可能最大降水估算中气象因子放大的数值实验

本文针对可能最大降水(PMP)估算中常用的气象因子放大方法,应用五层原始方程模式对不同的风场和湿度场配置作数值实验,以检验对降水的影响程度,结果表明:湿度场扰动对降水的作用比风场扰动更为显著.     

分时段地形增强因子法在山区PMP估算中的应用

在山区可能最大降水研究中,关键是如何估算地形对暴雨的影响.本文首次提出一种定量估算地形对暴雨影响的方法.该法基于天气-气候分析和实测降雨的统计分析,利用二维差分近似估算出特定流域地形对暴雨影响的大小及其时、空变化过程.通过海南岛昌化江流域山地PMP估算的实例,发现地形对暴雨影响的大小及其空间分布是随着历时而变化的.应用此法不仅能估算出山岳区的PMP数值,而且能绘出符合成因分析的PMP等雨量线的时、空变化情况.本文还结合实例分析,指出了"分时段地形增强因子法"在暴雨移置研究中的应用前景.     

利用统计估算放大法推求可能最大暴雨

由于中国对赫氏法有不同的看法,因此在引进该法后,需要对该方法加以修正和改进,倾向于以离均系数Φm取代统计估算法中的Km值.统计估算法仅从实际发生的大暴雨中寻求Φmm,而没有放大的概念,所以利用该方法计算的PMP值往往偏小.统计估算放大法是通过水汽放大,对统计估算方法进行改进.应用统计估算放大法推算宁德地区PMP,计算结果表明,该方法较其他方法更合理.     

城市化对昆明一次强降水过程影响的数值模拟研究

为了探究昆明地区城市化对降水的影响,利用中尺度气象模式WRF(the weather research and forecasting model)耦合单层城市冠层模块,对2012年5月24日夜间发生在昆明城区西部的一次强降水过程进行数值模拟研究。通过与卫星观测得到的降水空间分布进行对比,发现WRF模式能较好地再现此次降水过程。城市的存在会较显著地改变城市地区的潜热和低层垂直运动,使得位于城区的降水中心降水强度略有减小,而城区下风向的降水有所增加,降水增加的区域与750 hPa高度上的水汽通量辐合加强的区域相对应。城区降水中心降水量减少可能是由于城市下垫面抑制了低层大气的水汽供给。城区下风向降水增加的可能原因是该区域相对较强的垂直运动使得更多的水汽被输送到高层大气中,有利于降水的增强。在目前的城市化水平上,若昆明地区的城市进一步扩张,城区下风向地区的垂直对流运动和大气不稳定度均会增强,但城市下垫面对低层水汽供给的抑制作用也会增强,这两种作用的同时存在会使得城市下风向地区降水的变化存在不确定性。     

WRF模式在云南一次强降水过程中的应用

利用WRF数值模式,针对云南省一次强降水过程进行的数值试验,得到几个有意义的结论:①WRF模式的三维变分同化系统能反映地转平衡等多变量之间的相互关系.②在此次强降水过程试验中,同化系统能把雷达反演风场中低空急流信息有效地引入模式初始场,并按照同化模型进行增量空间分配,有助于增强降水区的水汽输送,改善模式较强量级降水的预报漏报率.③多个时次雷达资料的同化对降水预报的改善更加突出,具有高时空分辨率特性的雷达资料同化在提高客观预报质量方面有着较好的应用前景.     

2909年春季巴里坤一次大降水天气过程诊断分析

2009年4月29日至30日巴里坤大降水天气过程的分析表明,大降水的水汽源地在昌吉州东部地区,水汽自源地向大降水区域输送和聚集.对流层低层的辐合和高层的辐散,造成对流层的上升运动,为大降水天气提供了动力条件.对流层中层的冷侵入,对大降水的作用非常重要.     

人工神经网络方法在短期天气预报中的应用

将人工神经网络方法试用于南京夏季短期降水分级预报,根据南京夏季梅雨期的天气特点,用统计和动力学方法从HLAFS(高分辨率有限区域预报系统)预报产品中寻找预报因子,然后用2种方法选取输入因子分别对人工神经网络进行训练,并利用抽取的5天雨量实况作降水分级预报检验.通过对人工神经网络方法预报降水的结果与HLAFS降水预报以及逐步回归预报的结果对比发现:与HLAFS数值模式的降水预报相比,人工神经网络降水预报方法的准确率提高了20%以上,而且漏报、错报明显减少;特别是与逐步回归预报相比,大到暴雨的预报准确率得到了明显提高,这一研究表明人工神经网络方法在短期天气预报中也会有较大的应用价值.     

华南春旱特征及其与水汽输送的关系

利用1979-2005年华南47个基准站降水资料及由NCAR/NCEP II再分析资料计算所得的水汽输送通量资料,对华南春季降水特征及其与水汽输送的关系进行研究,结果表明:华南春季降水可以110.5°E为界划分为两个区域,以东区域为华南I区,以西区域为华南II区。I区降水具有显著的下降趋势,即干旱趋势显著;而II区降水下降趋势要弱得多,未超过信度检验。此外,I区降水在1994年发生突变,由多雨期突然跃变到干旱期。华南春季水汽主要来源于南海和西太平洋,并经中南半岛转向输送到华南,当南海中北部的偏南水汽输送偏弱(强)时,I区降水偏少(多),I区偏旱(涝),当南海西南部-中南半岛南部的偏南水汽输送偏弱(强)时,II区降水偏少(多),II区偏旱(涝)。     

"98·7"特大暴雨降水资料的四维变分同化研究

1998年7月21日00UTC～22日00UTC,湖北省的武汉-黄石地区发生了特大暴雨,其中黄石市24 h降水量达276 mm.文中应用四维变分资料同化方法,研究了初值对这次暴雨过程数值模拟的影响.通过对6 h同化窗口内339个站点逐小时观测降水的变分同化,MM5伴随模式得到了一个与模式相协调并且在热力和动力上都接近于自然强降水发生的初始场,使用该初始场模拟的武汉-黄石地区的24 h降水量超过了220 mm.在同化降水观测资料的同时加入了湿度观测资料后,在一定程度上约束了模式的水汽场,防止了同化窗口内模式初始场越过最佳逼近,从而使降水模拟的TS评分得到进一步提高.     

上海某基坑降水三维渗流模拟

根据降水试验反演得到的含水层水文地质参数,采取按需降水的方法对工程开挖过程中所需降水水位进行设计计算以减小降水对基坑周边环境的影响,通过三维数值模拟方法得到水位随时间的变化与实际监测数据进行对比,得到较好结果。     

青藏高原积雪异常对亚洲夏季风气候的影响

为了研究青藏高原积雪异常对亚洲夏季风气候的影响,从季风环流和季风降水等方面综合分析了高原积雪异常对气候的影响,并利用IAP 9L AGCM模式,对高原雪量进行了增加和减少的数值试验。从而提出高原多(少)雪年南亚夏季风偏弱(强),东亚夏季风反而偏强(弱)的新观点。高原积雪异常会导致高原上空大气垂直运动的扰动,扰动传播到下游致使我国长江流域和西太副高所在区域大气对流运动发生变化。高原多(少)雪,夏季我国南方的偏南风增强(减弱),有利于水汽从孟加拉湾和南海向我国大陆输送,但到长江流域时,由于偏南风存在较强(弱)的辐合,江淮流域偏涝(旱)。     

长江中下游梅雨期热量和水汽收支研究

分别计算热量和水汽收支方程,得出1991年长江中下游梅雨期(5月18日至7月13日)降水区内面积平均的视热源Q_1和视水汽汇Q_2高度时间剖面图,由该图的垂直分布特征,可以看出梅雨期可分为三个降水时段,每个时段加热的强度和垂直分布形式互不相同,其中第三时段明显呈现典型对流性降水性质。其次对收支方程垂直积分,得出105—122°E,24—40°N区域第三时段内Q_1和Q_2高度-时间积分的水平分布图,两者水平分布形式比较一致,且与实际降水量分布较为吻合,说明加热场主要由凝结加热过程所致,同时也证实上述Q_1和Q_2的计算结果是可靠的。     

降雨入渗对填埋场土壤水分动力学行为的影响

建立了一维垂直非饱和土壤水分运动的数学模型,并采用有限差分方法对模型进行数值求解,模拟了不同降雨强度条件下水分分布的动态规律,数值模拟结果表明:降雨强度的大小直接影响着土壤水分湿润锋的分布,并且所建立的模型与实验测试结果吻合较好,验证了模型的可靠性,从而可为定量化研究填埋气体和浸出液释放提供理论根据。     

多年冻土路基水-热-力耦合理论模型及数值模拟

在建立多年冻土地区路基非稳态温度场控制方程、水分迁移的有限元控制方程和路基变形场及应力场计算模型的基础上，提出水-热-力耦合模型。以青藏公路唐南段K3393＋950的冻土路基为计算对象，得出了1月份路基温度场、水分场及应力场（变形场）的分布规律：路基温度场内部存在着未冻土核；水分场在温度梯度的作用下有向冻结冰锋线迁移的趋势；在负温条件下，土体的体积含冰量超过临界值时，将产生冻胀现象。研究结果表明，多年冻土地区路基的温度场、水分场及应力场一直处于动态变化中，路基的热状况、水分状况与变化规律及由此引起的应力重分布是引起道路冻害的主要因素。     

微小气候理论模型的数值计算

为数值求解微小气候热湿传递理论模型，通过定步长隐式差分法对所建立的数学模型进行数值分析，并编制了计算机模拟分析微小气候区动态热湿传递过程的应用程序。     

Moisture transport source／sink structure of the Meiyu rain belt along the Yangtze River valley

Based on the analyses of the moisture transport structure in the whole layer of the troposphere along the Yangtze River valley during draught/flood years using the NCEP reanalysis data, this paper reveals that there exists a key region with a “Large Triangle” shape of transporting moisture for the Tibetan Plateau to Meiyu Belt and its“source/sink” structure; discloses that the interannual variation of the whole budget of inflow and outflow of moisture through the boundaries of a “Large Triangle” key region has the in-phase characteristic. Then a moisture transport structure over the skirt of the plateau and a conceptual model on the “transfer post” of moisture transport in the area of the South China Sea-Tibetan Plateau-Yangtze River valley in summer are put forward in this paper: the anti-phase feature of whole layer moisture transport flow patterns of Yangtze River valley during drought/flooding years is exhibited using the computational scheme of whole layer moisture transport correlation vector fields; a comprehensive dynamic model and its physical diagram of the teleconnection source/sink structure of the moisture transport of the Meiyu rain belt have been made. It shows that the moisture transfer effect over the skirt of the plateau from the ocean (Indian Ocean, South China Sea and west North Pacific) led to a moisture confluence belt in the Yangtze River valley and the teleconnection moisture transport source/sink structure over the “Large Triangle” shape area in flooding years.     

土壤热湿迁移实验与数值模拟的研究

对蒸发状况下土壤中的热湿迁移进行了实验研究,同时也对相应条件作了数值模拟,所得结果能够相互验证．在此基础上阐述了土壤中热湿迁移的一般规律．     

基于COMSOL软件的深埋地下工程围护结构热湿耦合传递模拟

围护结构内的热湿耦合传递是影响地下工程热湿负荷的重要因素,为了研究深埋地下工程中围护结构的热湿行为,通过建立热湿耦合传递模型,以两种衬砌结构为研究对象。在进行热湿传递模拟时,为体现含湿量对材料导热性能和传湿性能的影响,模型中将建筑材料的各项参数均表示为含湿量的函数。利用COMSOL Multiphysics的偏微分方程接口,模拟围护结构的热湿吸放过程,并比较两种衬砌结构的热湿传递规律。模拟结果表明:围护结构的热湿负荷变化略滞后于工程内部空气的温湿度的变化过程;离壁式衬砌结构的热负荷远小于贴壁式衬砌结构;离壁式衬砌中的空气夹层能有效增加围护结构的热阻,但是会降低围护结构的传湿阻力;离壁式衬砌结构和室内空气的传湿量略小于贴壁式衬砌结构,两者相差大约30%;离壁式衬砌更能够减小深埋地下工程的热湿负荷,降低工程能耗水平。