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四川暴雨过程中盆地地形作用的数值模拟

段静鑫 赵天良 徐祥德 陆春松 李跃清 陈志龙 郭小浩 程晓龙 赵阳 孟露

段静鑫, 赵天良, 徐祥德, 等. 四川暴雨过程中盆地地形作用的数值模拟. 应用气象学报, 2018, 29(3): 307-320. DOI: 10.11898/1001-7313.20180305..
引用本文: 段静鑫, 赵天良, 徐祥德, 等. 四川暴雨过程中盆地地形作用的数值模拟. 应用气象学报, 2018, 29(3): 307-320. DOI: 10.11898/1001-7313.20180305.
Duan Jingxin, Zhao Tianliang, Xu Xiangde, et al. Simulation of basin topography impacts on rainstorm in Sichuan. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(3): 307-320. DOI:  10.11898/1001-7313.20180305.
Citation: Duan Jingxin, Zhao Tianliang, Xu Xiangde, et al. Simulation of basin topography impacts on rainstorm in Sichuan. J Appl Meteor Sci, 2018, 29(3): 307-320. DOI:  10.11898/1001-7313.20180305.

四川暴雨过程中盆地地形作用的数值模拟

DOI: 10.11898/1001-7313.20180305
资助项目: 

国家自然科学基金项目 91337215

国家重点研究发展计划 2016YFC0203304

国家自然科学基金项目 91544109

详细信息
    通信作者:

    赵天良, E-mail:josef_zhao@126.com

Simulation of Basin Topography Impacts on Rainstorm in Sichuan

  • 摘要: 利用WRF-Chem模拟了2012年7月20日一次四川盆地暴雨降水过程,并基于控制试验设置填充四川盆地地形的敏感性试验。利用大气动力-热力学和云降水物理学对两试验差异进行诊断分析,与敏感性试验相比,控制试验虽然延迟强降水出现时间,却增强了降水强度。研究表明:偏南气流自南向北经过盆地时,在四川盆地南部形成正涡度扰动中心,延迟水汽、能量到达盆地北部的时间,使强降水出现时间偏晚;地形高度及动力差异使控制试验近地面累积大量水汽、能量,低层能量到达盆地北部迎风坡后受地形抬升与正涡度扰动共同作用激发了强烈的对流;控制试验中,盆地北部大气强烈对流运动及其携带盆地内大量水汽有利于云系的垂直发展,雨滴、雪晶、霰粒子质量浓度明显增大,使降水强度增强至大暴雨量级。
  • 图  1  2012年7月20日20:00—21日11:00累积降水量(填色)和地形高度(等值线,单位:m)

    (a)观测,(b)控制试验,(c)敏感性试验,(d)控制试验与敏感性试验差值(图 1a中地形高度数据来自控制试验)

    Fig. 1  Accumulated precipitation(the shaded) and topography(the contour, unit:m) from 2000 BT 20 July to 1100 BT 21 July in 2012

    (a)observation, (b)control test, (c)sensitivity test, (d)the difference between control test and sensitivity test (the topography in Fig. 1a from control test)

    图  2  2012年7月20—21日强降水中心降水强度随时间演变

    Fig. 2  Rain rate of rainstorm center from 20 Jul to 21 Jul in 2012

    图  3  2012年7月20—21日观测与控制试验10 m风速、2 m相对湿度、2 m温度随时间演变

    Fig. 3  10 m wind speed, 2 m relative humidity and 2 m temperature for observation and control test from 20 Jul to 21 Jul in 2012

    图  4  2012年7月20—21日800 hPa风场(箭头)和涡度场(填色)(差值为控制试验减敏感性试验)

    (a)20日21:00控制试验,(b)21日01:00控制试验,(c)21日05:00控制试验,(d)20日21:00差值,(e)21日01:00差值,(f)21日05:00差值

    Fig. 4  Wind(the vector) and relative vorticity(the shaded) at 800 hPa from 20 Jul to 21 Jul in 2012 (difference is between control test and sensitivity test)

    (a)control test at 2100 BT 20 Jul, (b)control test at 0100 BT 21 Jul, (c)control test at 0500 BT 21 Jul, (d)difference at 2100 BT 20 Jul, (e)difference at 0100 BT 21 Jul, (f)difference at 0500 BT 21 Jul

    图  5  2012年7月20—21日控制试验与敏感性试验相对涡度(填色)和风场(箭头)差值沿104.6°E垂直剖面

    (a)20日21:00, (b)21日01:00, (c)21日05:00

    Fig. 5  Cross-section of relative vorticity(the shaded) and wind(the vector) difference between control test and sensitivity test along 104.6°E from 20 Jul to 21 Jul in 2012

    (a)2100 BT 20 Jul, (b)0100 BT 21 Jul, (c)0500 BT 21 Jul

    图  6  2012年7月20—21日风场(箭头)、温度场(实线,单位:℃)及比湿(阴影)沿104.6°E垂直剖面

    (a)20日21:00控制试验,(b)21日01:00控制试验,(c)21日05:00控制试验,(d)20日21:00敏感性试验,(e)21日01:00敏感性试验,(f)21日05:00敏感性试验

    Fig. 6  Cross-section of wind(the vector) temperature(the contour, unit:℃) and specific humidity(the shaded) along 104.6°E from 20 Jul to 21 Jul 2012

    (a)2100 BT 20 Jul in control test, (b)0100 BT 21 Jul in control test, (c)0500 BT 20 Jul in control test, (d)2100 BT 20 Jul in sensitivity test, (e)0100 BT 21 Jul in sensitivity test, (f)0500 BT 21 Jul in sensitivity test

    图  7  2012年7月20—21日湿静力能(单位:J·kg-1)沿104.6°E垂直剖面(阴影代表地形)

    (a)20日21:00控制试验,(b)21日01:00控制试验,(c)21日05:00控制试验,(d)20日21:00敏感性试验,(e)21日01:00敏感性试验,(f)21日05:00敏感性试验

    Fig. 7  Cross-section of moist static energy(the contour, unit:J·kg-1) from 20 Jul to 21 Jul in 2012(the shaded denotes the terrain)

    (a)2100 BT 20 Jul in control test, (b)0100 BT 21 Jul in control test, (c)0500 BT 21 Jul in control test, (d)2100 BT 20 Jul in sensitivity test, (e)0100 BT 21 Jul in sensitivity test, (f)0500 BT 21 Jul in sensitivity test

    图  8  2012年7月20—21日控制试验与敏感性试验对流有效位能、对流抑制能量差值随时间演变

    Fig. 8  Time series of convective available potential energy and convective inhibition energy difference between the control test and the sensitivity test from 20 Jul to 21 Jul in 2012

    图  9  2012年7月20—21日温度场(实线,单位:℃)、风场(箭头)及降水粒子浓度(填色)沿104.6°E垂直剖面

    (a)21日05:00控制试验(云滴),(b)21日05:00控制试验(雨滴),(c)21日01:00敏感性试验(云滴),(d)21日01:00敏感性试验(雨滴)

    Fig. 9  Cross-section of temperature(the contour, unit:℃), wind(the vector) and mass concentration(the shade) of precipitation particle along 104.6°E from 20 Jul to 21 Jul in 2012

    (a)cloud water in control test at 0500 BT 21 Jul, (b)rain water in control test at 0500 BT 21 Jul, (c)cloud water in sensitivity test at 0100 BT 21 Jul, (d)rain water in sensitivity test at 0100 BT 21 Jul

    图  10  2012年7月20—21日温度场(实线, 单位:℃)、风场(箭头)及降水粒子浓度(填色)沿104.6°E垂直剖面

    (a)21日05:00控制试验(冰晶),(b)21日05:00控制试验(雪晶),(c)21日05:00控制试验(霰粒子),(d)21日01:00敏感性试验(冰晶),(e)21日01:00敏感性试验(雪晶),(f)21日01:00敏感性试验(霰粒子)

    Fig. 10  Cross-section of temperature(the contour, unit:℃), wind(the vector) and mass concentration(the shade) of precipitation particle from 20 Jul to 21 Jul in 2012

    (a)ice crystals in control test at 0500 BT 21 Jul, (b)snow crystals in control test at 0500 BT 21 Jul, (c)graupel in control test at 0500 BT 21 Jul, (d)ice crystals in sensitivity test at 0100 BT 21 Jul, (e)snow crystals in sensitivity test at 0100 BT 21 Jul, (f)graupel in sensitivity test at 0100 BT 21 Jul

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-10-25
  • 修回日期:  2018-02-02
  • 刊出日期:  2018-05-31

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