干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 新疆大风天气发生机理及数值模式预报方法研究

Arid

	新疆大风天气发生机理及数值模式预报方法研究
	张广兴; 李红军; 刘永强; 马玉芬; 霍文
完成单位	中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所
登记(发布)日期	2013
中文摘要	1、立项背景随着中央西部大开发战略的实施和新疆经济的快速发展,人民的生命财产及工农业生产和城市生命线工程的气象安全保障服务愈来愈显得重要。经济越发展,单位面积投资密度越大,自然灾害造成损失的绝对额也就越高,而自然灾害的80%又是气象灾害。气象灾害不仅对农业造成危害,尤为突出的是对现代城市的影响更大,因为现代城市是一个综合性的大系统,依赖于供水、供电、供气、交通、通信等生命线工程的良好运行,这些生命线工程在气象灾害袭击下,脆弱性的表现事件屡见不鲜。由于城市聚集着众多的人口、大量的资金和财富,亦是政治、经济、文化中心,一旦受灾,即便是局部灾害,也会引起连锁反应,打乱城市正常的运转秩序,甚至影响城市的安定。新疆首府乌鲁木齐市位于乌鲁木齐河出山口的冲积扇上,抵御洪水能力十分脆弱,尤其是作为乌鲁木齐主要供水命脉的乌拉泊水库和红雁池水库高悬于城市之上,并且两水库库容有限,一旦遭遇持续性暴雨,将存在水库溃坝的重大隐患,给乌鲁木齐的经济和人民生命财产造成巨大威胁。如发生于1996年7月的暴雨,引发了乌鲁木齐河等多处大洪水,造成的直接经济损失高达3.758亿元,占乌鲁木齐当年财政收入的四分之一。强天气往往是高影响的事件,直接考验气象工作者和预报员,考验预报业务的科技支撑能力。新疆地域辽阔,站点稀少,而许多灾害性天气系统的空间尺度只有几公里到几十公里,时间尺度也只有几小时到十几小时,现有的预报产品时空分辨率仍然较粗,满足不了对中小尺度灾害性天气系统进行机理研究和实时业务预报的要求。区域数值模式1～3km的精细水平分辨率和较多的物理过程使其具有的强大的模拟能力,以及丰富的输出产品,为中小尺度天气系统的物理结构及发生发展机理的研究提供了新的高科技手段。中亚及新疆北部是我国冷空气活动的关键区之一,局地大风突发性强,破坏力大,给当地经济造成较大损失,对经济建设和人民生活产生较大影响,同时在沙源充足的新疆沙尘暴的核心问题是大风,大风的致灾以及伴随的沙尘暴的影响,使其成为真正的高影响天气。最为典型的是2007年2月28日凌晨2：50时,一列由乌鲁木齐开往阿克苏的5807次旅客列车行驶至三十里风区的小草湖附近时11节车厢被狂风颠覆,造成100多人受伤,4人死亡,场面惨不忍睹,引起了社会的广泛关注;用常规预报方法获取的资料对其发生机理、发展规律的研究存在较大的难度,进而较难做出准确的预报。区域数值模式系统将能有效的弥补常规研究和预报手段的不足。同时,通过分析认识强天气的发生机理,依次改进和优化模式方案,以此建立一套新疆强天气过程研究及业务数值模式模拟平台。可以提高沙漠气象研究所强天气理论研究水平,加强强天气的研究基础,同时为多轨道业务提供技术支撑。预报技术始终是大气科学研究的重要领域之一,强天气由于其高影响和高复杂性,其即使难点也是焦点。国外的天气预报业务发展经验告诉我们,数值预报是实现天气预报定时、定点、定量的最根本的科学有效途径,也是提高气候预测水平的最具潜力的方法,为此西方发达国家如ECWMF、美国、英国、法国等从九十年代开始投入了比以往更多的人力、财力和物力致力于加速发展数值天气预报业务体系,并取得了显著成效。数值预报技术代表了当今世界天气预报的最新、最高成就,在灾害天气系统的模拟研究与实际预报方面,发挥着不可替代的作用。目前已是美国、西欧等发达国家每天气象预报的制作不可缺少的重要工具和手段。在我国,特别是近几年实施“973”计划,国家投入了很大的经费研制发展自己的数值模式AREM;中国气象局也投巨资研究统一框架模式Grapse。可见我国正在积极推广数值模式项目,使其成为天气预报的主导手段。数值模式系统提供的高时空分辨率的诸多气象物理量信息,对研究中尺度灾害性天气系统的形成、发展有积极的指导意义,获取这些信息可以提高灾害性天气预报的准确率和预报时效,对于天气系统的研究、监测和预警能力的提高具有十分重要的意义。 2、研究内容 (1)近50年大风天气的气候变化和突变规律在新疆5大风区代表气象站历史风况资料均一化处理基础上,从平均风速、极端风速强度、极端风速频次、大风持续时间等四个方面分析了极端风气候特征的演变趋势。结果表明,⑴ 达坂城风区瞬间风速≥17.0m/s的年大风日数以及极端弱风频次没有显著的变化趋势,但极端强风的强度显著减弱,发生频次显著减少,大风年时数与最长持续时间仅从1990s中期显著减少,风力可利用时间增加;⑵ 阿拉山口风区极端强风的强度显著减弱,极端强风频次与极端弱风频次均显著减少,大风日数、大风年时数、大风年最长持续时间均从1990s年代中期显著减少,风力可利用时间增加;⑶ 十三间房风区仅极端弱风的频次显著增加、平均风速显著减小,其余变化均不明显;⑷ 淖毛湖与哈巴河呈现出对称的极端强风强度显著减弱、极端强风频次显著减少、极端弱风频次显著增加趋势,大风日数、大风年时数、最长持续时间等显著的减小趋势具有很大不确定性;⑸ 十三间房风区平均风速的显著减小主要是弱风天数增加引起的,而其余风区则主要是由极端强风的强度减弱引起,极端风力频率和持续时间的影响作用相对略小。 (2)大风天气的天气学特征利用NCEP再分析资料,分析了新疆大风天气过程与500hPa高空槽脊位置的关系,冷暖平流强弱配置。横槽南压与乌鲁木齐和塔城东南大风的关系;地面图上气压差与大风的强度的关系 (3)强风流场结构及大风发生物理机制利用WRFV3.1模式对其进行了数值模拟,并通过改变天山山脉的地形高度设计了一组敏感性试验没,分析了天山地形对此次强天气过程中大风和降温的影响作用。结果表明,天山山脉地形对准格尔盆地西北部直至天山山脉北侧的气流有明显的阻挡与减缓作用,对三十里风区、百里风区、汗腾格里峰北坡强风带的形成有直接而重要的作用;地形高度越高,产生垂直运动的地形抬升机制越强,地形强迫抬升作用产生的垂直上升运动越剧烈;天山山脉明显地减轻了寒潮天气过程中南疆塔里木盆地的降温幅度,对准格尔盆地北部的寒潮降温幅度也有一定的减缓作用。针对列车每20分钟的发车间隔对新疆三十里风区大风精细预报的需要,我们对mm5v3模式的预报时空分辨率进行了改造。采用3重嵌套,最小格距3公里,利用30秒数字高程数据生成模式地形数据,通过调整p坐标转换σ坐标转换模块、σ坐标转换p坐标转换模块和模式主模块的时间表达参数输出20分钟间隔;使用64位的模式输出数据接口以便能处理20G的模式输出数据文件。分析表明：3km格距的模式分辨率对地形有较细致的表达,无论东西剖面还是南北剖面,3km所预报的风场更为详细,风速预报更准确。不仅可以预报出强的下坡风,也可以预报出地形波列,对强风而言模式水平分辨率是一个敏感因子。
中文关键词	大风天气 ; 发生机理 ; 数值模式预报方法
成果类型	基础理论
中图法分类号	P425
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001740297
来源机构	中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/243308
推荐引用方式 GB/T 7714	张广兴,李红军,刘永强,等. 新疆大风天气发生机理及数值模式预报方法研究[Z]. 基础理论,2013.