祁连山降水特征及数值模拟研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:FRESH_STAR
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
降水是最基本的气象要素之一,也是水循环过程中重要的基础环节。目前,从天气学和气候学的角度研究降水的工作很多,但对复杂地形作用下降水的研究仍然是一个难点。祁连山是青藏高原东北边缘的一系列山系,是河西走廊甚至西北地区重要的水源补给地。近十年来在全球气候变化背景下该地区的降水存在很多不确定性变化,因此亟需研究该地区降水的气候特征和形成机理。本文首先基于2009-2019年高精度的观测资料并结合NCEP/NCAR再分析资料,统计分析了祁连山近十年降水的时空分布特征,及占祁连山全年降水量90%以上的湿季降水的周期特征;再鉴于观测站点的疏密情况分段初步探讨了地形对降水的影响,并挑选出代表站分析了海拔高度与降水的联系;然后挑选降水量最多的7、8月中的区域性降水事件个例合成分析了降水的大气环流场和水汽场。在此基础上,挑选出2019年7月28日的一次系统性降水个例进行了WRF数值模拟,综合运用模式模拟结果和观测资料,再采用三维变分资料同化系统(3DVAR)同化地面观测风场资料,并检验其对模拟结果的影响及可能原因。最后选用准地转涡度方程、爬流和绕流方程以及水汽收支方程等动力诊断方法来分析了此次降水的形成机理。得到以下结论:(1)近十年祁连山及周边地区的年累积降水量整体上呈现出东多西少、南多北少的空间分布特征,研究区域内存在明显的降水偏多现象,2015年最为明显,山南降水普遍多于山北。近十年来的年平均降水量整体上呈现出振荡增加的趋势,夏季降水量最多,冬季最少。湿季(5-9月)总降水量占全年降水量的90%以上,7、8月份是降水最多的时段。“准单周振荡”周期信号在整个湿季是最显著的,“准双周振荡”信号在7、8月份最为主要。祁连山地区降水偏多的大气环流特征主要为:中高纬度“一槽一脊”、中纬度巴尔喀什湖大槽、低纬地区孟加拉湾气旋和稳定的副热带高压。在上述条件的基础上,有利的地形、更好的水汽条件及西北涡的存在是造成7、8月份祁连山山南降水普遍多于山北的原因。(2)WRF模式对降水个例的模拟结果显示,模拟的500h Pa上的高空槽系统与再分析资料中的有很好的对应关系,模拟的700h Pa上受地形强烈影响的局地风场也展现出很好的模拟效果。在降水场上,虽然模拟的降水中心的降水量偏大,但无论是降水初期还是强降水阶段,模拟的雨带位置和分布都可与实况保持一致。资料同化结果表明,WRF模式中加入三维变分资料同化系统可以有效削弱未同化前对降水的高估误差。650h Pa是爬流体现的关键层,其上流场表明,不管是否有资料同化模拟的降水中心都位于高大山体的迎风坡前。同化后,风场得到明显改进,降水中心近地面的爬流明显减弱,使得上升运动减弱,达到对流触发的降水也因此大大减小。由于地形强迫的爬流仅是上升运动的一部分,因此直接的垂直速度更能反映降水过程中上升运动的发展情况。资料同化后的结果表明,降水中心上空的垂直速度确实明显减弱了,对应的降水也减小了。(3)基于可靠的WRF模式模拟结果,分析了此次降水的形成机理。利用准地转涡度方程诊断中高层的大尺度槽脊系统发现,整个降水过程中正的绝对涡度大值区位于槽的前部,槽的位置指示着雨带的位置。利用爬流和绕流方程诊断大气低层的中小尺度局地动力条件表明,在强降水阶段的降水中心附近,当绕流较大时,爬流相对较小,反之亦然;全风速风场的局地辐合主要来自绕流风场的贡献,但贡献较小的爬流风场对水汽的垂直输送有着重要作用。分析水平和垂直方向上的水汽输送特征表明,此次降水过程的水汽源地主要为四川盆地,也有部分水汽从孟加拉湾和西太平洋向祁连山地区输送,但均在四川盆地得到显著加强;绕流会为降水区输送丰沛水汽,爬流则会促进水汽沿地形的梯度输送并在降水中心辐合上升。强降水阶段的水汽收支则表明,该阶段对水汽收支起主导作用的是水汽的垂直输送,水汽的辐合作用略微低于前者,水汽局地变化基本可以忽略。对中尺度层结不稳定性的分析说明,当大气动力条件和水汽条件都有利于降水时,对流层中低层层结不稳定性增强更易触发强对流从而增强降水。
其他文献
工频整流器作为交流电网与工业电子设备的接口,其所具有的时变性及强非线性特性会对电网造成谐波污染,带来严重的电能质量问题,尤其在大功率场合。多脉波整流(Multi-Pulse Rectification,MPR)技术是治理大功率整流系统谐波污染的重要途径之一。MPR的直流侧无源谐波抑制方法能力有限,在降低低次谐波的同时会增加高次谐波的含量,而有源谐波抑制方法虽然抑制效果显著,但不能改善MPR的输出电
学位
大气气溶胶可以通过直接效应、半直接效应及间接效应调整地气系统的辐射能量平衡,进而对气候变化产生显著的影响。不同类型的气溶胶垂直分布对大气热力结构、大气稳定性会产生显著不同的影响,是影响估算气溶胶辐射强迫不确定性的重要因素之一。此外,气溶胶的远距离传输和局地排放显著影响了其分布特征,并对大气环境和人类健康造成严重的危害。因此,研究大气气溶胶的垂直分布、变化趋势、传输特征和人为排放贡献对评估气溶胶的气
学位
陆地水储量(TWS,Terrestrial water storage)是对区域水资源含量的整体衡量,其减少会加剧区域水资源短缺、加速海平面上升、威胁生态系统健康并限制社会经济的发展。然而,多种观测和模式数据均表明,全球范围内的陆地水储量正在发生改变,甚至许多地区出现了水储量的显著枯竭。陆地水储量下降已成为近年来最令人担忧的现象之一。此外,多项研究结果暗示,最近的陆地水储量枯竭主要集中在脆弱敏感的
学位
大气微生物的环境和健康效应是当前的研究热点,定量评估上述效应需要准确了解大气微生物的分布特征。已有研究主要关注大气微生物的季节变化以及污染事件发生前后微生物浓度和群落结构特征的变化,大气微生物分布特征的系统性研究仍然有限,虽然国内多个城市都展开过大气微生物观测实验,但由于观测和分析方法的不统一,已有研究结果不适合直接比较。本研究在内蒙古自治区、青海省、新疆维吾尔自治区三省(区)地面以及甘肃省敦煌市
学位
随着全球工业化、现代化步伐的加快,一场席卷全球的能源短缺危机正在蔓延。全球资源储备、能源消耗和环境污染的形势也日益严峻,实现人类社会的可持续发展,已引起全世界的共同关注,其核心问题是实现经济社会和人口、资源、环境的协调发展。节能减排是党中央、国务院作出的推进碳达峰、碳中和工作的重要举措,对加快经济社会绿色转型发挥了重要作用。板翅式换热器作为一种高效的紧凑型换热器被广泛的应用于石油化工、电力机车、航
学位
在京津冀及周边、汾渭平原和长三角等重点区域,重污染天气中PM2.5质量浓度可高达几百微克/立方米,大气污染依然是广泛关注的问题。本文选取北京市2006~2020长时间序列污染物资料,利用Morlet连续小波变换方法分析了五种污染物CO、O3、NO2、SO2、PM2.5的周期性变化特征,结果显示以上污染物具有显著的日变化,周变化特征,季节和年变化特征。根据大气扩散指数(ASI)将天气条件分成四类,分
学位
过去几十年,城市土地扩张成为中国城市化发展的重要主题,它通过改变交通需求和排放源等方式,影响区域气候和环境。不同区域或季节,城市化对气象要素和空气质量影响有所不同,因此探讨特定区域城市建设导致的土地覆盖变化对气象要素和空气质量影响十分重要。兰州新区作为中国西北第一个国家级新区,2015至2020年城市土地面积明显扩张,常住人口显著增长,城市化进程快速发展,所以本文以兰州新区建设为例,探讨土地覆盖变
学位
现代有轨电车以绿色污染小,低能耗、低噪声、低工程造价,安全系数高等优点成为国内外许多城市发展城市市区和郊区公共道路交通的首选。但随着系统运量的增加、运行距离的延长,对节能和环保方面提出了新的挑战,“双碳”政策下,国家对环境污染的防治力度进一步加大。现代有轨电车节能策略的研究,不仅给给轨道交通企业在电能消耗系统化管理及节能措施的制定提供理论基础,同时为在建线路的前期系统规划和已运营线路的后期运营组织
学位
接触网腕臂绝缘子是电气化铁路广泛应用的部件之一,作为接触网支持装置中电气绝缘机械固定的器件,绝缘子性能直接影响牵引供电系统的稳定运行。我国风雪区段分布广泛,容易发生供电线路闪络事故,影响牵引供电系统的正常运行。本文以既有线路已安装的瓷腕臂绝缘子为研究对象,通过有限元仿真软件,将电场特性和雪晶沉积特性作为衡量风雪环境下腕臂绝缘子的性能指标,分析风雪环境下绝缘子的绝缘状况。从洁净绝缘子和积雪绝缘子的电
学位
全球气候变化的背景下,虽然我国沙尘天气发生的日数有所减少,强度有所减弱,但是沙尘天气的发生仍会降低空气质量、威胁人民健康、影响全球气候;沙尘天气尤其是沙尘暴的形成机制极其复杂,有必要对我国沙尘天气尤其是高发区域沙尘暴的形成机制进行深入研究。本文首先利用1980-2018年的中国沙尘地面气象观测资料和MERRA-2(The latest second Modern-Era Retrospective
学位