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再入海台风基本特征数值模拟及影响因子研究

再入海台风基本特征数值模拟及影响因子研究

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作者：邵彩霞南京信息工程大学

学位级别：硕士

运用数值模式模拟和预测台风路径、强度、结构、环境要素分布,是台风预报的重要手段。数值模式的模拟与预测性能,直接影响预报效果。目前在我国wrf（Weather Research Forecast）中尺度模式被广泛用于台风研究和台风预报,本文针对两次... 详细信息

运用数值模式模拟和预测台风路径、强度、结构、环境要素分布,是台风预报的重要手段。数值模式的模拟与预测性能,直接影响预报效果。目前在我国wrf（Weather Research Forecast）中尺度模式被广泛用于台风研究和台风预报,本文针对两次再入海台风事件,均为当时模式预报不理想个例,运用wrf中尺度数值模式再模拟,并重点考虑几项模式中可调因子,探讨这些影响模式模拟与预测效果的因子在台风再入海阶段模拟中的作用。台风0713号与0407号均为典型再入海台风,0713号在浙江东南登陆北上,从江苏北部再入海,进入黄海;0407号台风在浙江东北登陆后,很快就从杭州湾再入海,进入东海。本文以此两例台风为模拟对象,选取台风再入海阶段,考虑影响台风发展的上层热力因子—模式的云微物理过程,影响台风活动的下层热力因子——模式海表温度,以及对台风三维风场结构进行调试的的动力因子——模式台风Bogus方案。探讨这几项热动力影响因子对再入海台风路径及强度模拟效果的作用和预测能力。论文设计比较了常用的过程不变海表温度（SST）与台风过程时变的曰平均和6小时变化SST效果：模式中微物理方案PLIN和WSM6的比较,它们在台风庞大云体高层冰雪相的动力特征设计方面有差异,冰雪相变将造成云中潜热差异;模式Bogus方案改变模式初始风压场环境,从动力学角度影响台风结构与演变。通过对这几种影响因子的对应配置数值试验,探讨动力、热力影响因子对台风路径和强度数值模拟的综合效果。即它们对再入海台风的路径和强度模拟造成的影响。多项成组试验显示,鉴于台风登陆后再入海阶段仅十几或几十小时,过程变化的SST场的使用能够更好地诊断和模拟台风海气相互作用,改善对再入海台风路径与强度的预测,其中又以6小时时间变化的SST效果更明显。采用微物理过程WSM6方案给出的结果,对0713号台风从路径、气压、风力、以及感热和潜热等方面进行综合归纳,比PLIN方案更优一些。而对0407号再入东海台风的模拟,微物理过程PLIN方案给出的路径效果较好,WSM6方案给出的综合效果较好。加入wrf自带的Bogus方案的环流动力调整因子的试验显示,对于0713号台风而言,Bogus方案在台风路径的模拟方面有明显改善,对过程时变的SST海温场也是敏感的,与热力影响因子WSM6的配置更好些。但对0407号台风的模拟,Bogus方案的效果不显著。模拟出的台风再入海阶段的海气界面感热与潜热空间分布显示,正的感热高值区为台风生存提供能量,并对台风移动有较好的指示性;台风潜热高值区位于台风风力辐合增强区,此处潜热高值区与台风结构配合,对再入海台风活动的持续有正贡献。

关键词：再入海台风海表温度(SST) wrf模式模拟微物理方案台风Bogus方案

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东北暴雨天气气候特征及东北低涡结构研究

东北暴雨天气气候特征及东北低涡结构研究

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作者：乔枫雪中国科学院研究生院（大气物理研究所）

学位级别：硕士

东北地区地处中高纬度,夏季受季风的影响,暴雨的强度和频次并不一定比纬度较低的地方少,而且东北地区河网水系密布,大范围的暴雨常常会造成严重的洪涝灾害,危害人民的生命财产。近年来,许多学者对东北地区降水的研究,多集中在对降水的... 详细信息

东北地区地处中高纬度,夏季受季风的影响,暴雨的强度和频次并不一定比纬度较低的地方少,而且东北地区河网水系密布,大范围的暴雨常常会造成严重的洪涝灾害,危害人民的生命财产。近年来,许多学者对东北地区降水的研究,多集中在对降水的多年气候态的分析,发现1990年代处于旱涝交替出现的波动状态,90年代中后期有转入干旱的趋势。除了对东北地区气候特征的研究外,早期对东北暴雨过程的研究主要集中在20世纪80年代前,相对于我国华南、江淮流域暴雨的研究而言,东北暴雨的研究较少,然而1998年的松嫩流域大洪水和2005年的辽河洪水,使东北地区暴雨研究的重要性再次突显。本论文使用的资料是:1990—2004年的全国730站的日降水资料(日降雨量是指前一天北京时间20时至当日20时)和2005年的加密站点资料(日降雨量是当天北京时间08时至第二天08时),以及NCEP每天4个时次的1°×1°格点资料。本论文主要包括三部分的内容,第一部分是对1990～2005年东北地区大暴雨过程的分类研究;第二部分着重分析引发大暴雨的两类不同特点的东北低涡个例的结构、涡度和水汽收支,即个例A(2005年7月28日)和个例B(1998年7月14日～15日);第三部分是使用wrf(Weather Research and Forecast)模式对低涡个例A进行48 h模拟,进一步分析低涡的结构以及造成暴雨的对流雨团的特征等。第一部分是文章的第二章。按照东北地区日降雨量大于50 mm的站点数不少于10个的标准,统计出1990～2005年东北地区的30个大暴雨个例,说明尽管我国北方处于干旱期,但暴雨过程仍时有发生。在统计的基础上,进一步对造成大范围暴雨过程的天气形势进行分类研究。考虑热带、副热带和西风带之间的相互作用,将每次暴雨过程的主要影响系统大致分为六类:(1)台风与西风带系统(西风槽、东北低涡)的远距离相互作用(9例);(2)登陆台风(或南来低涡)北上与西风带系统(西风槽、东北低涡)相互作用(7例);(3)台风直接暴雨(1例);(4)槽前暴雨(6例);(5)副高后部切变型暴雨(3例);(6)东北低涡暴雨(4例)。其中,台风的远距离水汽输送或是登陆台风北上与西风带系统相互作用仍是东北地区产生大暴雨或持续性大暴雨的重要环流条件之一,这与孙建华等分析的上世纪末华北地区产生大暴雨的环流特征有某些相似。表明东北、华北地区的影响系统之间存在某些联系。此外,与东北低涡有关的个例共有13个,因此东北低涡也是大范围暴雨的重要影响系统。第二部分是文章的第三章。从第二章统计的东北低涡大暴雨过程中选出两类不同特点的低涡个例,即个例A(2005年7月28日)和个例B(1998年7月14日～15日)。着重分析其结构、涡度和水汽收支的异同。前者为较深厚且稳定维持的东北低涡,后者是较为浅薄层次且移动较快的东北低涡。两者的热力、动力结构和降雨分布、水汽输送特征均有所不同,较清晰的给出了这两个不同路径类型的东北低涡暴雨的概念模型。发现:(1)东北低涡初期发展阶段,中层闭合中心的出现早于低层和高层,高层出现的最晚。低涡个例A发展深厚,200 hPa上出现了闭合中心,并且地面上诱发了锋面气旋,在低涡发展强盛期,地面气旋甚至达到锢囚状态。而低涡个例B则是一个中层低涡系统。(2)东北低涡并不完全都是传统意义上的东北冷涡。低涡个例A对流层内700 hPa～200 hPa为明显的冷心结构,而低涡个例B则在对流层内没有明显的冷心结构,而是西部偏冷,东部偏暖的分布,这也许是前者冷干空气侵入的过程更加明显所致。(3)中高纬阻塞高压的维持对东北低涡的发展和加强起着重要的作用。(4)东北低涡的发展加强,主要受到高层位涡向下传播的影响,高层位涡大值区下传的区域位于低涡涡区的东部,与低涡暴雨的落区有很好的对应。高层位涡下传与低层斜压锋区相互作用,促进了地面气旋的发展加强。这与欧洲的高空冷涡个例有某些类似,但是在我国东北地区高空位涡扰动更为明显。(5)对东北低涡涡度收支的计算可以发现,水平涡度平流项和水平辐散项对低涡的发展加强有最主要最直接的贡献。水平辐散项对低层涡旋的发展起直接的作用;水平涡度平流项在对流层内下负上正的分布,以及垂直输送项对地面气旋的发展也都有间接的作用。(6)高、低空急流的配置与东北低涡暴雨的落区和强度关系密切。东北低涡暴雨的水汽主要来自副高西侧低纬季风的向北输送,低层水汽辐合区与暴雨区的位置较一致。不同的是,东北低涡个例A的水汽输送不仅来自南边界,低涡以北也存在一条来自中高纬的水汽输送带,以南北向的辐合为主。而低涡个例B的水汽输送则主要来自南边界。第三部分是文章的第四章。利用高分辨模式的数值模拟结果作再诊断,并与实际观测分析进行比较,了解其异同。以更好弄清东北低涡暴雨的动力学和物理过程。对东北低涡个例A暴

关键词：东北暴雨过程东北低涡结构涡度收支水汽收支位涡分析 wrf模式模拟

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城市尺度下基于LCZ理论的城市形态格局与微气候的关联性研究

城市尺度下基于LCZ理论的城市形态格局与微气候的关联性研究

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作者：周珏伦南京大学

学位级别：硕士

在城市化为社会经济发展带来诸多机会的同时,城市环境对城市微气候带来了很大的改变,引发了热岛效应、空气污染、降水异常等诸多负面影响。城市形态是城市环境的重要组成部分,在宏观层面,城市尺度下城市形态与城市微气候的关联性研究对... 详细信息

在城市化为社会经济发展带来诸多机会的同时,城市环境对城市微气候带来了很大的改变,引发了热岛效应、空气污染、降水异常等诸多负面影响。城市形态是城市环境的重要组成部分,在宏观层面,城市尺度下城市形态与城市微气候的关联性研究对于了解与优化城市微气候、指导城市设计具有重要意义;作为描述城市形态周边空间特征的重要属性,城市形态格局的差异产生了不同的地表热力与空气动力,影响了城市微气候,已经受到了建筑学、气象学与生态学等诸多学科的关注。在城市尺度下,城市形态格局是城市形态的类型与参数（建筑高度、建筑密度等）的分布情况。过去关于城市形态格局与城市微气候的研究中,受技术限制,很难对城市设计提供切实参考:对城市形态类型的分布状况进行量化时,采用生态学中的景观格局指数,多将城市建成类型归为一类;同时,对城市建筑参数格局的量化有限。在热岛效应研究领域,局地气候分区（Local Climate Zones,LCZ）理论对城市建成类型进行了详细的分类,不同建成类型对应基本的建筑参数,为建立城市形态格局与微气候的关联性提供了更加详细的城市信息,对城市微气候的改善具有重要的实践价值。因此,本研究使用LCZ理论对城市形态进行分类,以城市形态格局表征城市的周边环境特征,在此基础上研究城市形态格局与城市微气候的关系。同时,从类型分布与建筑参数量化城市形态格局,通过wrf（Weather Research and Forecasting Model）模式模拟获取城市微气候数据,以R语言进行关联性的量化分析。整个研究主要包含三大板块:数据处理与两个角度的关联性分析。在数据处理上,基于不同平台生成的城市形态格局数据与城市微气候数据在研究中实现了协同;同时,通过Pearson相关性对城市形态格局指数进行了初步筛选。在关联性分析上,一方面,通过城市形态格局指标与气温、地表温度、相对湿度与风速的线性回归分析,提取与各微气候要素关联性强的城市形态格局指标,为判断城市微气候状况提供参考。另一方面,通过夏季与冬季的生理等效温度（Physiological Equivalent Temperature,PET）与风速衡量城市微气候综合特征,以微气候敏感性表示此综合特征,通过线性回归分析与K-均值聚类分析,提取不同城市微气候敏感性特征下,城市形态格局指标及其特征值,建立评价城市气候敏感性的城市形态格局指标体系,为城市设计提供参考。本文正文共约43 000字,图表79幅。

关键词：城市微气候城市形态格局 LCZ理论景观格局指数 wrf模式模拟

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2017年陕西安康大暴雨成因分析

2017年陕西安康大暴雨成因分析

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第35届中国气象学会年会

作者：王毅军王敬囝关吉平国防科技大学气象海洋学院

＜正＞本文使用时间间隔为六小时的NCEP再分析资料和利用所学的天气学原理知识对2017年9月25日至27日陕西安康地区暴雨过程进行研究分析,再结合FY2G卫星云图资料对安康地区暴雨区的亮度温度进行对比分析;最后利用数值模式（wrf）对安康... 详细信息

＜正＞本文使用时间间隔为六小时的NCEP再分析资料和利用所学的天气学原理知识对2017年9月25日至27日陕西安康地区暴雨过程进行研究分析,再结合FY2G卫星云图资料对安康地区暴雨区的亮度温度进行对比分析;最后利用数值模式（wrf）对安康暴雨进行模拟,分析wrf模拟的结果,对影响暴雨发生发展的系统以及机制进行更为全面的诊断研究分析,并与该地区的实况降雨资料进行对比,本文的主要工作如下:

关键词：暴雨环流系统分析气象要素诊断分析红外通道亮温对比 wrf模式模拟

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