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  • 时间 2023-12-27
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> 灾害天气国家重点实验室科研成果展播①|探秘青藏高原水汽输送关键区的云和雨

      灾害天气国家重点实验室是气象部门唯一的国家重点实验室,以国家灾害天气监测、预测和业务技术支撑为目标,针对灾害天气关键科学问题,深入研究灾害天气的演变规律、改进灾害天气预报技术,促进学科交叉与知识传播,培养人才队伍。近年来,灾害天气国家重点实验室涌现出一系列重大研究成果,有效提升天气预报业务科技水平,服务国家需求,成为我国灾害天气检测理论与技术、机理机制研究和预报方法研发的重要力量。即日起,开设科技成果展播栏目,将这些重要成果及业务贡献予以展示。



科研成果展播①|探秘青藏高原水汽输送关键区的云和雨

研究背景

       墨脱,藏语中意为“隐秘的莲花”,位于雅鲁藏布大峡谷深处,地势险峻,山脉、河流交错,大量来自印度洋的水汽由喜马拉雅山南麓爬坡至墨脱,随后深入高原,是藏东南水汽输送通道关键区,年平均降水量超过2000 mm,是西藏的“雨窝”。由于其特殊的地理环境,墨脱是我国最后一个通公路的县城。为探究墨脱云降水三维结构及微物理特征,在第二次青藏高原综合科学考察研究和国家重点研发项目支持下, 宝宝你好烫啊tt在线观看灾害天气国家重点实验室王改利研究员带领团队于2019 年在西藏墨脱气候观象台建立了云降水综合观测基地(图1),观测设备包括:X波段相控阵双偏振天气雷达、Ka波段云雷达、K波段微雨雷达、风廓线雷达、微波辐射计、降水现象仪。

揭示高原地区的云和降水特征

(1) “西风-季风”不同气流下的雨滴谱特征

      受印度洋夏季风带来的暖湿气流影响,墨脱夏季降雨以暖雨增长过程为主,雨滴主要通过碰并增长,对流云降水的特点是雨滴直径较小,而数浓度较高,表现出海洋性对流降水的特征。青藏高原中部,如那曲地区夏季受到印度洋季风和西风的协同作用,西风带来干冷空气,同时印度洋季风在爬升地形过程中温度降低、水汽损耗,以冰相增长过程为主,对流云降水的特点是雨滴直径较大而浓度较低,具有大陆对流的特征(图2)。

(2)陡峭地形导致特殊的降水垂直结构特征

      对于弱降雨(R < 0.2 mm h-1),小雨滴蒸发和大雨滴破碎在下落过程中显著,降雨强度、液水含量及雷达反射率在近地面呈正梯度。对于0.2-2.0 mm h⁻1的降雨,中小雨滴的浓度在垂直方向基本保持均匀,而大雨滴在下落过程中破碎过程占主导。对于2.0-20.0 mm h-1的强降雨,雨滴的碰并过程占主导地位,降雨参数随着高度的降低而增加。由于墨脱陡峭地形与强对流的相互作用,造成1.5-2.0 km高度处出现强上升气流,导致强降雨(R > 20.0 mm h-1)的降雨参数及雨滴谱浓度在1.5-2.0 km高度处出现梯度突变。

(3)山谷风环流与水汽输送引起云降水明显的日变化特征

      墨脱云降水具有明显的日变化特征,云降水通常在夜间形成,白天慢慢消散(图4)。云雷达回波在夜间发生率远远高于白天,而且夜间回波高度更高。墨脱层状云和对流云降水的发生率在夜间较高,在日出后迅速下降,对流云降水在午夜发生率最高。墨脱云降水的日变化特征与其西南-东北走向的山谷地形引发的山谷风密切相关。而且白天的上坡风强于夜间的下坡风,这种不对称性是由于西南季风增强了上坡风造成的。夜间下坡风(东北风)和西南季风之间的相互作用导致了水汽通量的辐合,有利于夜间山谷中云降水的形成和发展。

(4)地形影响下的强降水雨带发展演变过程

      墨脱夜间的短时强降水易在雅鲁藏布大峡谷上空生成,沿着峡谷向东北方向移动,受地形和冷池影响,形成后向传播,在西南方向不断有新的对流单体生成并发展,与较早生成的对流单体合并,强回波面积不断增大,逐渐形成一条西南–东北走向的强降水雨带,与峡谷走向一致,并向东北方向移动,形成“列车效应”。

研究成果充分应用转化

       以墨脱云降水的发展演变及日变化特征为基础,将X波段相控阵雷达数据传输到墨脱县气象局,对强降水进行实时监测和临近预报。同时,通过了解墨脱的云降水微物理特征,与其他团队合作改善数值预报模式中的云物理参数化方案。充分应用墨脱云降水综合观测数据,提升该地区降水的预报准确率及防灾减灾能力,是整个团队奋斗的目标。

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