渭河流域致洪暴雨的天气学诊断分析与数值模拟研究

论文摘要

本文研究了秦岭北麓降雨与渭河洪水的洪峰流量、洪水总量的关系,认为秦岭北麓山区是渭河洪水的重要产流区,利用秦岭北麓降雨和气象部门的降雨数值预报,可以预估渭河下游洪水情况,并通过对渭河流域53次致洪暴雨过程的统计分析,总结了致洪暴雨的发生发展规律,并根据诱发原因和降水分布等特点将致洪暴雨过程分为四种致洪暴雨类型。同时,应用天气学原理和湿有效位能等知识对致洪暴雨个例进行了分析,总结出了致洪暴雨的天气学模型,讨论了暴雨型和天气型之间的对应关系。在此基础上,应用常规气象观测资料、水文实测资料和NCEP全球再分析资料（空间分辨率1°xl°）,对发生在2005年秋季的陕西渭河流域致洪暴雨过程从环流形势、物理量场等方面进行了初步的分析,发现这次暴雨过程是在有利的天气形势下,受500hPa低槽、副高以及中尺度低涡等共同作用产生的,并且涡度、散度等物理量场的高低空配置有利于维持较强的垂直速度,对暴雨的产生和维持有利。通过WRF模式对2005年秋季渭河流域致洪暴雨模拟结果显示,暴雨雨带走向、强降雨中心位置以及强降水出现的时间段等都与实况基本吻合,预报时效可达36-48小时;模式能成功地模拟出暴雨的主要影响系统和不同时段的风场演变变化。另外湿位涡诊断表明:强降水发生时,暴雨区上空低层是MPV＜0的不稳定区,MPV负中心出现在暴雨中心附近,并且有MPV1＜0,MPV2＞0且∣MPV1≥MPV2∣的环境大气,有利于暴雨的产生。最后,通过地形的敏感性试验进一步揭示了地形对致洪暴雨的增幅作用。分析表明,利用WRF模式可以对不同类型暴雨进行机理分析和研究,能够作为客观预报陕西渭河流域致洪暴雨的一种重要技术手段和工具。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 国内致洪暴雨研究现状
• 1.4 数值模式在致洪暴雨研究中的应用
• 1.5 研究的方法和内容
• 1.6 本论文特点
• 第二章 渭河流域致洪暴雨统计分析与天气学研究
• 2.1 渭河流域的地理气候概况
• 2.2 渭河洪水的类型
• 2.2.1 渭河洪水的产流区
• 2.2.2 渭河洪水的类型
• 2.2.2.1 上游型洪水
• 2.2.2.2 中下游型洪水
• 2.2.2.3 泾河来水型洪水
• 2.2.2.4 混合型洪水
• 2.3 秦岭北麓降雨与渭河洪水的关系
• 2.3.1 秦岭北麓降雨与渭河洪峰的关系
• 2.3.2 秦岭北麓降雨量与渭河洪量的关系
• 2.3.2.1 秦岭北麓降雨径流的推算
• 2.3.2.2 秦岭北麓降雨与渭河洪量的关系
• 2.3.3 秦岭北麓降雨与渭河洪峰出现时间的关系
• 2.3.4 用秦岭北麓降雨估算渭河洪峰流量和洪水总量
• 2.3.4.1 洪水总量的估算
• 2.3.4.2 洪峰流量的估算
• 2.4 渭河流域致洪暴雨的统计分析
• 2.4.1 资料与定义
• 2.4.2 统计与分类
• 2.5 致洪暴雨的天气学合成分析
• 2.5.1 上游暴雨型
• 2.5.2 连阴雨中暴雨型
• 2.5.3 叠加暴雨型
• 2.5.4 本区域暴雨型
• 2.5.4.1 东高西低型
• 2.5.4.2 低涡切变型
• 2.5.4.3 副高控制型
• 2.6 2005年秋季渭河流域致洪暴雨的天气学诊断分析
• 2.6.1 降水概况
• 2.6.2 天气形势及影响系统分析
• 2.6.2.1 500hPa环流背景
• 2.6.2.2 700hPa切变与低空急流
• 2.6.2.3 天气形势及影响系统
• 2.6.3 水汽条件诊断分析
• 2.6.3.1 相对湿度垂直分布
• 2.6.3.2 比湿时空变化
• 2.6.3.3 水汽通量及水平输送
• 2.6.4 Q矢量诊断分析
• 2.6.4.1 Q矢量锋生函数
• 2.6.4.2 Q矢量散度
• 2.6.5 动力场诊断分析
• 2.6.5.1 涡度场
• 2.6.5.2 散度场
• 2.6.5.3 垂直运动
• 2.6.6 能量条件诊断分析
• 2.6.7 卫星云图演变分析
• 2.7 小结
• 第三章 WRF预报模式与2005年秋季致洪暴雨数值模拟分析
• 3.1 模式系统简介
• 3.2 控制方程
• 3.3 模式程序结构与计算流程
• 3.3.1 模式程序结构设计
• 3.3.2 WRF程序计算流程
• 3.3.3 模式的动力框架
• 3.4 模式物理方案
• 3.4.1 云微物理过程
• 3.4.2 积云对流方案
• 3.4.3 其他物理方案
• 3.5 数值实验方案及结果检验
• 3.5.1 数值实验方案设计
• 3.5.2 降水过程及模拟降水结果的对比分析
• 3.5.2.1 2005年9月20日和10月1日降水实况
• 3.5.2.2 2005年9月20日和10月1日过程降水的模拟分析
• 3.5.2.3 暴雨落区与降水量的模拟结果评定
• 3.5.3 主要影响系统的模拟分析
• 3.5.3.1 9月20日暴雨过程低涡演变模拟分析
• 3.5.3.2 10月1日暴雨过程低层风场演变模拟分析
• 3.5.4 α中尺度系统分析
• 3.5.5 β中尺度系统分析
• 3.5.6 天气尺度系统分析
• 3.6 对流稳定性分析
• 3.7 动力结构分析
• 3.8 湿位涡诊断分析
• 3.8.1 MPV1分析
• 3.8.2 MPV2分析
• 3.9 小结
• 第四章 地形与致洪暴雨关系分析
• 4.1 渭河流域概况
• 4.2 地形敏感性试验
• 4.2.1 降雨量的分析
• 4.2.2 700hPa流场的分析
• 4.3 小结
• 第五章 结论与讨论
• 5.1 本文结论
• 5.2 尚待解决的问题
• 参考文献
• 致谢