(qiáng)最明顯。最明顯。 其中位于廣東、其中位于廣東、廣西及重慶、湖北、廣西及重慶、湖北、陜西交界處的降水大陜西交界處的降水大值中心隨著地形坡度值中心隨著地形坡度的增大而增大并逐漸的增大而增大并逐漸向東向北移動(dòng)。向東向北移動(dòng)。FNLHGT 模式能反映出兩個(gè)大氣Rossby波：中心分別位于90E和

26、110E，而且模式模擬的波動(dòng)大值區(qū)無(wú)論強(qiáng)度還是范圍都較FNL資料中反映得強(qiáng)。 總的來(lái)說(shuō)，模式較好地模擬出了沿25-30N經(jīng)向平均的垂直風(fēng)場(chǎng)和高原及其附近地區(qū)上空自西向東“-+-”的渦度場(chǎng)分布。25-30N 證實(shí)了理論討論的結(jié)論：隨著地形坡度的增大，高原的繞流作用加強(qiáng)，而爬坡作用減弱，使得由高原繞流作用引起的在高原西側(cè)下沉、東側(cè)上升的垂直運(yùn)動(dòng)相應(yīng)加強(qiáng)，有利于高原東側(cè)對(duì)流活有利于高原東側(cè)對(duì)流活動(dòng)的發(fā)生發(fā)展動(dòng)的發(fā)生發(fā)展。這與爬流對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)的影響相反。 對(duì)于60E-150E存在的兩個(gè)Rossby波來(lái)說(shuō)，隨著地形坡度的增大，波動(dòng)的振幅增強(qiáng)（特別是波動(dòng)的大值區(qū)），90E的上升運(yùn)動(dòng)大值區(qū)隨坡度的增大向西移動(dòng)

27、，而位于110E的波動(dòng)中心向東移動(dòng)，最大上升運(yùn)動(dòng)由110E東移到115E左右（相背而行，波長(zhǎng)拉長(zhǎng)）。 說(shuō)明說(shuō)明隨著地形坡度的增大，波動(dòng)的上升和下沉運(yùn)動(dòng)區(qū)的范圍增大，波動(dòng)的波長(zhǎng)增長(zhǎng)，使得波動(dòng)使得波動(dòng)趨向低頻方向發(fā)展。趨向低頻方向發(fā)展。 HGT*1.5HGT*1.25HGT 說(shuō)明隨著地形坡度的減小隨著地形坡度的減小，地形爬坡作用增強(qiáng)，繞流作用減弱，使得高原西側(cè)上升運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，東側(cè)下沉運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，從而使高原上空及以東地區(qū)的上升運(yùn)動(dòng)減弱，這不利于對(duì)流活動(dòng)的產(chǎn)生。這不利于對(duì)流活動(dòng)的產(chǎn)生。HGTHGT*0.75HGT*0.5隨著地形坡度的減小，對(duì)流層上層的大氣Rossby波活動(dòng)減弱消失，說(shuō)明高原大地形本身的存

28、在高原大地形本身的存在對(duì)于大氣定常波的形成非常重要，對(duì)于大氣定常波的形成非常重要，高原可以激發(fā)出大氣高原可以激發(fā)出大氣Rossby波波并使其穩(wěn)定維持且低頻化，并使其穩(wěn)定維持且低頻化，從而有利于形成準(zhǔn)定常行星波。值得注意的是，在HGT*1.5的試驗(yàn)中，垂直方向的運(yùn)動(dòng)特征都不能反映出波動(dòng)隨坡度變化的趨勢(shì)，這說(shuō)明了在一定范圍內(nèi)變化的地在一定范圍內(nèi)變化的地形坡度才有利于低頻波的形成，而超過(guò)此坡度范圍時(shí)，反而不利形坡度才有利于低頻波的形成，而超過(guò)此坡度范圍時(shí)，反而不利于波動(dòng)的形成及低頻化。于波動(dòng)的形成及低頻化。 1、 總的來(lái)說(shuō)，模式模擬的經(jīng)向風(fēng)速其中心強(qiáng)度及范圍都較FNL資料中大，但能較好的模擬出波動(dòng)隨

29、時(shí)間的演變特征及其槽脊的基本位置。2、其中5月26日00時(shí)-28日00時(shí)在86E及135E附近存在高空槽并隨時(shí)間加深東移，而在112E附近存在一高空脊發(fā)展東移。1波波2波波25-30N經(jīng)向平均的經(jīng)向平均的200hPa經(jīng)向風(fēng)的經(jīng)度經(jīng)向風(fēng)的經(jīng)度時(shí)間剖面圖時(shí)間剖面圖3、圖中黑色虛線表示高空槽的移速，即Rossby波傳播的相速度，而黑色長(zhǎng)箭頭為南北風(fēng)中心的連線，代表波動(dòng)傳播的群速度。從圖中可以看出群速度大于相速度，存在能量頻散的上游效應(yīng)。4、表現(xiàn)為5月27日00時(shí)-28日00時(shí)及29日12時(shí)-30日12時(shí)，位于110E以西的長(zhǎng)波槽脊隨時(shí)間減弱，而以東的槽脊隨時(shí)間增強(qiáng)。說(shuō)明了波動(dòng)傳播的上游效應(yīng)使得下游地

30、區(qū)槽脊的能量增強(qiáng)，波動(dòng)振幅加大，進(jìn)而有利于下游地區(qū)天氣過(guò)程的強(qiáng)度增強(qiáng)并持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。5、設(shè)110E以西為1波，以東為2波，則1波槽線的斜率隨著地形南坡值的增大而減小，波動(dòng)相速度減小，Rossby波向東的移速減慢，甚至出現(xiàn)向西移動(dòng)的趨勢(shì)；2波則相反。且波動(dòng)群速度隨坡度的增大而增大。而北坡波動(dòng)的相速度及群速度隨坡度的增大而增大。 6、證明了第4節(jié)公式討論中所得的結(jié)論：高原南坡值越大，波動(dòng)相速度越小，波動(dòng)向東傳播速度減弱，且達(dá)到一定坡度值時(shí)波動(dòng)可向西傳播，而北坡的作用相反。7、且無(wú)論南坡還是北坡，隨著坡度值的增大，Rossby波的周期變長(zhǎng)，頻率減小，波動(dòng)向低頻方向發(fā)展。而南坡較北坡明顯更有利于這種低頻波動(dòng)的形成。8、表現(xiàn)在自26日00時(shí)27日00時(shí)的波動(dòng)其持續(xù)時(shí)間隨著坡度值的增大逐漸增加為從26日00時(shí)28日12時(shí)，之后才出現(xiàn)波動(dòng)位相的一次調(diào)整過(guò)程（長(zhǎng)波調(diào)整）。（1）高原大地形本身的存在就有利于大氣定常波的形成，高原大高原大地形及其伴隨的地形及其伴隨的摩擦和非絕熱加熱作用摩擦和非絕熱加熱作用均有利于大氣均有利于大氣Rossby波波向低頻方向發(fā)展。向低頻方向發(fā)展。（3）高原引起的西風(fēng)氣流的繞流作用爬流作用，高原以西產(chǎn)生下沉運(yùn)動(dòng)，以東為上升運(yùn)動(dòng)，有利于高原東側(cè)對(duì)流活