第一课题我国南方中尺度强暴雨系统的结构

与机理研究

谈 哲 敏谈 哲 敏中尺度灾害性天气教育部重点实验室中尺度灾害性天气教育部重点实验室

大气科学系 南京大学大气科学系 南京大学

“我国南方致洪暴雨监测与预测的理论和方法研究”

项目第二次专家组与课题组长联席会议

2005-8-29 北京

第一课题基本情况四个专题：（ 1 ）南方中 β 尺度强暴雨系统的结构与物理模型研究

（ 2 ）南方中 β 尺度强暴雨系统的动力学过程研究

（ 3 ）南方中 β 尺度强暴雨系统的多尺度相互作用

（ 4 ）南方台风暴雨系统的结构、发展模型与其他暴雨系统的比较研究

各专题研究内在关联各专题研究内在关联

多尺度作用

物理模型动力过程

台风暴雨

南方暴雨

课题成员分工课题成员分工： (14 人 )

（ 1 ）模型专题：孙建华（负责人）、赵思雄、贝耐芳

（ 2 ）动力专题：王元（负责人）、伍荣生、谈哲敏、陆汉城、沈新勇、方娟

（ 3 ）多尺度专题：高守庭（负责人）、张小玲、卫捷

（ 4 ）台风暴雨专题：张庆红（负责人）、陈联寿、李英

20052005 年进度安排年进度安排第一年（ 2005.01-2005.12) 研究内容： 2001/2002 年长江中下游野外试验资料以及 2003 年淮河等暴雨过程资料为基础，进一步分析典型暴雨过程的结构与机理

预期目标：针对中 β 尺度暴雨系统的结构与机理研究提出更为科学与先进的分析方案，并对 2002 、 2003 年典型暴雨过程进一步展开分析。发表高质量文章 8-10 篇，其中 SCI （ E ）达 3-4 篇。

20052005 年工作安排、进程年工作安排、进程（ 1 ）项目各成员明确各专题与子专题整个五年研究任务、研究目标以及相互之间的联系，完成了合同书的制定（ 2 ）目前为止课题的各专题按照合同要求比较顺利地了开展了研究（ 3 ）课题的整体研究取得了比较好的进展，取得了阶段性成果

20052005 年重要阶段性成果年重要阶段性成果（ 1 ）在项目原有的基础上继续开展大量个例（结合雷达、卫星、外场试验资料）： 暴雨过程： 98 年（武汉、香港）， 02 年淮河， 03 年淮河（南京） , 05 年（华南、广西） 台风过程： Winner (97), Fitow(02)（ 2 ）模拟与诊断分析相结合，深化结果，初步分析新结果（ 3 ）动力学过程取得了比较好的进展，取得了阶段性成果

(( 一一 ))““ 结构与模型”主要研究进展结构与模型”主要研究进展

（ 1 ）集中对我国华南 1998 年 HUMEX中一次台湾地区和香港地区的强暴雨中尺度系统进行分析（ 2 ）对 2005 年 6月广西暴雨进行了初步的分析（ 3 ）对 2001 年 5月印缅槽和孟加拉湾风暴活跃期间，地形诱生的辐合线和中尺度强对流系统的演变特征作料探讨（ 4 ）对 2003 年淮河暴雨个例－ 7月 3～ 5日采用观测资料进行了分析

从 6月 18日开始，受强盛的西南暖湿气流和弱冷空气的共同影响，广西出现强降雨过程，大暴雨中心位于桂北、桂中。从 6月 18日 20时到 21日 14时，过程累计雨量达250毫米以上有 5 个县市，其中象州县最大达 535毫米， 100－ 249.9毫米的有 24 个县市， 50－ 99.9毫米的有 10 个县市， 25－ 49.9毫米有 10 个县市。

6月 22日 6时 50 分，梧州市河东城区防洪堤在抵御了 25.40米水位的西江洪水后，终于被继续上涨的洪水漫顶。西江洪水漫过梧州市河东城区防洪堤时，已经超出河东城区防洪堤设计防洪水位近 1米。

2005 年 6月 18日 18时～ 19日 00时的 6 小时降雨量

2005 年 6月 19日 18时～ 20日 00时的 6 小时降雨量

2005 年 6月 19日 0000UTC 沿 110E 的剖面上的风场分布 由沿 110°E 的垂直剖面上的风场图，在 24°N附近，有垂直上升运动，且在低层有风的垂直切变。

2003 年 7月 3-5 日江淮流域（南京）移动性暴雨

7/05/08:00—7/06/08:00

7/04/08:00—7/05/08:00

7/03/08:00—7/04/08:00249 mm

274 mm

188 mm

2003 年 7月 5日00 时 38 分 合肥、马鞍山双多普勒雷达反演风场（单位： m/s ）和合肥雷达回波强度（阴影，单位： dBZ ）。

(a) 1.5 km ， (b) 2 km ， (c) 3 km， (d) 4 km

(a) (b)

(c) (d)

((二二 ))““ 动力学过程”主要研究进展动力学过程”主要研究进展

（ 1 ）强暴雨系统涡旋性动力学分析（ 2 ）梅雨锋暴雨系统的中尺度对流性涡旋形成与发展动力学过程：新对流触发（ 3 ）不同下垫面、地形对南方强暴雨系统的影响（ 4 ）中尺度对流系统演变中的非线性对流－对称不稳定

(a)

07.04 12 BST

(d)

07.04 20 BST

(g)

07.05 08 BST

(b)

07.04 14 BST

(e)

07.05 00 BST

(h)

07.05 12 BST

(c)

07.04 16 BST

(f)

07.05 04 BST

(i)

07.05 16 BST

L1

U1

L1

U1

L1

U1

L2

U2

L1

U1

L2

U2

L2

U2

L2

高、低空急流耦连与中尺度对流系统

区域 2 模拟的 300hPa大于 30ms-1 的水平风速（粗实线，间隔为 2ms-1 ）、 700hPa大于 15dBZ的雷达回波区（粗虚线所围区域）、850hPa 大于 12ms-1 的水平风速（阴影，细实线表示大于 16ms-1

的值，间隔为 1ms-1 ）和 850hPa位势高度场（细虚线，间隔为 5m），其中，图 a-c表征降水发生前，图 d-f表征降水增强阶段，图 g-i 表征降水减弱阶段

300hPa水平风速（大于 30ms-1 ）

850hPa 水平风速（大于 16ms-1 ）

700hPa雷达回波（大于 15dBZ）

850hPa 位势高度

(a) (b)

(c) (d)

07.05 00 BST 07.05 01 BST

07.05 05 BST 07.05 13 BST

区域 2 模拟的大于 20ms-1 的400hPa 水平风速（实线，间隔为 2ms-1 ）、 400hPa 大于零的水平散度（虚线，间隔5×10-5s-1 ）和 700hPa 大于 20dBZ 的雷达回波（阴影）

400hPa 水平风速

400hPa 水平散度

中尺度高空急流与中尺度对流系统

ULJ

LLJ

θe 低值区

θe 高值区

θe 低值区

干冷气流

暖湿气流

降水前（后）ULJ

LLJ

θe 低值区

θe 高值区

θe 低值区

干冷气流

暖湿气流

降水增强

ULJ

LLJ

θe 低值区

θe 高值区

θe 低值区

干冷气流

暖湿气流

降水减弱ULJ

LLJ

θe 低值区

θe 高值区

θe 低值区

干冷气流

暖湿气流

降水最强

暴雨前后锋区环流演变概念模型

对流发展

对称不稳定条件

斜压环境动量输送

中尺度环流增强有利的环境场

科氏旋转释放能量

convective system develops

the condition for the development of symmetric instability

transportation of momentumin baroclinic environment

release of the instability energy by coriolis rotation

favorable environment for the mesoscale circulation enhancing

对流－对称不稳定发展过程

非线性对流－对称不稳定的发展过程：首先是对流的发展，为对称不稳定的发展创造了条件，而对称不稳定发展的结果使对流组织化，环流加强，生命史增长，并且对流发展与对称不稳定的释放存在一个正反馈过程，从而给出了其中物理过程相互作用的概念模型。并对梅雨锋暴雨过程中的对称不稳定进行了数值试验分析。

((三三 )) 多尺度相互作用主要研究进展多尺度相互作用主要研究进展

（ 1 ）研究了 1998 年二度梅期间长江流域的天气特征，揭示梅雨锋暴雨的多尺度特征（ 2 ）研究了 20世纪长江流域 3次全流域灾害性洪水事件（ 1931 、 1954 、 1998 ）的气象成因分析（ 3 ） 2004 年 7月 14～ 21日湘西及淮河上游致洪暴雨的大尺度与中尺度特征分析（ 4 ） 2004 年 9月 2-6日川东和重庆大暴雨与 2005

年 7月 8～ 10日达州暴雨初步分析

多尺度相互作用主要研究进展多尺度相互作用主要研究进展

（ 5 ） 2005 年 6月 17～ 25日西江流域的致洪持续性强降水的大尺度与中尺度特征初步分析

2 、给出了强梅雨年长江流域梅雨期双锋结构的概念模型（图 3 ）；

3 、利用二维分辨模式模拟了热带地区表面降水过程，发现冰相变化同地表降水强度增大有超前负相关， 1-1.5 小时，所以预报地表降水强度要特别注意云内冰相过程的变化。 (Surface rainfall processes as simulated in a cloud-resolving model, J.G.R.,VOL. 110,D10202,doi:10.1029/2004jd005467,2005)

图 4 、粗实线、实线和点线分别表示 Ps 与 Qi ， Ps 与 Qw, Ps 与 Qm 的滞后相关系数。

其中 Ps 、 Qi 、 Qw 、 Qm 分别表示地表降水率、冰云混合比、水云混合比、水汽汇（水汽辐合与表面蒸发）。

台风暴雨主要研究进展台风暴雨主要研究进展

（ 1 ）台风内部不同尺度之间的相互作用及其影响作用（ 2 ）不同下垫面对登陆台风暴雨的影响研究：其中包括潮湿饱和地表、地形（海南和辽东半岛）、内陆湖泊水系在台风降水发生的作用（ 3 ）登陆台风的中尺度结构及其暴雨特征

Winnie 台风中的不同尺度相互作用

• 大尺度涡度分布激发中尺度螺旋雨带

• 中尺度螺旋雨带的传播改变大尺度涡度场的分布

存在问题及其建议存在问题及其建议

（（ 11 ）高分辨（时、空）降水资料、雷达与卫星）高分辨（时、空）降水资料、雷达与卫星资料资料

（（ 22 ）） 20052005 年年 66 月南方暴雨造成的灾害比较严月南方暴雨造成的灾害比较严重，建议尽快收集可能得到的资料（包括，加重，建议尽快收集可能得到的资料（包括，加密探空、地面、卫星和雷达资料等高时空分辨密探空、地面、卫星和雷达资料等高时空分辨率资料），以尽早开展研究率资料），以尽早开展研究

（（ 33 ）各专题进展不一致）各专题进展不一致

谢谢大家谢谢大家