Page 216 - 《高原气象》2026年第2期
P. 216

高     原      气     象                                 45 卷
              516
             合突然加强， 抬升加大， 常常引发强烈的降水过                            指示作用， 主要是因为降水区辐合上升运动将低层
             程； 地形作用下的地形波或背风波也是山地暴雨形                            相对小的位涡带到上空， 高层相对大的位涡带到低
             成的重要机制（Nastrom and Fritts， 1992）， 高大山              层， 从而增大了暴雨区中层的位涡梯度。胡素琴等
             地的背风波经常处于气流的辐散下沉区成为暴雨                             （2022）在对比分析南疆西部干旱区两次极端暴雨
             的低频中心， 但当稳定气流过山时， 山地重力波随                           过程中发现， 二阶湿位涡高值区与降水的发展演变
             之发展， 配合一定的水汽条件， 形成类似 Wave-                         呈现较高一致性， 主要因为二阶湿位涡不仅包含了

             CISK反馈机制（许焕斌， 1992）； 地形还能够影响云                      大气中的垂直风切变、 湿斜压性、 垂直涡度和对流
             微物理过程， 引起云中液态水含量及降水粒子增长                            稳定度等动热力信息， 还包含了它们的梯度， 而梯
             方式的变化， Colle and Zeng （2004）研究发现大地                 度本身的非均匀性（二阶梯度）也是二阶湿位涡区
             形导致水质粒子增长事件加长并降落在迎风坡， 小                            别于其它物理诊断参数（如广义湿位涡、 Q 矢量等）
             地形使得水质粒上升事件缩短并直接落在背风坡，                             的典型特点。上述研究表明， 对于暴雨预报的物理
             地形宽度减小有利于形成过冷水和霰， 凝结核自动                            量因子， 二阶湿位涡因包含了热力、 动力及水汽等
             转化的雨水增多， 从而使地面降水增强； 此外， 地                          物理信息及其梯度变化， 更能够表征强降水的发
             形以及大中尺度环流系统共同作用， 或仅受局地地                            生， 因此本文主要从二阶湿位涡着手分析。
             形作用影响， 所激发的垂直上升运动及云/雨水含                                现在国内外的数值天气预报模式多采用地形
             量较大区域位置存在差异（王思懿等， 2022）。                           追随坐标， 与直角坐标系相比， 其下边界条件简
                  目前， 针对地形降水预报主要依赖高分辨的数                         单， 便于引入地形对大气的影响， 但数值模式预报
             值模式以及卫星雷达的观测外推。但降水尤其是                              输出的数值产品和实际分析大部分都还是采用等
             有地形影响的降水是非常复杂的物理过程， 数值模                            压坐标， 仍然存在对流层低层等压面与地面相交的
             式中的参数化方案具有一定的主观性和经验性， 造                            问题， 从而不能准确分析和预报山地暴雨强度和移
             成数值模式降水预报存在很大的不确定性。虽然                              动。而用于天气诊断和预报的物理量， 例如， 广义
             卫星、 雷达的观测外推是暴雨临近预报的重要工                             位涡（Liang et al， 2010）， 广义螺旋度（Gao et al，
             具， 但外推预报多是基于天气系统的线性发展， 且                           2007）， 都是定义在局地直角坐标系或等压坐标系
             预报时效短， 而复杂地形下的暴雨系统的发展和移                            内， 地形因子无法直观地体现在这些物理量中。岳
             动都具有很强的非线性特征， 故观测外推还不能很                            彩军等（2007）通过湿 Q 矢量散度与垂直速度的关
             好地满足其对时效性和准确性的迫切需求。为了                              系发展了一种湿 Q 矢量释用技术， 得到的湿 Q 矢量
             能够在现有的技术条件下提高暴雨预报水平， 许多                            释用降水场对有无降水及 10 mm 以上降水预报明
             研究者从暴雨产生的物理机制出发研究和发展了                              显高于其所依赖的数值模式的定量降水预报， 但该
             动力暴雨预报方法， 赵强等（2017）对两次陕北暴雨                         技术在研究湿 Q 矢量释用技术过程中， 将下边界定

             过程的热力动力机制进行诊断分析发现， 广义对流                            为 1000 hPa 且假定垂直速度为 0， 没有考虑地形抬
             涡度矢量很好地描述了高低空急流耦合作用造成                              升和地表摩擦作用， 可能会影响可降水量的计算。
             垂直风切变的增大及中低层水汽相变的凝结潜热                              谢越等（2024）在一次天山南脉暴雨过程的地形敏
             释放增强的锋生作用， 有利于深对流云发展及暴雨                            感性研究中指出， 天山南脉地区近地层爬流作用强
             的产生， 对暴雨预报有参考价值。高守亭等（2013）                         于绕流， 又因为其偏东西的走向， 使得广义位温的
             基于非均匀饱和湿大气理论（Gao et al， 2004； Gao                  经向梯度强于纬向梯度， 且地形的扰动会通过改变
             and Cao， 2007）及中尺度波流相互作用理论（Ran                     爬流的垂直切变以及广义位温的水平梯度来影响
             and Li， 2014）将对暴雨有明确指示意义的动力因子                      位势稳定度的变化。因此， 有必要发展一套地形追
             如广义位温、 热力螺旋度、 对流涡度矢量及波作用                           随坐标系下的暴雨预报方法， 以避免局地直角坐标
             密度等物理量进行集合， 研究发现利用集合动力因                            或等压坐标中因地形导致的不同区域动力分析的
             子得到的降水预报的 ETS 评分高于模式本身的降                           差异性， 提高复杂地形条件下的暴雨预报水平， 对
             水预报。周冠博和高守亭（2014）用不同类型暴雨                           现阶段使用的数值模式降水预报进行有益的补充。
             实例， 检验了二阶位涡对暴雨落区的预报效果， 表                           基于此， 本文以集合动力因子暴雨预报方法中的二
             明二阶位涡对不同类型的暴雨均有较好的预报和                              阶湿位涡为例， 对地形追随坐标系下的动力暴雨预
   211   212   213   214   215   216   217   218   219   220   221