诱发秦巴山地灾害暴雨的数值模拟和诊断分析

论文摘要

本文对山地灾害发生的原因作了初步分析,发现复杂地形地貌是山地灾害发生的内因,暴雨是山地灾害发生的主要外因之一。本文主要采用多种常规资料和非常规资料,对2002年6月8日诱发佛坪特大山地灾害的大暴雨过程作了详细的分析,数值模拟,诊断分析,并用敏感性试验来分析中尺度地形在陕西降水中发挥的作用,得出了一些有意义的结果。 1 低涡切变线、西南风低空急流、东风气流和地面倒槽是本次暴雨的主要影响系统,该地区维持高能,饱和,位势不稳定的小环境,有利于特大暴雨的产生和维持。 2 低涡东部的西南暖湿气流上发生发展的中β尺度系统是这次暴雨的直接原因,源源不断的水汽输送和凝结,潜热的释放使暴雨得以发生发展。 3 湿位涡、螺旋度和湿Q矢量的诊断分析表明暴雨区对流层中层存在较强的条件性对称不稳定层结,低层为对流性不稳定层结,西南涡、切变线和西南低空急流的维持使垂直上升运动发展加强,从而导致了暖湿气流、不稳定能量和气旋性涡度不断地向暴雨区输送,造成暴雨的发展加强。同时还发现它们对暴雨落区和时间的预报有较好的指示意义。 4 秦岭山脉使陕北长城沿线、秦岭山脊及其南坡、汉江河谷一带降水量增加,秦岭北坡、关中盆地、黄土高原一带、米仓山脊和大巴山脊降水量减少;秦岭地形的高度变化与陕北南部降水量呈反相关,与迎风坡降水量关系不大;秦岭对降水的影响主要是通过地形产生的附加环流实现的。巴山各部分主要是影响秦岭、巴山,汉江河谷和陕北的降水,对关中盆地的降水影响不大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 山地灾害研究进展
• 1.2 暴雨数值模拟及诊断分析研究进展
• 1.3 地形对暴雨影响及其数值模拟的研究
• 1.4 论文研究目的、研究方法和研究成果及结论
• 1.4.1 本论文研究目的
• 1.4.2 本论文研究方法
• 1.4.2 本论文特点
• 第二章 山地灾害分布规律及其成因分析
• 2.1 山地灾害分布规律
• 2.2 山地灾害成因分析
• 2.2.1 降水
• 2.2.2 地形
• 2.2.3 地质
• 2.2.4 人为因素
• 第三章 诱发山地灾害的暴雨过程分析
• 3.1 雨情、灾情概述
• 3.2 暴雨发生的气候背景
• 3.3 大环流形势的调整
• 3.4 影响系统
• 3.5 地面形势分析
• 3.6 雨量场时空分布特征
• 3.7 中尺度对流云团分析
• 3.7.1 初生阶段
• 3.7.2 发展阶段
• 3.7.3 成熟阶段
• 3.7.4 减弱、消亡阶段
• 第四章 MM5模式介绍
• 4.1 模式系统的介绍
• 4.2 模式的水平和垂直格点
• 4.3 控制方程
• 4.4 模式中物理选项
• 4.4.1 积云参数化方案
• 4.4.2 行星边界层方案
• 4.4.3 显式水汽方案
• 4.4.4 辐射方案（IFRAD）
• 4.4.5 地表温度方案
• 4.5 边界条件
• 4.5.1 侧边界条件
• 4.5.2 底土层边界条件
• 4.5.3 上层边界条件
• 第五章 暴雨过程中天气系统中尺度数值模拟及物理量场诊断分析
• 5.1 模式方案设计
• 5.1.1 模式格距及计算区域的范围
• 5.1.2 初始场及侧边界
• 5.1.3 模式物理过程
• 5.2 降水模拟与实况对比分析
• 5.3 温压场的模拟
• 5.4 中β尺度低涡模拟分析
• 5.5 常用物理量诊断分析
• 5.5.1 强上升运动和水汽条件的耦合发展
• 5.5.2 上升运动与位势不稳定的耦合作用
• 5.5.3 涡散场及其相互藕合发展
• 5.5.4 小结
• 5.6 位涡分析
• 5.6.1 干位涡与暴雨的关系
• 5.6.2 暴雨过程中湿位涡分析
• 5.6.2.1 湿位涡表达式
• 5.6.2.2 湿位涡垂直分布特征
• 5.6.2.3 湿位涡的水平分布特征
• 5.6.3 位涡发展与暴雨关系的物理机制
• 5.6.4 讨论与结论
• 5.7 螺旋度分析
• 5.7.1 螺旋度概念及计算方法
• 5.7.2 总螺旋度与暴雨的关系
• 5.7.3 局地螺旋度的水平和垂直结构特征及其与暴雨的关系
• 5.7.4 螺旋度物理意义及其在暴雨发展中的作用
• 5.8 湿Q矢量分析
• 5.8.1 湿Q矢量的计算及其物理意义
• 5.8.1.1 计算公式
• 5.8.1.2 Q矢量与次级环流的关系
• 5.8.1.3 非地转ω方程
• 5.8.2 计算结果分析
• 5.8.2.1 湿Q矢量散度及其与降水落区之间的对应关系
• 5.8.2.2 湿Q矢量散度与降水滞后关系
• 5.8.2.3 湿Q矢量与次级环流的关系及其对暴雨的促进作用
• 5.8.2.4 湿Q矢量与锋生锋消的关系
• 5.8.3 结论与讨论
• 第六章 中尺度地形对陕西强降水影响的数值模拟及结论分析
• 6.1 试验方案设计
• 6.2 秦岭山脉对陕西强降水的作用
• 6.2.1 降水实况与模拟结果对比
• 6.2.2 流场模拟分析
• 6.2.3 秦岭山脉的动力作用
• 6.2.4 秦岭山脉对水汽和热力场的作用
• 6.3 巴山对陕西强降水的作用
• 6.3.1 米仓山对陕西强降水的作用
• 6.3.2 大巴山对陕西强降水的作用
• 6.3.3 巴山峡口地形的作用
• 6.3.4 巴山整体对陕西降水的作用
• 6.4 小结与讨论
• 第七章 结论与讨论
• 7.1 环流形势背景、影响系统及触发条件
• 7.2 中β尺度系统明显
• 7.3 中尺度地形在本次暴雨过程中的作用
• 7.4 存在的问题
• 参考文献
• 文章附图
• 致谢