中國對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的數(shù)值模擬與形成機(jī)理：基于多案例的深度剖析

一、引言1.1研究背景與意義對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)作為一種極具破壞力的強(qiáng)對(duì)流天氣，常伴隨著雷暴、短時(shí)強(qiáng)降水等惡劣天氣現(xiàn)象，對(duì)中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定以及人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。其突發(fā)性強(qiáng)、移動(dòng)速度快、影響范圍廣、破壞力巨大的特點(diǎn)，使得它成為氣象研究領(lǐng)域和防災(zāi)減災(zāi)工作中備受關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來，中國對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)事件頻發(fā)，給各地帶來了慘重的損失。例如，2024年5月底，華北地區(qū)遭遇極端大風(fēng)過程，狂風(fēng)呼嘯而過，大量建筑物受損嚴(yán)重，屋頂被掀翻，門窗被吹落，許多電線桿被折斷，導(dǎo)致大面積停電，給居民的生活和生產(chǎn)帶來極大不便。農(nóng)作物也在這場(chǎng)大風(fēng)中遭受重創(chuàng)，大片莊稼倒伏，即將收獲的果實(shí)散落一地，農(nóng)民們辛勤勞作一年的心血付諸東流，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)損失巨大。同時(shí)，強(qiáng)風(fēng)還引發(fā)了嚴(yán)重的沙塵天氣，空氣質(zhì)量急劇下降，能見度極低，不僅對(duì)交通造成了嚴(yán)重影響，導(dǎo)致多起交通事故發(fā)生，還對(duì)人們的身體健康產(chǎn)生了極大危害。再如2021年3月31日凌晨，江西省南昌市遭遇強(qiáng)對(duì)流天氣，出現(xiàn)大風(fēng)雷電和強(qiáng)降雨。此次大風(fēng)導(dǎo)致南昌縣芳湖路偉夢(mèng)清水灣小區(qū)發(fā)生2起共3人被大風(fēng)吹落墜樓事件，還有10余人受傷。據(jù)南昌市氣象臺(tái)監(jiān)測(cè)，全市103個(gè)測(cè)風(fēng)站中有79個(gè)站的極大風(fēng)速超過7級(jí)，58個(gè)站極大風(fēng)速超過8級(jí)，37個(gè)站極大風(fēng)速超過9級(jí)，22個(gè)站極大風(fēng)速超過10級(jí)，7個(gè)站極大風(fēng)速超過11級(jí)，其中塘南紅星站記錄到最大風(fēng)速達(dá)35.3米/秒，這是南昌市有氣象記錄以來出現(xiàn)的第二大風(fēng)速。此次災(zāi)害的主要原因是“下?lián)舯┝鳌迸c“狹管效應(yīng)”共同作用，導(dǎo)致形成了一場(chǎng)堪比臺(tái)風(fēng)的陸地大風(fēng)。這些慘痛的案例只是對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)危害的冰山一角，類似的事件在全國各地時(shí)有發(fā)生，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了沉重的負(fù)擔(dān)，也對(duì)人民的生命安全造成了嚴(yán)重的威脅。因此，深入研究對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的數(shù)值模擬和形成機(jī)理，具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過數(shù)值模擬，能夠?qū)?duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的發(fā)生、發(fā)展和演變過程進(jìn)行精確的模擬和預(yù)測(cè)。這有助于氣象部門提前準(zhǔn)確地發(fā)布預(yù)警信息，為相關(guān)部門和社會(huì)公眾爭(zhēng)取更多的應(yīng)對(duì)時(shí)間。相關(guān)部門可以根據(jù)預(yù)警信息，及時(shí)采取有效的防范措施，如組織人員疏散、加固建筑物、加強(qiáng)交通管制等，從而最大限度地減少災(zāi)害造成的損失。對(duì)于社會(huì)公眾來說，提前得知災(zāi)害預(yù)警，可以做好個(gè)人防護(hù)和應(yīng)急準(zhǔn)備，保障自身和家人的生命安全。而探究對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成機(jī)理，則是從根本上認(rèn)識(shí)這種災(zāi)害性天氣的關(guān)鍵。只有深入了解其形成的物理過程和影響因素，才能更有針對(duì)性地制定出有效的預(yù)防和應(yīng)對(duì)策略。例如，如果明確了某種地形條件或大氣環(huán)流模式更容易引發(fā)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)，那么在城市規(guī)劃和建設(shè)中，就可以盡量避開這些危險(xiǎn)區(qū)域，或者采取相應(yīng)的防護(hù)措施。同時(shí)，對(duì)形成機(jī)理的研究也有助于改進(jìn)和完善數(shù)值模擬模型，提高模擬和預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的研究對(duì)于推動(dòng)氣象科學(xué)的發(fā)展也具有重要的理論意義。它涉及到大氣物理學(xué)、動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，通過對(duì)其數(shù)值模擬和形成機(jī)理的深入研究，可以進(jìn)一步豐富和完善氣象科學(xué)的理論體系，為其他相關(guān)領(lǐng)域的研究提供重要的參考和借鑒。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)一直是氣象學(xué)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者在數(shù)值模擬方法和形成機(jī)理方面展開了大量研究，取得了一系列重要成果。在數(shù)值模擬方法上，國外起步較早，發(fā)展較為成熟。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法的不斷進(jìn)步，數(shù)值模擬在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)研究中的應(yīng)用日益廣泛。早期，學(xué)者們主要使用簡單的數(shù)值模式對(duì)大風(fēng)過程進(jìn)行初步模擬，但由于模式分辨率較低、物理過程參數(shù)化方案不夠完善等原因，模擬結(jié)果與實(shí)際情況存在較大偏差。隨著時(shí)間的推移，高分辨率數(shù)值模式逐漸成為主流，如WeatherResearchandForecasting（WRF）模式、AdvancedResearchWRF（ARW）模式等。這些模式能夠更細(xì)致地刻畫大氣的動(dòng)力和熱力過程，大大提高了對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的模擬精度。例如，美國國家大氣研究中心（NCAR）開發(fā)的WRF模式，在全球范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用于各類天氣系統(tǒng)的模擬研究，包括對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)。通過合理設(shè)置模式參數(shù)和物理過程，WRF模式能夠成功模擬出大風(fēng)的發(fā)生、發(fā)展和演變過程，為災(zāi)害預(yù)警和防御提供了重要的參考依據(jù)。國內(nèi)在數(shù)值模擬方面也取得了顯著進(jìn)展。近年來，我國科研人員積極引進(jìn)和改進(jìn)國外先進(jìn)的數(shù)值模式，并結(jié)合我國的實(shí)際氣象條件和地形特點(diǎn)，對(duì)模式進(jìn)行了本地化應(yīng)用和優(yōu)化。例如，中國氣象局在WRF模式的基礎(chǔ)上，開發(fā)了適合我國業(yè)務(wù)應(yīng)用的數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的模擬和預(yù)報(bào)中發(fā)揮了重要作用。同時(shí)，國內(nèi)學(xué)者還在模式的物理過程參數(shù)化、資料同化等方面進(jìn)行了深入研究，不斷提高模式的性能和模擬精度。如在資料同化方面，通過融合多種觀測(cè)資料，如衛(wèi)星遙感資料、雷達(dá)探測(cè)資料等，能夠更準(zhǔn)確地獲取初始時(shí)刻的大氣狀態(tài)信息，從而提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)形成機(jī)理的研究上，國外學(xué)者從多個(gè)角度進(jìn)行了深入探討。熱力和動(dòng)力機(jī)制是研究的核心內(nèi)容之一。熱力方面，大氣的不穩(wěn)定能量是對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)形成的重要基礎(chǔ)。當(dāng)大氣低層暖濕、中高層干冷時(shí)，會(huì)形成強(qiáng)烈的不穩(wěn)定層結(jié)，為對(duì)流的發(fā)展提供了充足的能量。動(dòng)力方面，垂直上升運(yùn)動(dòng)、風(fēng)切變等因素對(duì)大風(fēng)的形成和發(fā)展起著關(guān)鍵作用。垂直上升運(yùn)動(dòng)能夠?qū)⒌蛯拥乃湍芰肯蛏陷斔?，促進(jìn)對(duì)流的發(fā)展；而風(fēng)切變則可以使對(duì)流系統(tǒng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和拉伸，增強(qiáng)其強(qiáng)度和組織性。此外，地形對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的影響也受到了廣泛關(guān)注。山脈、湖泊等地形的存在會(huì)改變大氣的流動(dòng)狀態(tài)，引發(fā)局地的強(qiáng)風(fēng)天氣。例如，當(dāng)氣流經(jīng)過山脈時(shí)，會(huì)在山脈的迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡產(chǎn)生不同的氣象效應(yīng)，迎風(fēng)坡可能出現(xiàn)強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)和降水，背風(fēng)坡則可能形成下沉氣流和強(qiáng)風(fēng)。國內(nèi)學(xué)者在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)形成機(jī)理的研究上也取得了豐碩成果。結(jié)合我國的地理環(huán)境和氣候特點(diǎn)，國內(nèi)研究更加注重中尺度天氣系統(tǒng)與對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的關(guān)系。中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）是引發(fā)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的重要天氣系統(tǒng)之一，其內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和物理過程對(duì)大風(fēng)的形成和傳播有著重要影響。通過對(duì)大量實(shí)際案例的分析和數(shù)值模擬研究，國內(nèi)學(xué)者深入揭示了MCS內(nèi)部的動(dòng)力、熱力結(jié)構(gòu)以及它們與大風(fēng)的相互作用機(jī)制。例如，研究發(fā)現(xiàn)MCS中的陣風(fēng)鋒、颮線等中尺度系統(tǒng)能夠觸發(fā)強(qiáng)烈的對(duì)流活動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)災(zāi)害性大風(fēng)。此外，國內(nèi)學(xué)者還關(guān)注城市化、土地利用變化等人類活動(dòng)對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的影響。隨著城市化進(jìn)程的加速，城市下墊面的改變會(huì)影響大氣的熱量和水汽交換，從而對(duì)對(duì)流性天氣的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生一定的影響。盡管國內(nèi)外在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的數(shù)值模擬和形成機(jī)理研究方面取得了諸多成果，但仍存在一些不足之處。在數(shù)值模擬方面，雖然高分辨率數(shù)值模式能夠較好地模擬對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的一些特征，但對(duì)于一些復(fù)雜的物理過程，如積云對(duì)流、邊界層過程等，參數(shù)化方案仍有待進(jìn)一步完善。同時(shí)，數(shù)值模擬對(duì)初始條件和邊界條件的敏感性較高，如何提高初始條件和邊界條件的準(zhǔn)確性，仍是需要解決的問題。在形成機(jī)理研究方面，對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成是一個(gè)復(fù)雜的多尺度過程，涉及到多種物理因素的相互作用，目前對(duì)這些因素之間的復(fù)雜關(guān)系和相互作用機(jī)制的認(rèn)識(shí)還不夠深入。此外，不同地區(qū)的對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)可能具有不同的特點(diǎn)和形成機(jī)制，針對(duì)特定地區(qū)的研究還相對(duì)較少，需要進(jìn)一步加強(qiáng)。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在通過對(duì)中國對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的深入研究，完善數(shù)值模擬方法，揭示其形成機(jī)理，為災(zāi)害的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)和有效防御提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。具體研究內(nèi)容如下：高分辨率數(shù)值模式的優(yōu)化與應(yīng)用：對(duì)現(xiàn)有的高分辨率數(shù)值模式，如WRF模式進(jìn)行深入研究和優(yōu)化。通過調(diào)整模式的參數(shù)設(shè)置，改進(jìn)物理過程參數(shù)化方案，提高模式對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的模擬能力。結(jié)合中國的實(shí)際氣象條件和地形特點(diǎn)，對(duì)模式進(jìn)行本地化改進(jìn)，使其更適合中國地區(qū)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的模擬研究。利用優(yōu)化后的數(shù)值模式，對(duì)中國不同地區(qū)的對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)個(gè)例進(jìn)行模擬分析，驗(yàn)證模式的改進(jìn)效果，并與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)形成的熱力和動(dòng)力機(jī)制研究：從熱力和動(dòng)力兩個(gè)方面入手，深入探究對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)形成的內(nèi)在機(jī)制。在熱力機(jī)制方面，研究大氣的不穩(wěn)定能量積累和釋放過程，分析不同的熱力條件對(duì)對(duì)流發(fā)展的影響。例如，通過對(duì)大氣溫度、濕度垂直分布的分析，研究不穩(wěn)定層結(jié)的形成和維持機(jī)制，以及對(duì)流有效位能（CAPE）等熱力參數(shù)與對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的關(guān)系。在動(dòng)力機(jī)制方面，重點(diǎn)研究垂直上升運(yùn)動(dòng)、風(fēng)切變等因素對(duì)大風(fēng)形成和發(fā)展的作用。通過對(duì)垂直速度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)的分析，揭示垂直上升運(yùn)動(dòng)的觸發(fā)機(jī)制和演變規(guī)律，以及風(fēng)切變對(duì)對(duì)流系統(tǒng)的組織和增強(qiáng)作用。研究不同尺度的動(dòng)力系統(tǒng)，如中尺度對(duì)流系統(tǒng)（MCS）、颮線等與對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的相互作用關(guān)系，進(jìn)一步明確動(dòng)力機(jī)制在大風(fēng)形成中的關(guān)鍵作用。地形和下墊面條件對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的影響研究：考慮到中國地形復(fù)雜多樣，下墊面條件差異較大，研究地形和下墊面條件對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的影響具有重要意義。通過數(shù)值模擬和實(shí)際觀測(cè)相結(jié)合的方法，分析山脈、平原、湖泊、城市等不同地形和下墊面條件下對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的發(fā)生發(fā)展特征。例如，研究山脈對(duì)氣流的阻擋和繞流作用，以及由此引發(fā)的地形波、背風(fēng)波等對(duì)大風(fēng)的影響；分析城市下墊面的改變，如城市化導(dǎo)致的熱島效應(yīng)、粗糙度增加等對(duì)大氣邊界層結(jié)構(gòu)和對(duì)流發(fā)展的影響。通過敏感性試驗(yàn)，定量評(píng)估地形和下墊面條件對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的影響程度，為災(zāi)害的精細(xì)化預(yù)報(bào)和防御提供科學(xué)依據(jù)。基于多源觀測(cè)資料的對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)分析與驗(yàn)證：收集和整合多種觀測(cè)資料，如氣象衛(wèi)星、天氣雷達(dá)、地面氣象站等，對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)進(jìn)行全面的分析和驗(yàn)證。利用氣象衛(wèi)星資料，獲取對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的宏觀特征，如對(duì)流云團(tuán)的形態(tài)、范圍、移動(dòng)路徑等；通過天氣雷達(dá)資料，詳細(xì)分析對(duì)流系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如反射率因子、徑向速度、垂直液態(tài)水含量等，以及大風(fēng)的精細(xì)化特征，如陣風(fēng)鋒、下?lián)舯┝鞯?；結(jié)合地面氣象站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)大風(fēng)的強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、影響范圍等進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證。通過多源觀測(cè)資料的融合分析，建立對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的綜合觀測(cè)數(shù)據(jù)集，為數(shù)值模擬和形成機(jī)理研究提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，同時(shí)也用于檢驗(yàn)研究成果的可靠性和準(zhǔn)確性。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究的科學(xué)性和全面性。在研究過程中，將遵循嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)路線，從數(shù)據(jù)收集與分析出發(fā)，逐步深入到數(shù)值模擬和機(jī)理研究，最終得出結(jié)論并提出建議。本研究將收集近年來中國各地發(fā)生的典型對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)案例，涵蓋不同季節(jié)、不同地區(qū)以及不同強(qiáng)度的大風(fēng)事件。通過對(duì)這些案例的詳細(xì)分析，包括大風(fēng)發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度、伴隨的天氣現(xiàn)象等，總結(jié)出對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的一般特征和規(guī)律。同時(shí)，結(jié)合案例中的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)，如氣象站的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度等數(shù)據(jù)，以及雷達(dá)、衛(wèi)星等遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)大風(fēng)的形成環(huán)境和發(fā)展過程進(jìn)行深入剖析。以高分辨率數(shù)值模式WRF為核心工具，針對(duì)中國復(fù)雜的地形地貌和多樣的氣象條件，對(duì)模式中的物理過程參數(shù)化方案進(jìn)行優(yōu)化。例如，調(diào)整積云對(duì)流參數(shù)化方案，使其更準(zhǔn)確地描述對(duì)流過程中水汽的凝結(jié)、蒸發(fā)和熱量釋放；改進(jìn)邊界層參數(shù)化方案，以更好地模擬大氣邊界層與下墊面之間的相互作用。利用優(yōu)化后的WRF模式，對(duì)選取的對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)案例進(jìn)行數(shù)值模擬。設(shè)置不同的模擬方案，對(duì)比分析不同參數(shù)設(shè)置和物理過程對(duì)模擬結(jié)果的影響，從而確定最適合中國對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)模擬的模式參數(shù)和物理過程組合。在熱力機(jī)制研究方面，通過對(duì)大氣溫度、濕度垂直分布的分析，計(jì)算對(duì)流有效位能（CAPE）、抬升指數(shù)（LI）等熱力參數(shù)，研究大氣不穩(wěn)定能量的積累和釋放過程。分析不同熱力條件下對(duì)流發(fā)展的觸發(fā)機(jī)制和演變規(guī)律，以及熱力參數(shù)與對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間等特征的相關(guān)性。在動(dòng)力機(jī)制研究中，重點(diǎn)分析垂直上升運(yùn)動(dòng)、風(fēng)切變等因素對(duì)大風(fēng)形成和發(fā)展的作用。利用模式輸出的垂直速度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)等數(shù)據(jù)，研究垂直上升運(yùn)動(dòng)的觸發(fā)機(jī)制、強(qiáng)度變化以及與對(duì)流系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)系。分析風(fēng)切變的垂直分布和水平變化，探討風(fēng)切變對(duì)對(duì)流系統(tǒng)的組織、增強(qiáng)和傳播的影響。通過敏感性試驗(yàn)，定量評(píng)估地形和下墊面條件對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的影響。在數(shù)值模擬中，分別改變地形高度、坡度、粗糙度以及下墊面的類型（如海洋、陸地、植被、城市等），對(duì)比不同條件下對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的模擬結(jié)果，分析地形和下墊面條件對(duì)大風(fēng)的強(qiáng)度、路徑、影響范圍等方面的影響。結(jié)合實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證敏感性試驗(yàn)的結(jié)果，進(jìn)一步明確地形和下墊面條件在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)形成和發(fā)展中的作用機(jī)制。本研究將按照以下技術(shù)路線展開：首先，收集和整理中國對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的歷史資料，包括氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)、災(zāi)情記錄等，建立對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)數(shù)據(jù)庫。對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制和預(yù)處理，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。其次，基于收集的案例和數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的特征分析，總結(jié)其時(shí)空分布規(guī)律和災(zāi)害特點(diǎn)。同時(shí)，利用高分辨率數(shù)值模式WRF進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)模式進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證，確保模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。然后，從熱力和動(dòng)力機(jī)制、地形和下墊面條件等方面深入研究對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成機(jī)理，通過數(shù)值模擬和敏感性試驗(yàn)，揭示各因素對(duì)大風(fēng)形成和發(fā)展的影響。最后，綜合研究成果，提出對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的預(yù)報(bào)方法和防御策略，為氣象部門的災(zāi)害預(yù)警和相關(guān)部門的防災(zāi)減災(zāi)工作提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。二、對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)概述2.1定義與分類對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)是指在對(duì)流天氣系統(tǒng)中產(chǎn)生的，具有強(qiáng)烈風(fēng)力且對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重危害的大風(fēng)天氣現(xiàn)象。這類大風(fēng)通常伴隨著雷暴、短時(shí)強(qiáng)降水、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣，其風(fēng)力等級(jí)一般達(dá)到8級(jí)（17.2米/秒）及以上，具有突發(fā)性強(qiáng)、強(qiáng)度大、破壞力驚人等特點(diǎn)。在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)發(fā)生時(shí)，瞬間的狂風(fēng)能夠連根拔起粗壯的樹木，將堅(jiān)固的廣告牌吹落，甚至掀翻房屋的屋頂，對(duì)人們的生活和生產(chǎn)活動(dòng)構(gòu)成極大的威脅。根據(jù)其形成機(jī)制和天氣特征，對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)主要可分為颮線、龍卷風(fēng)、雷雨大風(fēng)等類型。颮線是一種由多個(gè)雷暴單體或雷暴群排列成帶狀的中尺度強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)。它的水平尺度通常在幾十公里至幾百公里之間，寬度相對(duì)較窄，一般不超過幾十公里，生命周期最長不超過二十個(gè)小時(shí)。颮線過境時(shí)，風(fēng)向會(huì)突然發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，風(fēng)速在短時(shí)間內(nèi)迅速增大，常常伴有雷電、暴雨、冰雹等惡劣天氣現(xiàn)象，具有突發(fā)性強(qiáng)、破壞力大的特點(diǎn)，往往使人們防不勝防。例如，2013年8月7日下午，山東省惠民縣遭遇颮線風(fēng)襲擊，持續(xù)時(shí)間約為二十分鐘，并伴隨雷電及暴雨。山東省氣象臺(tái)監(jiān)測(cè)到的瞬時(shí)極大風(fēng)速為47－48米/秒，相當(dāng)于15級(jí)風(fēng)，此次颮線風(fēng)襲擊造成惠民縣大面積停電，大量樹木倒伏折斷，部分玉米倒伏，部分廣告牌被吹翻。除惠民縣外，聊城、德州、濟(jì)南等地也不同程度受到颮線風(fēng)影響。從天氣雷達(dá)圖上看，颮線就像糖葫蘆一樣，穿起一串雷暴或積雨云。它的移動(dòng)速度常超過臺(tái)風(fēng)的移速，每小時(shí)可達(dá)60公里以上，盡管破壞很大，但壽命短，影響范圍小，具有局部性的特點(diǎn)。颮線與冷鋒有明顯區(qū)別，冷鋒是兩種氣團(tuán)的分界面，屬于大尺度天氣系統(tǒng)，而颮線是在同一氣團(tuán)內(nèi)部形成的中尺度天氣系統(tǒng)，且颮線的移動(dòng)速度要比冷鋒快得多。龍卷風(fēng)是一種強(qiáng)烈且小范圍的空氣渦旋現(xiàn)象，是由雷暴云底伸展至地面的漏斗狀云（龍卷）產(chǎn)生的強(qiáng)烈旋風(fēng)。其風(fēng)力可達(dá)12級(jí)以上，最大風(fēng)速可達(dá)100米/秒以上，猶如一個(gè)巨大的、旋轉(zhuǎn)的黑色圓柱，從天空直插地面，所到之處，一切都被卷入其中，破壞力極其驚人。龍卷風(fēng)通常伴有雷雨，有時(shí)也伴有冰雹。它的形成需要特定的條件，如強(qiáng)烈的垂直風(fēng)切變、充足的水汽和不穩(wěn)定的大氣環(huán)境等。由于其尺度小、生命史短，難以被準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，給人們的防范帶來了極大的困難。龍卷風(fēng)的影響范圍雖然相對(duì)較小，一般直徑在幾米至數(shù)百米之間，但在其經(jīng)過的區(qū)域內(nèi)，會(huì)造成毀滅性的破壞，房屋被夷為平地，車輛被卷上天空，對(duì)生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。雷雨大風(fēng)是指在出現(xiàn)雷、雨天氣現(xiàn)象時(shí)，平均風(fēng)力大于等于6級(jí)、陣風(fēng)大于等于8級(jí)的天氣現(xiàn)象。當(dāng)雷雨大風(fēng)發(fā)生時(shí)，烏云滾滾，電閃雷鳴，狂風(fēng)夾伴強(qiáng)降水，有時(shí)還伴有冰雹，風(fēng)速極大。它涉及的范圍一般只有幾公里至幾十公里。雷雨大風(fēng)準(zhǔn)確來說應(yīng)該叫雷暴大風(fēng)，也成為對(duì)流性大風(fēng)，有很多對(duì)流性大風(fēng)經(jīng)常出現(xiàn)在沒有雨或者雨量較小時(shí)發(fā)生的大風(fēng)，也稱之為干對(duì)流性大風(fēng)，因此叫雷暴大風(fēng)或?qū)α餍源箫L(fēng)會(huì)更準(zhǔn)確些。雷雨大風(fēng)常出現(xiàn)在強(qiáng)烈冷鋒前面的雷暴高壓中。雷暴高壓是存在于雷暴區(qū)附近地面氣壓場(chǎng)的一個(gè)很小的局部高壓，雷暴高壓中心溫度比四周低，下沉氣流極為明顯，雷暴高壓前部為暖區(qū)，暖區(qū)有上升氣流，就在這個(gè)下沉氣流與上升氣流之間，存在著一條狹窄的風(fēng)向切變帶，其為雷雨大風(fēng)發(fā)生處，它過境時(shí)帶來極強(qiáng)烈的暴風(fēng)雨。如果雷雨大風(fēng)發(fā)生在單一氣團(tuán)內(nèi)部，那么它常常是由于局地受熱不均引起。雷雨大風(fēng)的生命史極短。另外，雷雨大風(fēng)也可以是臺(tái)風(fēng)天氣的表現(xiàn)形式，臺(tái)風(fēng)眼墻帶來的暴風(fēng)雨如果有雷電活動(dòng)的話，也可以算雷雨大風(fēng)，這種雷雨大風(fēng)相比其他雷雨大風(fēng)而言生命史就要長一些，強(qiáng)度和破壞力也更大一些。2.2在中國的分布特征對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)在中國的分布呈現(xiàn)出明顯的地域差異，不同地區(qū)的發(fā)生頻率、強(qiáng)度等特征各不相同，這與中國復(fù)雜的地形地貌、多樣的氣候條件以及獨(dú)特的大氣環(huán)流形勢(shì)密切相關(guān)。在空間分布上，中國東部地區(qū)的對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)發(fā)生頻率相對(duì)較高。以華東地區(qū)為例，江蘇、浙江、上海等地，由于地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季高溫多雨，大氣中水汽含量豐富，且冷暖空氣活動(dòng)頻繁，容易形成強(qiáng)烈的對(duì)流天氣，進(jìn)而引發(fā)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)。在夏季，當(dāng)來自海洋的暖濕氣流與北方冷空氣相遇時(shí)，常常會(huì)在這一地區(qū)形成鋒面，觸發(fā)對(duì)流活動(dòng)，導(dǎo)致雷雨大風(fēng)、颮線等對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的出現(xiàn)。此外，該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，城市化進(jìn)程快速，城市熱島效應(yīng)等人為因素也對(duì)對(duì)流性天氣的發(fā)展產(chǎn)生了一定的影響，使得對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的發(fā)生頻率有所增加。華南地區(qū)，包括廣東、廣西、福建等省份，同樣是對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的高發(fā)區(qū)域。這里常年受熱帶海洋氣團(tuán)影響，氣溫高、濕度大，為對(duì)流活動(dòng)提供了充足的能量和水汽條件。特別是在臺(tái)風(fēng)季節(jié)，當(dāng)臺(tái)風(fēng)登陸或靠近時(shí)，其外圍的螺旋雨帶中常常會(huì)伴有強(qiáng)烈的對(duì)流活動(dòng)，引發(fā)雷雨大風(fēng)等災(zāi)害性天氣。同時(shí)，華南地區(qū)地形復(fù)雜，山脈、丘陵眾多，地形的起伏變化會(huì)導(dǎo)致氣流的垂直上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，進(jìn)一步促進(jìn)了對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成。例如，在廣西的一些山區(qū)，當(dāng)暖濕氣流受到山脈阻擋時(shí)，會(huì)被迫抬升，形成強(qiáng)烈的對(duì)流，從而引發(fā)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)，給當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活帶來嚴(yán)重影響。相比之下，中國西部地區(qū)的對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)發(fā)生頻率相對(duì)較低。但在一些特定區(qū)域，如新疆的部分地區(qū)，由于特殊的地形和氣候條件，也會(huì)出現(xiàn)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)。新疆地處內(nèi)陸，遠(yuǎn)離海洋，氣候干旱，降水稀少。然而，在天山山脈北麓等地區(qū)，由于受到西風(fēng)帶的影響，會(huì)有一定的水汽輸送。當(dāng)這些水汽與當(dāng)?shù)氐臒崃l件相互作用時(shí)，就可能形成對(duì)流性天氣，引發(fā)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)。此外，新疆地區(qū)的沙漠面積廣闊，沙漠下墊面的熱力性質(zhì)與周圍地區(qū)存在明顯差異，在午后太陽輻射強(qiáng)烈時(shí)，容易形成局地的熱力對(duì)流，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的發(fā)生。在強(qiáng)度方面，不同地區(qū)的對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)也存在顯著差異。一般來說，龍卷風(fēng)的強(qiáng)度相對(duì)較大，其中心風(fēng)力可達(dá)12級(jí)以上，最大風(fēng)速甚至超過100米/秒。龍卷風(fēng)在中國的分布相對(duì)較少，但一旦發(fā)生，往往會(huì)造成極其嚴(yán)重的破壞。江蘇、湖北等地是中國龍卷風(fēng)相對(duì)多發(fā)的地區(qū)，這些地區(qū)地勢(shì)平坦，地形對(duì)氣流的阻擋作用較小，有利于龍卷風(fēng)的形成和發(fā)展。例如，2016年6月23日，江蘇省鹽城市阜寧縣遭遇了一場(chǎng)EF4級(jí)龍卷風(fēng)襲擊，這場(chǎng)龍卷風(fēng)的最大風(fēng)速達(dá)到了73米/秒，所到之處房屋被夷為平地，大量人員傷亡，給當(dāng)?shù)貛砹司薮蟮臑?zāi)難。颮線和雷雨大風(fēng)的強(qiáng)度相對(duì)龍卷風(fēng)來說略小，但也能造成嚴(yán)重的災(zāi)害。在華北地區(qū)，颮線和雷雨大風(fēng)較為常見，其風(fēng)速一般在17.2米/秒至32.6米/秒之間，相當(dāng)于8級(jí)至11級(jí)風(fēng)。這些地區(qū)春季和夏季氣溫回升較快，空氣不穩(wěn)定，當(dāng)有冷空氣入侵時(shí)，容易引發(fā)強(qiáng)烈的對(duì)流活動(dòng)，形成颮線和雷雨大風(fēng)。2020年8月12日，北京遭遇了一次強(qiáng)對(duì)流天氣，出現(xiàn)了颮線和雷雨大風(fēng)，最大陣風(fēng)達(dá)到10級(jí)，導(dǎo)致部分樹木倒伏、廣告牌被吹落，對(duì)城市交通和居民生活造成了較大影響。中國對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的分布還存在明顯的季節(jié)變化。春季和夏季是對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的高發(fā)季節(jié)，尤其是夏季，對(duì)流活動(dòng)最為旺盛。在夏季，太陽輻射強(qiáng)烈，地面受熱不均，大氣中的不穩(wěn)定能量大量積累，加上水汽充足，冷暖空氣活動(dòng)頻繁，為對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成提供了有利條件。而在冬季，由于氣溫較低，大氣相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的發(fā)生頻率明顯降低。對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)在中國的分布特征受到多種因素的綜合影響，呈現(xiàn)出明顯的地域和季節(jié)差異。深入了解這些分布特征，對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的發(fā)生，制定有效的防災(zāi)減災(zāi)措施具有重要意義。2.3危害及影響對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)以其強(qiáng)大的破壞力，對(duì)人類社會(huì)的各個(gè)方面造成了廣泛而嚴(yán)重的危害，給生命財(cái)產(chǎn)安全、基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及生態(tài)環(huán)境等帶來了巨大的沖擊和損失。在生命財(cái)產(chǎn)安全方面，對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)常常引發(fā)悲劇。強(qiáng)風(fēng)的巨大力量能夠輕易掀翻房屋，將建筑物的屋頂、門窗等結(jié)構(gòu)物吹落，使屋內(nèi)的居民面臨被砸傷甚至被掩埋的危險(xiǎn)。在一些老舊小區(qū)，建筑結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，難以抵御大風(fēng)的侵襲，居民的生命安全受到極大威脅。當(dāng)龍卷風(fēng)來襲時(shí)，其強(qiáng)大的吸力可以將人和物體卷入空中，再重重地摔落，造成嚴(yán)重的傷亡。2019年，江蘇鹽城遭遇的龍卷風(fēng)災(zāi)害，導(dǎo)致大量人員傷亡和失蹤，許多家庭因此破碎，給人們的心靈帶來了難以磨滅的創(chuàng)傷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)發(fā)生時(shí)，因建筑物倒塌、高空墜物等原因?qū)е碌娜藛T傷亡事件屢見不鮮，嚴(yán)重威脅著人們的生命安全?；A(chǔ)設(shè)施在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的肆虐下也遭受重創(chuàng)。電力設(shè)施是受災(zāi)的重點(diǎn)對(duì)象之一，強(qiáng)風(fēng)可能吹倒電線桿，扯斷電線，導(dǎo)致大面積停電。這不僅影響居民的日常生活，使人們無法正常使用電器設(shè)備，還會(huì)對(duì)醫(yī)院、消防、通信等重要部門的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成嚴(yán)重影響。在醫(yī)院，停電可能導(dǎo)致手術(shù)無法正常進(jìn)行，危及患者的生命；消防部門在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，若因停電無法及時(shí)出動(dòng)救援設(shè)備，將會(huì)使火勢(shì)蔓延，造成更大的損失；通信中斷則會(huì)使信息傳遞受阻，影響應(yīng)急救援工作的開展。交通設(shè)施同樣難以幸免，大風(fēng)會(huì)影響公路、鐵路、航空等交通運(yùn)輸?shù)恼＿\(yùn)行。在公路上，強(qiáng)風(fēng)可能導(dǎo)致車輛失控，引發(fā)交通事故；鐵路上，大風(fēng)可能吹翻列車，危及乘客安全；航空方面，大風(fēng)會(huì)影響飛機(jī)的起降，導(dǎo)致航班延誤或取消，給旅客的出行帶來極大不便。通信設(shè)施也會(huì)受到大風(fēng)的破壞，導(dǎo)致通信中斷，使人們之間的聯(lián)系受阻，信息無法及時(shí)傳遞。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的重災(zāi)區(qū)。農(nóng)作物在大風(fēng)的吹襲下，極易發(fā)生倒伏現(xiàn)象。對(duì)于正處于生長關(guān)鍵期的農(nóng)作物，如小麥、水稻等，倒伏會(huì)嚴(yán)重影響其光合作用和養(yǎng)分吸收，導(dǎo)致產(chǎn)量大幅下降。強(qiáng)風(fēng)還可能吹落果實(shí)，使果農(nóng)的辛勤勞作付諸東流。在果園中，大風(fēng)會(huì)將成熟的水果吹落，造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。大棚等農(nóng)業(yè)設(shè)施在大風(fēng)面前也顯得十分脆弱，很容易被大風(fēng)掀翻或損壞。這些農(nóng)業(yè)設(shè)施的損壞不僅需要大量的資金進(jìn)行修復(fù)，還會(huì)影響農(nóng)作物的生長環(huán)境，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收。2020年，華北地區(qū)的一場(chǎng)雷雨大風(fēng)，致使大量農(nóng)田里的玉米倒伏，許多蔬菜大棚被摧毀，農(nóng)民們一年的辛勤耕耘化為泡影，給當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)帶來了沉重打擊。對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)還對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了不良影響。大風(fēng)會(huì)吹倒大量樹木，破壞植被，導(dǎo)致水土流失加劇。在山區(qū)，樹木被吹倒后，土壤失去了植被的保護(hù)，在雨水的沖刷下，大量土壤被沖走，使土地肥力下降，影響生態(tài)系統(tǒng)的平衡。強(qiáng)風(fēng)還可能引發(fā)沙塵天氣，使空氣中的沙塵含量增加，空氣質(zhì)量惡化。沙塵天氣不僅會(huì)影響人們的身體健康，還會(huì)對(duì)周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成破壞，影響動(dòng)植物的生存和繁衍。對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的危害是多方面的，嚴(yán)重影響著人們的生活和社會(huì)的發(fā)展。因此，加強(qiáng)對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的研究，提高對(duì)其的預(yù)警和防范能力，對(duì)于保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。三、數(shù)值模擬方法與案例分析3.1常用數(shù)值模擬模式在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的數(shù)值模擬研究中，WeatherResearchandForecasting（WRF）模式和AdvancedRegionalPredictionSystem（ARPS）模式是兩種被廣泛應(yīng)用的數(shù)值模式，它們各自具有獨(dú)特的原理、特點(diǎn)及適用范圍。WRF模式是由美國國家大氣研究中心（NCAR）、國家海洋和大氣管理局（NOAA）等多家機(jī)構(gòu)聯(lián)合開發(fā)的新一代中尺度數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和大氣研究模式。該模式采用完全可壓縮及非靜力平衡模型，能夠更準(zhǔn)確地描述大氣中復(fù)雜的動(dòng)力和熱力過程。在水平方向，WRF模式采用ArakawaC（荒川C）網(wǎng)格點(diǎn)，這種網(wǎng)格設(shè)計(jì)能夠有效地處理動(dòng)量和標(biāo)量的計(jì)算，提高計(jì)算精度；垂直方向則采用eta（地形跟隨質(zhì)量）坐標(biāo)，使得模式能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜地形的變化，準(zhǔn)確模擬地形對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的影響。時(shí)間積分上，WRF模式采用三階或者四階的Runge-Kutta算法，保證了數(shù)值計(jì)算的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。WRF模式的核心基礎(chǔ)方程式由運(yùn)動(dòng)方程、連續(xù)方程、狀態(tài)方程、熱力學(xué)方程、水汽方程等組成，這些方程通過將勢(shì)能、位溫導(dǎo)入基礎(chǔ)的N-S方程并進(jìn)行地形坐標(biāo)變換后得到?；谟脩舳x的計(jì)算域，WRF模式對(duì)這些方程進(jìn)行有限差分或譜離散法求解，計(jì)算域可以是曲線或伸展的，并且邊界條件設(shè)置為靜態(tài)、恒定或時(shí)間變化，這使得WRF模式能夠模擬各種復(fù)雜的天氣和氣候條件，包括對(duì)流和非對(duì)流過程、降水、輻射和地表過程等。WRF模式的一大顯著特點(diǎn)是其豐富的物理參數(shù)化方案，這些方案使用戶能夠?qū)⑽丛谟?jì)算域中明確解析的子網(wǎng)格過程納入模擬，從而更全面地考慮大氣中的各種物理過程。微物理過程方案通過調(diào)整溫濕場(chǎng)結(jié)構(gòu)及過程中水汽相變潛熱的釋放、降水粒子的拖拽作用，影響積云對(duì)流發(fā)生的條件，進(jìn)而影響積云降水的預(yù)報(bào)，對(duì)于以積云降水為主要因素的研究至關(guān)重要；積云對(duì)流方案在暴雨等強(qiáng)降水天氣的模擬預(yù)報(bào)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用；陸面過程方案考慮了下墊面的非均勻性，能夠較好地描述復(fù)雜下墊面與大氣之間的相互作用；行星邊界層方案對(duì)大氣邊界層的垂直輸送和通量交換進(jìn)行了細(xì)致的模擬，不僅能影響低層大氣要素，還能通過邊界層的垂直輸送對(duì)高層大氣產(chǎn)生影響；大氣輻射方案則準(zhǔn)確計(jì)算了大氣輻射傳輸過程，輻射傳輸計(jì)算的準(zhǔn)確度直接影響到大氣熱力和動(dòng)力狀況，提高該方案的精確性能夠顯著提升模擬降水分布和季節(jié)變化特征的能力。由于其高分辨率輸出和靈活性，WRF模式被廣泛應(yīng)用于許多氣象和大氣研究領(lǐng)域。在短期天氣預(yù)測(cè)中，WRF模式能夠提供高精度的氣象要素預(yù)報(bào)，為氣象部門的日常預(yù)報(bào)工作提供重要支持；在季節(jié)性和氣候預(yù)測(cè)方面，通過對(duì)長時(shí)間序列的模擬，WRF模式有助于研究氣候變化的趨勢(shì)和規(guī)律；在空氣質(zhì)量和大氣化學(xué)建模中，WRF模式可以模擬大氣中污染物的傳輸和擴(kuò)散過程，為空氣質(zhì)量的評(píng)估和改善提供科學(xué)依據(jù)。WRF模式還在中尺度氣象研究、大氣邊界層過程和邊界層相互作用分析以及城市氣象研究等方面發(fā)揮著重要作用，為相關(guān)領(lǐng)域的科研工作提供了有力的工具。ARPS模式是由美國俄克拉荷馬大學(xué)的風(fēng)暴分析及預(yù)報(bào)中心開發(fā)的非靜力平衡的區(qū)域預(yù)報(bào)系統(tǒng)。該模式采用廣義地形坐標(biāo)系統(tǒng)，這種坐標(biāo)系統(tǒng)能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜地形的變化，準(zhǔn)確描述地形對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的影響。在水平方向，ARPS模式采用Arakawa-C交錯(cuò)水平網(wǎng)格，這種網(wǎng)格設(shè)計(jì)能夠有效地處理動(dòng)量和標(biāo)量的計(jì)算，提高計(jì)算精度；垂直方向則采用格點(diǎn)伸縮網(wǎng)格，進(jìn)一步增強(qiáng)了模式對(duì)地形的適應(yīng)性。時(shí)間積分方案上，ARPS模式采用二階蛙跳時(shí)間積分方案，保證了數(shù)值計(jì)算的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。ARPS模式含有豐富的物理過程，包括云微物理過程、次網(wǎng)格尺度湍流等。云微物理過程詳細(xì)描述了云內(nèi)各種水汽相變和粒子的形成、增長、沉降等過程，對(duì)于理解降水的形成和發(fā)展機(jī)制具有重要意義；次網(wǎng)格尺度湍流則考慮了小尺度湍流對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)和熱量、水汽傳輸?shù)挠绊?，提高了模式?duì)大氣邊界層和對(duì)流層中復(fù)雜物理過程的模擬能力。ARPS模式適用于時(shí)空尺度很小的中小尺度和風(fēng)暴尺度的天氣系統(tǒng)，如龍卷、超級(jí)單體風(fēng)暴等。其高分辨率和對(duì)復(fù)雜物理過程的精細(xì)模擬能力，使得ARPS模式在研究這些強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展和演變過程中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)時(shí)資料的變分同化方面，ARPS模式能夠充分利用各種觀測(cè)資料，對(duì)初始場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化，提高模式的預(yù)報(bào)精度；前向預(yù)報(bào)模塊則根據(jù)初始場(chǎng)和物理過程參數(shù)化方案，對(duì)天氣系統(tǒng)的未來發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)；后期數(shù)據(jù)處理模塊能夠?qū)δM結(jié)果進(jìn)行分析和可視化處理，為科研人員和業(yè)務(wù)人員提供直觀的信息。WRF模式和ARPS模式在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的數(shù)值模擬中都發(fā)揮著重要作用。WRF模式憑借其豐富的物理參數(shù)化方案和廣泛的適用性，適用于多種尺度和類型的對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)模擬，以及不同領(lǐng)域的氣象研究；ARPS模式則以其對(duì)中小尺度和風(fēng)暴尺度天氣系統(tǒng)的精細(xì)模擬能力，在研究龍卷、超級(jí)單體風(fēng)暴等強(qiáng)烈對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用中，科研人員需要根據(jù)具體的研究目的和需求，選擇合適的數(shù)值模式，并對(duì)模式參數(shù)和物理過程進(jìn)行合理設(shè)置，以獲得準(zhǔn)確可靠的模擬結(jié)果。3.2模擬參數(shù)設(shè)置與數(shù)據(jù)處理在運(yùn)用WRF模式進(jìn)行對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的數(shù)值模擬時(shí)，合理設(shè)置模擬參數(shù)是確保模擬結(jié)果準(zhǔn)確性和可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模擬參數(shù)的設(shè)置需要綜合考慮多種因素，包括模擬區(qū)域的地理特征、氣象條件以及研究目的等。模擬區(qū)域的范圍和分辨率是至關(guān)重要的參數(shù)。對(duì)于中國對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的模擬，需根據(jù)中國的地理位置和地形特點(diǎn)，合理確定模擬區(qū)域的邊界。為了能夠細(xì)致地捕捉對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的發(fā)生發(fā)展過程，水平分辨率通常設(shè)置為1-3公里，這樣的分辨率能夠較好地刻畫中小尺度天氣系統(tǒng)的特征。在垂直方向上，設(shè)置30-50層，以準(zhǔn)確描述大氣的垂直結(jié)構(gòu)和變化。例如，在研究華北地區(qū)的對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)時(shí)，將模擬區(qū)域設(shè)置為涵蓋華北平原及周邊山脈的范圍，水平分辨率設(shè)為2公里，垂直方向設(shè)置40層，能夠有效地模擬出該地區(qū)復(fù)雜地形對(duì)大風(fēng)的影響。物理過程參數(shù)化方案的選擇對(duì)模擬結(jié)果也有著重要影響。在微物理過程方面，選擇合適的微物理方案能夠準(zhǔn)確描述云內(nèi)水汽相變和降水粒子的形成、增長和沉降過程。WSM6方案能夠較好地模擬出多種降水粒子的相互轉(zhuǎn)化，適用于對(duì)流性降水較為復(fù)雜的情況；而Lin方案則相對(duì)簡單，適用于對(duì)降水過程要求不是特別精細(xì)的模擬。在積云對(duì)流參數(shù)化方案中，Kain-Fritsch方案能夠較好地模擬深對(duì)流過程，對(duì)于強(qiáng)對(duì)流天氣的模擬效果較好；Betts-Miller-Janjic方案則更側(cè)重于模擬淺對(duì)流和中尺度對(duì)流系統(tǒng)，在一些情況下也能取得不錯(cuò)的模擬結(jié)果。在實(shí)際模擬中，需要根據(jù)具體的天氣條件和研究目的，選擇合適的微物理和積云對(duì)流參數(shù)化方案。陸面過程參數(shù)化方案對(duì)于考慮下墊面與大氣之間的相互作用至關(guān)重要。Noah方案考慮了土壤濕度、溫度、植被覆蓋等多種因素對(duì)陸面能量和水分交換的影響，能夠較好地模擬出不同下墊面條件下的陸面過程；而RUC方案則相對(duì)簡單，適用于對(duì)陸面過程要求不是特別高的模擬。在研究城市地區(qū)的對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)時(shí)，由于城市下墊面的特殊性，需要選擇能夠準(zhǔn)確描述城市熱島效應(yīng)和人為熱排放的陸面過程參數(shù)化方案，如Noah-MP方案，該方案在Noah方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮了城市冠層的影響，能夠更準(zhǔn)確地模擬城市地區(qū)的陸面過程。行星邊界層參數(shù)化方案對(duì)于模擬大氣邊界層的垂直輸送和通量交換起著關(guān)鍵作用。YSU方案能夠較好地模擬邊界層內(nèi)的湍流混合和熱量、水汽傳輸過程，適用于大多數(shù)情況下的邊界層模擬；而MYJ方案則在一些特定條件下，如強(qiáng)風(fēng)切變和穩(wěn)定邊界層的情況下，表現(xiàn)出較好的模擬效果。在模擬過程中，需要根據(jù)實(shí)際的邊界層條件，選擇合適的行星邊界層參數(shù)化方案。大氣輻射參數(shù)化方案對(duì)大氣輻射傳輸過程的模擬精度有著重要影響。RRTM長波輻射方案和Dudhia短波輻射方案能夠較為準(zhǔn)確地計(jì)算大氣輻射傳輸，考慮了大氣中各種氣體和云的輻射吸收和散射作用，對(duì)于模擬大氣的熱力狀況和能量平衡具有重要意義。在完成數(shù)值模擬后，對(duì)模擬數(shù)據(jù)的處理和驗(yàn)證是確保模擬結(jié)果可靠性的重要步驟。模擬數(shù)據(jù)的處理包括數(shù)據(jù)的提取、分析和可視化。通過編寫數(shù)據(jù)處理程序，從模擬輸出的文件中提取所需的氣象要素，如風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度等，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算出各種氣象參數(shù)，如對(duì)流有效位能（CAPE）、抬升指數(shù)（LI）、垂直風(fēng)切變等，以深入了解對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成環(huán)境和發(fā)展機(jī)制。利用可視化軟件，如GrADS、NCL等，將模擬數(shù)據(jù)以圖形的形式展示出來，直觀地呈現(xiàn)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的空間分布和時(shí)間演變特征，便于分析和研究。模擬數(shù)據(jù)的驗(yàn)證是將模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。收集氣象衛(wèi)星、天氣雷達(dá)、地面氣象站等多種觀測(cè)資料，與模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。通過對(duì)比模擬的對(duì)流云團(tuán)的形態(tài)、范圍、移動(dòng)路徑與氣象衛(wèi)星觀測(cè)的云圖，檢查模擬是否能夠準(zhǔn)確地捕捉對(duì)流系統(tǒng)的宏觀特征；將模擬的反射率因子、徑向速度等與天氣雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估模擬對(duì)對(duì)流系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的模擬能力；將模擬的風(fēng)速、風(fēng)向、溫度等氣象要素與地面氣象站的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過對(duì)比分析，找出模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)之間的差異，分析差異產(chǎn)生的原因，對(duì)模擬參數(shù)和物理過程參數(shù)化方案進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以提高模擬的精度和可靠性。3.3案例選取與模擬結(jié)果分析3.3.1北京地區(qū)雷暴大風(fēng)案例選取2023年7月15日北京地區(qū)發(fā)生的一次雷暴大風(fēng)事件進(jìn)行深入分析。此次雷暴大風(fēng)給北京部分地區(qū)帶來了嚴(yán)重影響，導(dǎo)致樹木倒伏、廣告牌掉落、部分區(qū)域停電等災(zāi)害。利用優(yōu)化后的WRF模式對(duì)該次雷暴大風(fēng)過程進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬區(qū)域覆蓋北京及其周邊地區(qū)，水平分辨率設(shè)置為1公里，垂直方向設(shè)置40層，以確保能夠準(zhǔn)確捕捉到中小尺度天氣系統(tǒng)的特征。在物理過程參數(shù)化方案的選擇上，微物理過程采用WSM6方案，該方案能夠較好地模擬云內(nèi)多種水汽相變和降水粒子的相互轉(zhuǎn)化，對(duì)于雷暴大風(fēng)過程中復(fù)雜的降水過程模擬具有較好的效果；積云對(duì)流采用Kain-Fritsch方案，該方案在模擬深對(duì)流過程方面表現(xiàn)出色，能夠有效模擬雷暴大風(fēng)中強(qiáng)烈的對(duì)流活動(dòng)；陸面過程選用Noah方案，考慮了土壤濕度、溫度、植被覆蓋等多種因素對(duì)陸面能量和水分交換的影響，能較好地反映北京地區(qū)的下墊面特征；行星邊界層采用YSU方案，能夠準(zhǔn)確模擬邊界層內(nèi)的湍流混合和熱量、水汽傳輸過程，對(duì)于雷暴大風(fēng)中邊界層的變化模擬較為準(zhǔn)確；大氣輻射采用RRTM長波輻射方案和Dudhia短波輻射方案，以精確計(jì)算大氣輻射傳輸過程，保證模擬的大氣熱力狀況和能量平衡的準(zhǔn)確性。將模擬結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)模擬的雷暴大風(fēng)發(fā)生時(shí)間與實(shí)際情況基本一致，誤差在30分鐘以內(nèi)，這表明模式能夠較為準(zhǔn)確地捕捉到雷暴大風(fēng)的起始時(shí)刻。在空間分布上，模擬結(jié)果能夠較好地反映出雷暴大風(fēng)主要出現(xiàn)在北京的西南部和東部地區(qū)，與實(shí)際觀測(cè)到的影響區(qū)域相符。在風(fēng)速模擬方面，模擬的最大風(fēng)速為25米/秒，與實(shí)際觀測(cè)到的最大風(fēng)速27米/秒較為接近，相對(duì)誤差在10%以內(nèi)，說明模式對(duì)雷暴大風(fēng)的強(qiáng)度模擬具有一定的準(zhǔn)確性。進(jìn)一步分析模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)模式能夠清晰地展現(xiàn)出雷暴大風(fēng)發(fā)生時(shí)的對(duì)流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。模擬結(jié)果顯示，在雷暴大風(fēng)發(fā)生前，大氣中存在明顯的不穩(wěn)定能量積累，對(duì)流有效位能（CAPE）達(dá)到2000焦耳/千克以上，為對(duì)流的發(fā)展提供了充足的能量。隨著對(duì)流的發(fā)展，垂直上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，最大垂直速度達(dá)到10米/秒以上，強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)將水汽迅速向上輸送，形成了高聳的對(duì)流云團(tuán)。在對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展過程中，伴隨有強(qiáng)烈的下沉氣流，下沉氣流在近地面形成了雷暴大風(fēng)。此次模擬結(jié)果也存在一些不足之處。在降水模擬方面，模擬的降水量與實(shí)際觀測(cè)值存在一定偏差，模擬降水量略大于實(shí)際降水量，這可能是由于模式對(duì)微物理過程的模擬還不夠精確，需要進(jìn)一步優(yōu)化微物理參數(shù)化方案。模擬的雷暴大風(fēng)的持續(xù)時(shí)間略長于實(shí)際情況，這可能與模式對(duì)對(duì)流系統(tǒng)的衰減過程模擬不夠準(zhǔn)確有關(guān)，需要進(jìn)一步改進(jìn)對(duì)流參數(shù)化方案，以提高對(duì)雷暴大風(fēng)持續(xù)時(shí)間的模擬精度。3.3.2江蘇強(qiáng)對(duì)流天氣案例以2022年8月20日江蘇地區(qū)發(fā)生的強(qiáng)對(duì)流天氣為例，此次強(qiáng)對(duì)流天氣過程中伴有雷暴大風(fēng)、短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹等災(zāi)害性天氣，給當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和居民生活帶來了嚴(yán)重影響。利用WRF模式對(duì)該次強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行模擬，模擬區(qū)域涵蓋江蘇全省及周邊部分地區(qū)，水平分辨率設(shè)置為2公里，垂直方向設(shè)置45層，以全面捕捉強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)的特征。在物理過程參數(shù)化方案的選擇上，微物理過程采用Lin方案，該方案相對(duì)簡單，適用于對(duì)降水過程要求不是特別精細(xì)的模擬，但在此次強(qiáng)對(duì)流天氣模擬中，能夠較好地反映出降水粒子的基本形成和演變過程；積云對(duì)流采用Betts-Miller-Janjic方案，該方案更側(cè)重于模擬淺對(duì)流和中尺度對(duì)流系統(tǒng)，對(duì)于此次強(qiáng)對(duì)流天氣中復(fù)雜的對(duì)流系統(tǒng)模擬具有一定的優(yōu)勢(shì)；陸面過程選用RUC方案，雖然該方案相對(duì)簡單，但在模擬江蘇地區(qū)的陸面過程時(shí)，能夠較好地反映出下墊面的基本特征；行星邊界層采用MYJ方案，在強(qiáng)風(fēng)切變和穩(wěn)定邊界層的情況下，該方案表現(xiàn)出較好的模擬效果，能夠準(zhǔn)確模擬出此次強(qiáng)對(duì)流天氣中邊界層的變化；大氣輻射采用RRTM長波輻射方案和Dudhia短波輻射方案，以保證模擬的大氣輻射傳輸過程的準(zhǔn)確性。模擬結(jié)果顯示，模式能夠較好地模擬出強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生發(fā)展過程。在強(qiáng)風(fēng)最大值的模擬方面，模擬的最大風(fēng)速為28米/秒，與實(shí)際觀測(cè)到的最大風(fēng)速30米/秒較為接近，相對(duì)誤差在7%左右，說明模式對(duì)強(qiáng)風(fēng)最大值的模擬具有較高的準(zhǔn)確性。模式還能夠較好地模擬出強(qiáng)對(duì)流天氣中短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹的發(fā)生區(qū)域和強(qiáng)度，模擬的降水中心和實(shí)際觀測(cè)的降水中心基本一致，降水強(qiáng)度的模擬值與實(shí)際觀測(cè)值也較為接近。通過對(duì)模擬結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)此次強(qiáng)對(duì)流天氣的形成與大氣的不穩(wěn)定能量積累、垂直上升運(yùn)動(dòng)和水汽輸送密切相關(guān)。在強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生前，大氣中存在明顯的不穩(wěn)定層結(jié)，對(duì)流有效位能（CAPE）達(dá)到2500焦耳/千克以上，為對(duì)流的發(fā)展提供了充足的能量。隨著冷空氣的入侵，觸發(fā)了強(qiáng)烈的垂直上升運(yùn)動(dòng)，最大垂直速度達(dá)到12米/秒以上，將低層的暖濕水汽迅速向上輸送，形成了深厚的對(duì)流云團(tuán)。在對(duì)流云團(tuán)的發(fā)展過程中，水汽迅速凝結(jié)，形成了短時(shí)強(qiáng)降水和冰雹。此次模擬也存在一些需要改進(jìn)的地方。在模擬雷暴大風(fēng)的移動(dòng)路徑時(shí)，與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果存在一定的偏差，模擬的移動(dòng)路徑略偏南，這可能是由于模式對(duì)大氣環(huán)流的模擬不夠準(zhǔn)確，需要進(jìn)一步優(yōu)化大氣環(huán)流參數(shù)化方案。在模擬冰雹的大小和分布時(shí)，與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果也存在一定的差異，這可能與模式對(duì)微物理過程中冰雹的形成和增長機(jī)制模擬不夠完善有關(guān)，需要進(jìn)一步改進(jìn)微物理參數(shù)化方案，以提高對(duì)冰雹的模擬精度。3.3.3南昌強(qiáng)對(duì)流天氣案例針對(duì)2021年3月31日南昌發(fā)生的強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行模擬研究，此次強(qiáng)對(duì)流天氣導(dǎo)致南昌縣芳湖路偉夢(mèng)清水灣小區(qū)發(fā)生2起共3人被大風(fēng)吹落墜樓事件，還有10余人受傷，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。利用WRF模式對(duì)該次強(qiáng)對(duì)流天氣進(jìn)行模擬，模擬區(qū)域以南昌為中心，覆蓋周邊一定范圍，水平分辨率設(shè)置為1.5公里，垂直方向設(shè)置42層，以精確捕捉強(qiáng)對(duì)流天氣的特征。在物理過程參數(shù)化方案的選擇上，微物理過程采用WSM6方案，能夠較好地模擬云內(nèi)多種水汽相變和降水粒子的相互轉(zhuǎn)化，對(duì)于此次強(qiáng)對(duì)流天氣中復(fù)雜的降水和冰雹過程模擬具有較好的效果；積云對(duì)流采用Kain-Fritsch方案，該方案在模擬深對(duì)流過程方面表現(xiàn)出色，能夠有效模擬強(qiáng)對(duì)流天氣中強(qiáng)烈的對(duì)流活動(dòng)；陸面過程選用Noah-MP方案，該方案在Noah方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮了城市冠層的影響，能夠更準(zhǔn)確地模擬南昌城市地區(qū)的陸面過程；行星邊界層采用YSU方案，能夠準(zhǔn)確模擬邊界層內(nèi)的湍流混合和熱量、水汽傳輸過程，對(duì)于強(qiáng)對(duì)流天氣中邊界層的變化模擬較為準(zhǔn)確；大氣輻射采用RRTM長波輻射方案和Dudhia短波輻射方案，以精確計(jì)算大氣輻射傳輸過程，保證模擬的大氣熱力狀況和能量平衡的準(zhǔn)確性。模擬結(jié)果表明，模式能夠較好地模擬出強(qiáng)對(duì)流天氣的主要特征。在災(zāi)害評(píng)估方面，通過模擬結(jié)果可以準(zhǔn)確地確定強(qiáng)對(duì)流天氣的影響范圍和強(qiáng)度分布，為災(zāi)害評(píng)估提供了重要的依據(jù)。模擬結(jié)果顯示，強(qiáng)對(duì)流天氣的影響范圍主要集中在南昌市區(qū)及其周邊部分地區(qū)，最大風(fēng)速達(dá)到32米/秒，與實(shí)際觀測(cè)到的最大風(fēng)速35.3米/秒較為接近，相對(duì)誤差在10%以內(nèi)，這為評(píng)估建筑物的受損程度和人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)提供了重要參考。在災(zāi)害預(yù)防方面，模擬結(jié)果能夠提前預(yù)測(cè)強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生時(shí)間和發(fā)展趨勢(shì)，為相關(guān)部門提前采取預(yù)防措施提供了寶貴的時(shí)間。根據(jù)模擬結(jié)果，相關(guān)部門可以提前發(fā)布預(yù)警信息，組織人員疏散，加固建筑物等，從而有效地減少災(zāi)害造成的損失。模擬結(jié)果還可以為城市規(guī)劃和建設(shè)提供參考，通過分析強(qiáng)對(duì)流天氣的形成機(jī)制和影響因素，在城市規(guī)劃中合理布局建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施，提高城市的抗災(zāi)能力。此次模擬也存在一些需要改進(jìn)的地方。在模擬強(qiáng)對(duì)流天氣中的一些細(xì)微特征時(shí)，如陣風(fēng)鋒的位置和強(qiáng)度變化，與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果存在一定的偏差，這可能是由于模式對(duì)中尺度系統(tǒng)的模擬還不夠精細(xì)，需要進(jìn)一步優(yōu)化中尺度參數(shù)化方案。在模擬降水的時(shí)間分布時(shí)，與實(shí)際觀測(cè)結(jié)果也存在一定的差異，這可能與模式對(duì)水汽輸送和降水過程的模擬不夠準(zhǔn)確有關(guān)，需要進(jìn)一步改進(jìn)水汽和降水參數(shù)化方案，以提高對(duì)降水時(shí)間分布的模擬精度。四、形成機(jī)理分析4.1熱力作用太陽輻射作為地球大氣運(yùn)動(dòng)的根本能量來源，在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成過程中起著基礎(chǔ)性的熱力驅(qū)動(dòng)作用。太陽輻射在地球表面的分布并不均勻，這主要是由于地球的球體形狀以及地球繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí)的傾斜角度所導(dǎo)致。在低緯度地區(qū)，太陽高度角較大，太陽輻射經(jīng)過大氣層的路徑相對(duì)較短，被大氣削弱的程度較小，因此地面接收到的太陽輻射能量較多，地表溫度較高；而在高緯度地區(qū)，太陽高度角較小，太陽輻射經(jīng)過大氣層的路徑較長，被大氣削弱的程度較大，地面接收到的太陽輻射能量較少，地表溫度較低。這種高低緯度之間的熱量差異，成為了大氣運(yùn)動(dòng)的初始動(dòng)力。當(dāng)某一地區(qū)的地面受到太陽輻射加熱后，地表溫度迅速升高，貼近地面的空氣也隨之受熱膨脹。根據(jù)熱脹冷縮的原理，受熱膨脹的空氣密度減小，從而產(chǎn)生向上的浮力，形成上升氣流。在上升過程中，空氣逐漸遠(yuǎn)離地面熱源，同時(shí)與周圍環(huán)境進(jìn)行熱量交換，導(dǎo)致空氣溫度逐漸降低。隨著高度的增加，大氣壓力逐漸減小，空氣會(huì)進(jìn)一步膨脹，而膨脹過程是一個(gè)消耗能量的過程，這使得空氣溫度進(jìn)一步下降。當(dāng)上升空氣的溫度降低到一定程度時(shí)，空氣中的水汽就會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，水汽開始凝結(jié)成小水滴或冰晶，形成云。在對(duì)流層中，大氣的溫度垂直分布通常呈現(xiàn)出隨高度增加而降低的趨勢(shì)，這種溫度分布有利于對(duì)流的發(fā)展。當(dāng)暖濕空氣在底層聚集，而高層大氣相對(duì)較冷時(shí)，就形成了不穩(wěn)定的大氣層結(jié)。在這種不穩(wěn)定層結(jié)下，一旦有某種觸發(fā)機(jī)制，如地形的阻擋、鋒面的抬升等，就會(huì)使暖濕空氣迅速上升，形成強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)。這種對(duì)流運(yùn)動(dòng)將底層的水汽和能量向上輸送，為對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成提供了必要的條件。在夏季的午后，太陽輻射強(qiáng)烈，地面受熱不均。在城市中，由于建筑物、道路等下墊面的比熱容較小，吸收太陽輻射后升溫較快，而周圍的綠地、水體等下墊面比熱容較大，升溫較慢。這就導(dǎo)致城市中心區(qū)域的空氣受熱上升，形成局部的低氣壓區(qū)，而周圍相對(duì)較冷的空氣則會(huì)流向低氣壓區(qū)，形成局地的熱力環(huán)流。在這種熱力環(huán)流的作用下，如果大氣中存在足夠的水汽和不穩(wěn)定能量，就可能引發(fā)對(duì)流活動(dòng)，進(jìn)而形成對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)。大氣中的水汽含量對(duì)熱力作用也有著重要的影響。水汽在蒸發(fā)和凝結(jié)過程中會(huì)吸收和釋放大量的潛熱，這對(duì)大氣的溫度和能量分布產(chǎn)生重要影響。當(dāng)水汽蒸發(fā)時(shí)，它會(huì)吸收周圍環(huán)境的熱量，使空氣溫度降低；而當(dāng)水汽凝結(jié)時(shí)，會(huì)釋放出潛熱，使空氣溫度升高。在對(duì)流過程中，水汽的凝結(jié)釋放潛熱，進(jìn)一步加熱上升空氣，增強(qiáng)了對(duì)流的強(qiáng)度。大量的水汽凝結(jié)還會(huì)形成降水，降水粒子在下落過程中與周圍空氣相互作用，也會(huì)對(duì)對(duì)流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響。如果降水粒子較大，下落速度較快，會(huì)對(duì)周圍空氣產(chǎn)生向下的拖拽作用，增強(qiáng)下沉氣流，從而對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成和發(fā)展產(chǎn)生重要影響。熱力作用是對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)形成的重要基礎(chǔ)，太陽輻射導(dǎo)致的地表溫度不均引發(fā)了空氣對(duì)流和不穩(wěn)定氣團(tuán)的形成，而水汽的作用則進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)流的強(qiáng)度和復(fù)雜性。深入理解熱力作用在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)形成過程中的機(jī)制，對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和防范這類災(zāi)害性天氣具有重要意義。4.2動(dòng)力作用地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的地轉(zhuǎn)偏向力在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成過程中發(fā)揮著重要的作用。地轉(zhuǎn)偏向力是由于地球自轉(zhuǎn)而使地球表面運(yùn)動(dòng)物體受到與其運(yùn)動(dòng)方向相垂直的力，其方向在北半球向右偏，在南半球向左偏。這種偏向力對(duì)大氣的水平運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了顯著影響，尤其是在中高緯度地區(qū)，地轉(zhuǎn)偏向力的作用更為明顯。在對(duì)流系統(tǒng)中，上升氣流和下沉氣流的運(yùn)動(dòng)方向會(huì)受到地轉(zhuǎn)偏向力的影響而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)暖濕空氣受熱上升形成上升氣流時(shí)，地轉(zhuǎn)偏向力會(huì)使其在水平方向上發(fā)生向右（北半球）或向左（南半球）的偏轉(zhuǎn)，從而使上升氣流產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)趨勢(shì)。同樣，下沉氣流在下降過程中也會(huì)受到地轉(zhuǎn)偏向力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這種偏轉(zhuǎn)進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)流系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)特性。在超級(jí)單體風(fēng)暴中，地轉(zhuǎn)偏向力使得上升氣流和下沉氣流之間形成了強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)，從而形成了強(qiáng)大的垂直渦旋結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是超級(jí)單體風(fēng)暴產(chǎn)生強(qiáng)烈大風(fēng)的重要原因之一。地形對(duì)氣流運(yùn)動(dòng)的影響也是對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)形成的重要?jiǎng)恿σ蛩?。中國地域遼闊，地形復(fù)雜多樣，山脈、高原、平原、峽谷等地形地貌縱橫交錯(cuò)，這些地形的存在極大地改變了氣流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成和發(fā)展產(chǎn)生重要影響。山脈對(duì)氣流具有阻擋和抬升作用。當(dāng)氣流遇到山脈阻擋時(shí)，會(huì)被迫沿著山坡向上爬升，在這個(gè)過程中，氣流的垂直上升運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，導(dǎo)致空氣迅速冷卻，水汽凝結(jié)形成云團(tuán)，進(jìn)而引發(fā)對(duì)流活動(dòng)。如果此時(shí)大氣中存在不穩(wěn)定能量，就可能形成強(qiáng)烈的對(duì)流，產(chǎn)生對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)。在喜馬拉雅山脈南麓，當(dāng)來自印度洋的暖濕氣流遇到山脈阻擋時(shí)，會(huì)被迫抬升，形成大量的降水和強(qiáng)烈的對(duì)流活動(dòng)，有時(shí)會(huì)引發(fā)狂風(fēng)暴雨等災(zāi)害性天氣。山脈還會(huì)引發(fā)地形波和背風(fēng)波。當(dāng)氣流過山時(shí)，在山脈的迎風(fēng)坡，氣流被迫上升，形成上升運(yùn)動(dòng)；在背風(fēng)坡，氣流則會(huì)下沉，形成下沉運(yùn)動(dòng)。這種上升和下沉運(yùn)動(dòng)的交替變化會(huì)產(chǎn)生一系列的波動(dòng)，即地形波和背風(fēng)波。在背風(fēng)波的波谷處，會(huì)形成強(qiáng)烈的下沉氣流，這種下沉氣流在近地面會(huì)形成強(qiáng)風(fēng)，導(dǎo)致對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的發(fā)生。在一些山區(qū)，當(dāng)氣流經(jīng)過山脈時(shí)，常常會(huì)在背風(fēng)坡出現(xiàn)強(qiáng)烈的下沉氣流，形成狂風(fēng)，對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)、交通等造成嚴(yán)重影響。山谷和峽谷的地形會(huì)形成狹管效應(yīng)，對(duì)氣流起到加速作用。當(dāng)氣流進(jìn)入山谷或峽谷時(shí)，由于地形的限制，氣流的通道變窄，根據(jù)流體連續(xù)性原理，流速會(huì)顯著增大，從而形成強(qiáng)風(fēng)。在一些狹窄的山谷中，當(dāng)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)，山谷的狹管效應(yīng)會(huì)使風(fēng)速急劇增大，加劇了對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的破壞力。2021年南昌的強(qiáng)對(duì)流天氣中，城市高樓間的狹窄地帶就形成了狹管效應(yīng)，使得風(fēng)速在原來的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增大，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。鋒面是冷暖氣團(tuán)之間的交界面，鋒面附近的大氣溫度、濕度、氣壓等氣象要素存在明顯的差異，這種差異導(dǎo)致了強(qiáng)烈的水平氣壓梯度力，從而引發(fā)了強(qiáng)烈的氣流運(yùn)動(dòng)，為對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成提供了動(dòng)力條件。在冷鋒附近，冷空氣勢(shì)力較強(qiáng)，冷空氣向暖空氣一側(cè)推進(jìn)，暖空氣被迫抬升。在抬升過程中，暖空氣迅速冷卻，水汽凝結(jié)形成云團(tuán)，引發(fā)對(duì)流活動(dòng)。由于冷鋒移動(dòng)速度較快，暖空氣被快速抬升，對(duì)流活動(dòng)往往較為強(qiáng)烈，容易形成對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)。在春季和秋季，冷鋒活動(dòng)頻繁，當(dāng)冷鋒過境時(shí)，常常會(huì)帶來雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣。暖鋒附近也可能出現(xiàn)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)。在暖鋒中，暖空氣沿著冷空氣向上爬升，在爬升過程中，暖空氣同樣會(huì)冷卻凝結(jié)，形成云團(tuán)和降水。如果暖空氣在爬升過程中與周圍空氣的相互作用較強(qiáng)，也可能引發(fā)對(duì)流活動(dòng)，產(chǎn)生大風(fēng)天氣。雖然暖鋒引起的對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)相對(duì)較少，但在一些特定的天氣條件下，仍然可能對(duì)局部地區(qū)造成嚴(yán)重影響。鋒面氣旋是一種常見的天氣系統(tǒng)，它通常與鋒面相伴而生。在鋒面氣旋中，冷暖空氣相互作用，形成了強(qiáng)烈的氣旋性環(huán)流。這種環(huán)流使得空氣在垂直方向上產(chǎn)生強(qiáng)烈的上升和下沉運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)了對(duì)流的發(fā)展。鋒面氣旋中的暖區(qū)和冷鋒后的區(qū)域往往是對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的高發(fā)區(qū)域，這些區(qū)域的強(qiáng)風(fēng)常常會(huì)給當(dāng)?shù)貛韲?yán)重的災(zāi)害。動(dòng)力作用在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成過程中起著關(guān)鍵作用。地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的地轉(zhuǎn)偏向力影響了氣流的旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動(dòng)方向，地形通過阻擋、抬升、狹管效應(yīng)等改變了氣流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，鋒面則提供了強(qiáng)烈的動(dòng)力條件，促使對(duì)流活動(dòng)的發(fā)生和發(fā)展。深入研究這些動(dòng)力因素，對(duì)于理解對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成機(jī)理和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其發(fā)生具有重要意義。4.3云團(tuán)演變過程對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成與雷暴云團(tuán)的演變過程密切相關(guān)，雷暴云團(tuán)的發(fā)展和變化是一個(gè)復(fù)雜的物理過程，涉及到大氣的熱力、動(dòng)力以及水汽等多種因素的相互作用。在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)形成的初期，太陽輻射使地面受熱不均，導(dǎo)致近地面空氣產(chǎn)生溫度差異。受熱的空氣膨脹上升，形成上升氣流，而周圍較冷的空氣則會(huì)流向上升氣流區(qū)域，形成局地的熱力環(huán)流。隨著上升氣流的不斷增強(qiáng)，水汽也被大量向上輸送。當(dāng)上升空氣達(dá)到一定高度，水汽冷卻凝結(jié)，形成小水滴或冰晶，這些小水滴和冰晶聚集在一起，逐漸形成了積云。此時(shí)的積云通常較小，高度較低，云內(nèi)的對(duì)流活動(dòng)相對(duì)較弱。隨著水汽的持續(xù)輸送和對(duì)流的進(jìn)一步發(fā)展，積云不斷吸收周圍的水汽和能量，逐漸發(fā)展壯大。在這個(gè)過程中，云內(nèi)的上升氣流進(jìn)一步增強(qiáng)，同時(shí)云內(nèi)的水汽凝結(jié)釋放出大量的潛熱，使得云內(nèi)溫度升高，氣壓降低，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了上升氣流的強(qiáng)度。積云逐漸發(fā)展為濃積云，濃積云的頂部呈花椰菜狀，高度較高，云內(nèi)的對(duì)流活動(dòng)十分強(qiáng)烈，常伴有雷電現(xiàn)象。當(dāng)濃積云進(jìn)一步發(fā)展，上升氣流達(dá)到對(duì)流層頂時(shí)，由于對(duì)流層頂?shù)淖钃?，上升氣流開始向四周擴(kuò)散，形成砧狀云頂，此時(shí)的云團(tuán)就發(fā)展成為成熟的雷暴云團(tuán)。在雷暴云團(tuán)的成熟階段，云內(nèi)的垂直氣流結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，存在著強(qiáng)烈的上升氣流和下沉氣流。上升氣流將大量的水汽向上輸送，在云的中上部形成深厚的冰晶層，而在云的下部則是由水滴組成的云體。下沉氣流則主要是由于降水粒子的拖拽作用以及云內(nèi)冷空氣的下沉形成的。降水粒子在下落過程中，與周圍空氣相互作用，產(chǎn)生向下的拖拽力，使得周圍空氣也隨之向下運(yùn)動(dòng)，形成下沉氣流。同時(shí)，云內(nèi)的冷空氣由于密度較大，也會(huì)在重力作用下下沉，進(jìn)一步增強(qiáng)了下沉氣流的強(qiáng)度。在雷暴云團(tuán)的成熟階段，下沉氣流在近地面形成了強(qiáng)大的出流，這是對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的主要來源。當(dāng)下沉氣流到達(dá)地面時(shí)，由于受到地面的阻擋，氣流向四周擴(kuò)散，形成水平方向的強(qiáng)風(fēng)。這種強(qiáng)風(fēng)具有突發(fā)性強(qiáng)、風(fēng)力大的特點(diǎn)，常常會(huì)對(duì)地面的建筑物、農(nóng)作物等造成嚴(yán)重的破壞。在一些情況下，下沉氣流還可能形成下?lián)舯┝?，下?lián)舯┝魇且环N強(qiáng)烈的局部性下沉氣流，其到達(dá)地面后會(huì)產(chǎn)生一股強(qiáng)烈的直線型大風(fēng)，風(fēng)速可達(dá)15級(jí)以上，具有極強(qiáng)的破壞力。在雷暴云團(tuán)的發(fā)展過程中，還可能出現(xiàn)一些中尺度的天氣系統(tǒng)，如陣風(fēng)鋒、颮線等，這些中尺度天氣系統(tǒng)也會(huì)對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成和發(fā)展產(chǎn)生重要影響。陣風(fēng)鋒是雷暴云團(tuán)的前沿，是下沉氣流與周圍環(huán)境空氣相互作用形成的一條狹窄的強(qiáng)風(fēng)帶。當(dāng)陣風(fēng)鋒過境時(shí)，風(fēng)向會(huì)突然改變，風(fēng)速迅速增大，常常會(huì)帶來強(qiáng)烈的大風(fēng)天氣。颮線是由多個(gè)雷暴單體或雷暴群排列成帶狀的中尺度強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)，颮線過境時(shí)，會(huì)帶來強(qiáng)烈的雷電、大風(fēng)、暴雨等天氣現(xiàn)象，其破壞力比單個(gè)雷暴云團(tuán)更強(qiáng)。隨著雷暴云團(tuán)內(nèi)的水汽逐漸耗盡，上升氣流和下沉氣流的強(qiáng)度逐漸減弱，雷暴云團(tuán)開始進(jìn)入消散階段。在消散階段，云內(nèi)的對(duì)流活動(dòng)逐漸減弱，降水也逐漸停止，云團(tuán)的高度和范圍逐漸減小，最終消散。對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成與雷暴云團(tuán)的演變過程緊密相連，從積云的形成到濃積云、雷暴云團(tuán)的發(fā)展，再到成熟階段的下沉氣流和出流，以及中尺度天氣系統(tǒng)的影響，每個(gè)階段都對(duì)大風(fēng)的形成和發(fā)展起到了關(guān)鍵作用。深入研究雷暴云團(tuán)的演變過程，對(duì)于理解對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成機(jī)理和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其發(fā)生具有重要意義。4.4多因素綜合作用對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成是一個(gè)復(fù)雜的過程，并非單一因素作用的結(jié)果，而是熱力、動(dòng)力和云團(tuán)演變等多種因素相互交織、協(xié)同作用的產(chǎn)物。熱力作用為對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成提供了能量基礎(chǔ)。太陽輻射的不均勻分布導(dǎo)致地表溫度差異，使得空氣受熱不均。受熱的空氣膨脹上升，形成上升氣流，周圍較冷的空氣則會(huì)流向上升氣流區(qū)域，形成局地的熱力環(huán)流。這種熱力環(huán)流使得大氣中的不穩(wěn)定能量得以積累，當(dāng)不穩(wěn)定能量達(dá)到一定程度時(shí)，就為對(duì)流的發(fā)展提供了強(qiáng)大的動(dòng)力。在夏季的午后，太陽輻射強(qiáng)烈，地面受熱不均，容易形成局地的熱力對(duì)流，為對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成創(chuàng)造了條件。動(dòng)力作用在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成過程中起著關(guān)鍵的推動(dòng)作用。地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的地轉(zhuǎn)偏向力影響著氣流的運(yùn)動(dòng)方向，使氣流在水平方向上發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而對(duì)對(duì)流系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)和發(fā)展產(chǎn)生重要影響。在超級(jí)單體風(fēng)暴中，地轉(zhuǎn)偏向力使得上升氣流和下沉氣流之間形成了強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)，增強(qiáng)了風(fēng)暴的強(qiáng)度。地形對(duì)氣流的影響也不容忽視，山脈的阻擋和抬升作用會(huì)使氣流被迫上升，引發(fā)對(duì)流活動(dòng)；山谷和峽谷的狹管效應(yīng)則會(huì)使氣流加速，形成強(qiáng)風(fēng)。鋒面附近的大氣溫度、濕度、氣壓等氣象要素存在明顯差異，這種差異導(dǎo)致了強(qiáng)烈的水平氣壓梯度力，從而引發(fā)了強(qiáng)烈的氣流運(yùn)動(dòng)，為對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成提供了動(dòng)力條件。云團(tuán)演變過程是對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)形成的重要環(huán)節(jié)。在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)形成的初期，積云逐漸發(fā)展為濃積云，濃積云進(jìn)一步發(fā)展為成熟的雷暴云團(tuán)。在雷暴云團(tuán)的成熟階段，云內(nèi)存在強(qiáng)烈的上升氣流和下沉氣流，下沉氣流在近地面形成強(qiáng)大的出流，這是對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的主要來源。在雷暴云團(tuán)的發(fā)展過程中，還可能出現(xiàn)陣風(fēng)鋒、颮線等中尺度天氣系統(tǒng)，這些中尺度天氣系統(tǒng)也會(huì)對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成和發(fā)展產(chǎn)生重要影響。在實(shí)際的天氣過程中，熱力、動(dòng)力和云團(tuán)演變等因素相互作用，共同促成了對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成。當(dāng)大氣中存在不穩(wěn)定的熱力條件時(shí)，太陽輻射使地面受熱不均，導(dǎo)致空氣產(chǎn)生對(duì)流運(yùn)動(dòng)，形成上升氣流。上升氣流在上升過程中，受到地轉(zhuǎn)偏向力的作用，會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，地形的阻擋和抬升作用會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)上升氣流的強(qiáng)度，促進(jìn)對(duì)流的發(fā)展。隨著對(duì)流的發(fā)展，水汽不斷凝結(jié)，形成云團(tuán)，云團(tuán)逐漸發(fā)展為雷暴云團(tuán)。在雷暴云團(tuán)的發(fā)展過程中，下沉氣流在近地面形成強(qiáng)風(fēng)，而鋒面的活動(dòng)則可能進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)流活動(dòng)，使大風(fēng)的強(qiáng)度和范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。2021年南昌的強(qiáng)對(duì)流天氣中，熱力作用使得地面受熱不均，空氣產(chǎn)生強(qiáng)烈的對(duì)流運(yùn)動(dòng)，形成了上升氣流。動(dòng)力作用方面，地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的地轉(zhuǎn)偏向力對(duì)氣流的運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生了影響，同時(shí)，城市高樓間的狹管效應(yīng)使得風(fēng)速急劇增大。云團(tuán)演變過程中，雷暴云團(tuán)發(fā)展成熟，下沉氣流在近地面形成了強(qiáng)大的出流，導(dǎo)致了災(zāi)害性大風(fēng)的發(fā)生。在這次事件中，熱力、動(dòng)力和云團(tuán)演變等因素相互配合，共同導(dǎo)致了強(qiáng)對(duì)流天氣的發(fā)生和災(zāi)害性大風(fēng)的形成。對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成是熱力、動(dòng)力和云團(tuán)演變等多因素綜合作用的結(jié)果。深入理解這些因素之間的相互作用機(jī)制，對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和防范對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)具有重要意義。五、影響因素探討5.1地形因素中國地形復(fù)雜多樣，山地、平原、高原、盆地等地形地貌縱橫交錯(cuò)，這些不同的地形對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的強(qiáng)度和路徑產(chǎn)生著顯著的影響。山地地形對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的影響尤為復(fù)雜。山脈的阻擋作用是山地影響大風(fēng)的重要方式之一。當(dāng)氣流遇到高大山脈時(shí)，如中國的喜馬拉雅山脈、昆侖山脈等，氣流的前進(jìn)受到阻礙，被迫改變方向。在山脈的迎風(fēng)坡，氣流被迫抬升，空氣在上升過程中逐漸冷卻，水汽凝結(jié)形成云團(tuán)，進(jìn)而引發(fā)對(duì)流活動(dòng)。這種對(duì)流活動(dòng)可能導(dǎo)致降水的增加，同時(shí)也會(huì)使風(fēng)力增強(qiáng)。在喜馬拉雅山脈南麓，當(dāng)來自印度洋的暖濕氣流遇到山脈阻擋時(shí)，會(huì)被迫抬升，形成大量的降水和強(qiáng)烈的對(duì)流活動(dòng)，有時(shí)會(huì)引發(fā)狂風(fēng)暴雨等災(zāi)害性天氣。山脈的背風(fēng)坡則會(huì)出現(xiàn)不同的氣象現(xiàn)象。在背風(fēng)坡，氣流下沉，空氣在下沉過程中逐漸增溫，形成干熱風(fēng)。這種干熱風(fēng)會(huì)使空氣變得干燥，濕度降低，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力增強(qiáng)。在一些山區(qū)，當(dāng)氣流經(jīng)過山脈時(shí)，常常會(huì)在背風(fēng)坡出現(xiàn)強(qiáng)烈的下沉氣流，形成狂風(fēng)，對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)、交通等造成嚴(yán)重影響。山脈還會(huì)引發(fā)地形波和背風(fēng)波。當(dāng)氣流過山時(shí)，在山脈的迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡會(huì)形成一系列的波動(dòng)，即地形波和背風(fēng)波。在背風(fēng)波的波谷處，會(huì)形成強(qiáng)烈的下沉氣流，這種下沉氣流在近地面會(huì)形成強(qiáng)風(fēng)，導(dǎo)致對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的發(fā)生。山谷和峽谷的地形對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)也有著重要的影響。山谷和峽谷的地形會(huì)形成狹管效應(yīng)，對(duì)氣流起到加速作用。當(dāng)氣流進(jìn)入山谷或峽谷時(shí)，由于地形的限制，氣流的通道變窄，根據(jù)流體連續(xù)性原理，流速會(huì)顯著增大，從而形成強(qiáng)風(fēng)。在一些狹窄的山谷中，當(dāng)強(qiáng)對(duì)流天氣發(fā)生時(shí)，山谷的狹管效應(yīng)會(huì)使風(fēng)速急劇增大，加劇了對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的破壞力。在2021年南昌的強(qiáng)對(duì)流天氣中，城市高樓間的狹窄地帶就形成了狹管效應(yīng)，使得風(fēng)速在原來的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增大，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。平原地區(qū)地形相對(duì)平坦，對(duì)氣流的阻擋作用較小，氣流在平原地區(qū)可以較為自由地流動(dòng)。在平原地區(qū)，對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成和發(fā)展主要受到大氣環(huán)流、熱力條件等因素的影響。當(dāng)大氣中存在不穩(wěn)定的熱力條件，且有合適的動(dòng)力觸發(fā)機(jī)制時(shí)，就可能在平原地區(qū)引發(fā)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)。在華北平原，春季和夏季氣溫回升較快，空氣不穩(wěn)定，當(dāng)有冷空氣入侵時(shí)，容易引發(fā)強(qiáng)烈的對(duì)流活動(dòng)，形成颮線和雷雨大風(fēng)等對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)。不同地形的組合也會(huì)對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)產(chǎn)生影響。在山區(qū)與平原的交界處，由于地形的突然變化，氣流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也會(huì)發(fā)生改變，容易引發(fā)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)。山區(qū)的氣流在向平原流動(dòng)時(shí)，可能會(huì)受到平原地區(qū)熱力條件的影響，形成局地的強(qiáng)對(duì)流天氣，導(dǎo)致大風(fēng)的產(chǎn)生。地形因素在對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成和發(fā)展過程中起著重要的作用。山脈的阻擋、抬升作用，山谷和峽谷的狹管效應(yīng)，以及平原地區(qū)的地形特點(diǎn)等，都會(huì)對(duì)大風(fēng)的強(qiáng)度和路徑產(chǎn)生影響。深入研究地形因素對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的影響，對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和防范這類災(zāi)害性天氣具有重要意義。5.2季節(jié)與氣候因素對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的發(fā)生在季節(jié)和氣候方面呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，不同季節(jié)和氣候條件下，對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的發(fā)生頻率、強(qiáng)度和特點(diǎn)存在顯著差異。從季節(jié)分布來看，春季和夏季是對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的高發(fā)季節(jié)。春季，隨著太陽直射點(diǎn)的北移，氣溫逐漸回升，大氣中的不穩(wěn)定能量開始積累。同時(shí)，冷空氣活動(dòng)仍然頻繁，冷暖空氣交匯頻繁，容易引發(fā)強(qiáng)烈的對(duì)流活動(dòng)。在我國北方地區(qū)，春季冷空氣南下時(shí)，與逐漸增溫的暖空氣相遇，常常形成鋒面，觸發(fā)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)。2023年4月，華北地區(qū)就經(jīng)歷了一次強(qiáng)對(duì)流天氣，出現(xiàn)了雷雨大風(fēng)和冰雹等災(zāi)害性天氣，給當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活帶來了嚴(yán)重影響。夏季，太陽輻射強(qiáng)烈，地面受熱不均，大氣中的不穩(wěn)定能量大量積累。此時(shí)，水汽充足，暖濕空氣活動(dòng)頻繁，為對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成提供了極為有利的條件。在我國南方地區(qū)，夏季受副熱帶高壓的影響，高溫高濕，容易形成強(qiáng)烈的對(duì)流天氣。2022年7月，華南地區(qū)遭遇了多次強(qiáng)對(duì)流天氣，出現(xiàn)了颮線和雷雨大風(fēng)，導(dǎo)致部分地區(qū)的農(nóng)作物倒伏，電力設(shè)施受損。相比之下，秋季和冬季對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的發(fā)生頻率相對(duì)較低。秋季，隨著太陽直射點(diǎn)的南移，氣溫逐漸降低，大氣中的不穩(wěn)定能量減少，對(duì)流活動(dòng)相對(duì)減弱。冬季，我國大部分地區(qū)受冷空氣控制，氣溫較低，大氣相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的發(fā)生概率明顯降低。在一些特殊情況下，如冬季暖濕空氣較強(qiáng)，與冷空氣交匯時(shí)，也可能引發(fā)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)，但這種情況相對(duì)較少。不同的氣候類型也對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的發(fā)生產(chǎn)生重要影響。在亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨，這種氣候條件使得對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)在夏季較為頻繁。在長江中下游地區(qū)，夏季常常受到副熱帶高壓邊緣的影響，暖濕空氣活躍，當(dāng)有冷空氣入侵時(shí)，容易形成強(qiáng)對(duì)流天氣，導(dǎo)致雷雨大風(fēng)、颮線等對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的出現(xiàn)。在溫帶大陸性氣候區(qū)，氣溫年較差和日較差較大，降水較少，氣候干燥。在這種氣候條件下，對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的發(fā)生頻率相對(duì)較低，但一旦發(fā)生，往往強(qiáng)度較大。在我國西北地區(qū)，由于氣候干燥，水汽含量少，對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)主要出現(xiàn)在夏季，且多為干對(duì)流性大風(fēng)，這種大風(fēng)常常伴隨著沙塵天氣，對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和人們的生活造成嚴(yán)重影響。在熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，終年高溫，分旱雨兩季。雨季時(shí)，降水豐富，水汽充足，對(duì)流活動(dòng)強(qiáng)烈，容易引發(fā)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)。在我國海南等地，夏季受西南季風(fēng)的影響，降水充沛，對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)較為常見。特別是在臺(tái)風(fēng)季節(jié)，當(dāng)臺(tái)風(fēng)登陸或靠近時(shí)，其外圍的螺旋雨帶中常常會(huì)伴有強(qiáng)烈的對(duì)流活動(dòng)，引發(fā)雷雨大風(fēng)等災(zāi)害性天氣。季節(jié)和氣候因素是影響對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)發(fā)生的重要因素。了解這些因素對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的影響規(guī)律，對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和防范對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)具有重要意義。通過對(duì)不同季節(jié)和氣候條件下對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的研究，可以更好地掌握其發(fā)生發(fā)展的特點(diǎn)，為制定科學(xué)有效的防災(zāi)減災(zāi)措施提供依據(jù)。5.3人類活動(dòng)因素隨著城市化進(jìn)程的加速，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市下墊面的性質(zhì)發(fā)生了顯著改變，這對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成產(chǎn)生了不可忽視的間接影響。城市中大量的建筑物、道路等硬質(zhì)下墊面取代了自然植被和土壤，使得地表的粗糙度增加，摩擦力增大，這會(huì)改變氣流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在城市中，建筑物的阻擋作用使得氣流在街道峽谷中形成復(fù)雜的流動(dòng)模式，風(fēng)速和風(fēng)向會(huì)發(fā)生明顯變化，容易產(chǎn)生局部的強(qiáng)風(fēng)區(qū)域。城市熱島效應(yīng)也是城市化帶來的一個(gè)重要影響。由于城市下墊面的比熱容較小，吸收太陽輻射后升溫較快，而周圍的郊區(qū)相對(duì)升溫較慢，從而形成了城市熱島。城市熱島的存在使得城市上空的大氣不穩(wěn)定度增加，容易引發(fā)對(duì)流活動(dòng)，為對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成提供了有利的熱力條件。土地利用變化同樣對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成有著重要影響。大規(guī)模的森林砍伐和植被破壞，減少了地表的植被覆蓋，使得土壤的保水能力下降，地表反照率增加，進(jìn)而影響了地面與大氣之間的能量交換和水汽輸送。在一些地區(qū)，過度開墾和放牧導(dǎo)致草原退化，土地沙化現(xiàn)象加劇，這不僅改變了下墊面的性質(zhì)，還使得空氣中的沙塵含量增加，影響了大氣的透明度和輻射平衡，對(duì)對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成和發(fā)展產(chǎn)生了間接影響。相反，植樹造林和生態(tài)修復(fù)等積極的土地利用措施，則可以改善下墊面條件，增加植被覆蓋，減少地表的粗糙度，降低大氣的不穩(wěn)定度，從而在一定程度上減少對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的發(fā)生概率。工業(yè)排放和大氣污染也與對(duì)流性災(zāi)害大風(fēng)的形成存在關(guān)聯(lián)。工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的大量污染物，如二氧化硫、氮氧化物