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城市与地形影响下的雷暴新生和传播机理

成果登记号: 中气科成登[2016]0003
成果名称: 城市与地形影响下的雷暴新生和传播机理
第一完成单位: 中国气象局北京城市气象研究所
研究时间: 2006-01  至  2013-07
研究领域: 天气
成果分类: 基础理论类
成果形式: 机理理论  
来源计划: 国家计划/科技支撑计划
成果简介: 在“十一五”科技支撑重点项目、国家自然科学基金、公益性气象行业专项、北京市科技计划项目等一系列基础研究项目的支持下,研究团队围绕“城市与地形影响下的雷暴新生和传播机理”开展了长期深入系统研究,其目的是深化和细化对局地暴雨的直接制造者—雷暴的发生、发展规律的认识,为城市和地形影响下的局地暴雨的定时、定点、定量预报提供理论基础。主要研究内容包括:从中尺度天气动力学理论入手, 利用尺度分析的方法, 得到了地形与城市热岛共同作用下的β 中尺度暴雨的一系列理论特征;从大气运动的基本方程出发, 讨论了华北地区太行山东侧低空东风气流背景下不同垂直分布气流对降水落区的影响;从中尺度扰动方程出发, 并通过天气过程演变实例, 研究了地形热力作用、局地强降水在边界层急流形成过程中的作用;利用北京地区20 个气象观测站最近30 年冬季(12~ 2 月)、夏季(6~ 8 月) 平均气温、降水量和降水日数资料, 研究了城市热岛效应的年代际变化及其对降水的影响;利用多种类型的高时空分辨率观测资料以及多普勒雷达四维变分分析资料,针对发生在北京地区的几次多单体雷暴系统演变过程,研究了线性多单体对流系统传播过程中发生的形变过程、强弱变化和“列车效应”等现象的物理机制;通过“同化GPS 水汽等资料”及“耦合城市冠层模式”等技术方法,实现对椭圆形暴雨云团生成过程的云尺度分辨率的数值模拟,利用高时空分辨率的模拟资料,对暴雨云团的深对流组织化过程进行比较深入的热动力学研究,理解城市效应、地形、冷池出流在椭圆形暴雨云团形成中的作用。
研究成果围绕关键基础科学问题,同时紧密结合一线天气预报业务迫切需求,对天气预报业务工作发挥了重要的指导作用,8篇代表性论文被引用450多次,孙继松入选为中国气象局强对流研究团队首席专家。从理论和观测研究上证实了吹向山体气流的垂直分布不同,地形动力作用造成的降水落区不同,解决了预报人员如何理解“降水不下高原”或“降水不上高原”的科学认识问题;从理论上揭示了地形作用是边界层急流生消过程的主要因子,研究了边界层急流与中尺度局地暴雨之间的正反馈过程,指出了气象学界关于边界层急流形成原因和它在暴雨过程中的动力作用等问题上可能存在的认识偏差;揭示了北京城区南北两侧的冬季和夏季的降水日数、降水量的相对变化趋势明显不同,并利用简化的中尺度动力学原理较好地解释了城市热岛效应对北京冬、夏季降水的影响,为我国的城市中尺度天气动力学研究的奠定了基础;对形成特大暴雨的雷暴传播的“列车效应”给出了比较合理的理论解释,并指出最大对流降水中心一般出现在传播方向的前端,也就是假相当位温梯度密集区的顶端;研究了暴雨过程中罕见的“双对流云线”现象,指出雷暴沿近地面层最大扰动温度梯度带新生和传播的机制;提出了地形抬高山区雷暴的冷池出流,导致山前的雷暴新生地点跳跃式发展的观测事实和理论概念模型。
登记形式: 登记
成果年度: 2016
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