ISSN 1004-4965

CN 44-1326/P

用微信扫描二维码

分享至好友和朋友圈

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

鄱阳湖影响过湖对流强度的数值模拟及机理分析

陶雅琴 闵锦忠 徐渊 朱利剑

陶雅琴, 闵锦忠, 徐渊, 朱利剑. 鄱阳湖影响过湖对流强度的数值模拟及机理分析[J]. 热带气象学报, 2024, 40(1): 101-114. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.011
引用本文: 陶雅琴, 闵锦忠, 徐渊, 朱利剑. 鄱阳湖影响过湖对流强度的数值模拟及机理分析[J]. 热带气象学报, 2024, 40(1): 101-114. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.011
TAO Yaqin, MIN Jinzhong, XU Yuan, ZHU Lijian. Numerical Simulation and Mechanism of the Influence of Poyang Lake on the Intensity of Severe Convection over the Lake[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2024, 40(1): 101-114. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.011
Citation: TAO Yaqin, MIN Jinzhong, XU Yuan, ZHU Lijian. Numerical Simulation and Mechanism of the Influence of Poyang Lake on the Intensity of Severe Convection over the Lake[J]. Journal of Tropical Meteorology, 2024, 40(1): 101-114. doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.011

鄱阳湖影响过湖对流强度的数值模拟及机理分析

doi: 10.16032/j.issn.1004-4965.2024.011
基金项目: 

国家自然科学基金重大项目 42192553

详细信息
    通讯作者:

    闵锦忠,男,江苏省人,教授,博士,主要从事中小尺度数值模拟与资料同化、风暴尺度集合预报等方面研究。E-mail: minjz@nuist.edu.cn

  • 中图分类号: P458

Numerical Simulation and Mechanism of the Influence of Poyang Lake on the Intensity of Severe Convection over the Lake

  • 摘要: 湖陆下垫面的非均匀性对强对流天气的发展演变有很大的影响。鄱阳湖是我国最大的淡水湖,湖面积具有明显的月变化和季节变化,而模式中的下边界一般默认湖面积不变,这与实际情况的差异较大,必然带来模式预报误差。利用WRF模式对夏季夜间发生在鄱阳湖地区的一次强对流天气过程进行数值模拟,并通过湖面积变化的敏感性试验,深入研究鄱阳湖对强对流天气发展演变的影响及其机理,结果表明:夏季夜间湖面上空2m温度明显高于陆面,向湖陆风在湖面上空辐合上升,岸边则存在下沉辐散气流。这导致降水在湖西岸减弱、湖上空增强。随后用去湖敏感性试验印证了鄱阳湖的暖湖效应,湖泊的存在能够通过激发陆风次级环流对湖西岸(湖面)上空降水起抑制(促进)作用。去湖试验的降水在湖西岸增强20%,在湖面上空减弱16%,体现出湖泊对降水强度的重要影响。此外,还发现湖面积扩大1.5、2.5、3.5、4.0倍的扩湖敏感性试验的降水在湖面上空分别增幅7%、16%、30%、43%,进一步证实了强对流强度对鄱阳湖面积变化较为敏感。这指示我们在预报夏季夜间穿湖而过的强对流天气时,应重点关注其可能存在的入湖前减弱、入湖后增强的变化趋势。同时,在利用数值模式模拟湖区强对流天气过程时,如果湖面积与模式中默认的湖面积相差较大,则应考虑将实际湖面积引入模式下边界,以期提升模式对于湖区对流的预报能力。

     

  • 图  1  2020年6月29日降水21: 00—23: 00实况(a~c)、CTL的1 h累积降水量(d~f,阴影,单位:mm)

    黑色实线为鄱阳湖湖体边界线,下同。

    图  2  2020年6月29日12: 00基于ERA5再分析资料绘制的200 hPa位势高度(黑色实线,单位:dagpm)、温度(红色虚线,单位:℃,下同)、水平风场(风向标,单位:m·s-1,下同)、水平散度(阴影,单位:10-5 s-1)(a);500 hPa位势高度(b,黑色实线,单位:dagpm);700 hPa位势高度(黑色实线,单位:dagpm)、比湿(阴影,单位:g·kg-1),棕色实线表示切变线(c)

    图中红色方框表示后文数值模拟中的d03区域。

    图  3  模式三层嵌套模拟区域(a);CTL中d03区域的海拔高度(单位:m,蓝色阴影表示水体区域),点L(116.35 °E,29.02 °N),W(116.00 °E,28.97 °N)(b);CTL(c)、NOL(d)、EXL1.5(e)、EXL2.5(f)、EXL3.5(g)、EXL4.0(h)中d03区域的下垫面类型分布

    图  4  2020年6月29日CTL(a~e)、NOL(f~j)模拟的20 min降水量(阴影,单位:mm)

    图  5  2020年6月29日18: 20 CTL的(a)2 m温度(阴影,单位:℃)和10 m风场(箭头,单位:m·s-1);(b)垂直速度(阴影,单位:m·s-1)、水平风与垂直风合成的矢量风(箭头,垂直速度扩大20倍,单位:m·s-1)、散度(等值线,单位:10-4 s-1,间隔为:10-4 s-1)沿AB的垂直剖面(横坐标上红色实线表示CTL的鄱阳湖区域,下同)

    图  6  2020年6月29日CTL 21: 00(a)、21: 40(b)散度(阴影,单位:10-3 s-1)、垂直涡度(等值线,单位:10-3 s-1)、水平风与垂直风合成的矢量风(箭头,垂直速度扩大5倍,单位:m·s-1);21: 00(c)、21: 40(d)垂直速度(阴影,单位:m·s-1)、相当位温(等值线,单位:K)沿GH的垂直剖面

    图  7  2020年6月29日CTL22:00(a)、22:40(b)、23:00(c)散度(阴影,单位:10-3 s-1)、垂直涡度(等值线,单位:10-3 s-1,间隔为:0.5×10-3 s-1)、水平风与垂直风合成的矢量风(箭头,垂直速度扩大5倍,单位:m·s-1);22:00(d)、22:40(e)、23:00(f)垂直速度(阴影,单位:m·s-1)、相当位温(等值线,单位: K,间隔为: 3 K)沿AB的垂直剖面

    图  8  2020年6月29日21:00—23: 00 CTL − NOL的逐分钟区域平均降水(折线,单位: mm)的时间序列

    图  9  2020年6月29日18: 20 CTL-NOL的2 m温度差(阴影,单位: ℃)和10 m水平风矢量差(箭头,单位:m·s-1)(a);水平风与垂直风合成的矢量风差(箭头,垂直速度扩大5倍,单位: m·s-1)及其散度差(等值线,单位: 10-4 s-1,间隔为:2 × 10-4 s-1)、水汽通量散度差(阴影,单位: 10-8 g·s-1·hPa-1·cm-2)(b)

    图  10  2020年6月29日EXL1.5(a~d)、EXL2.5(e~h)、EXL3.5(i~l)、EXL4.0(m~p)模拟的22: 00—23: 00的逐20 min降水量

    阴影,单位:mm,灰色加粗实线表示湖面积扩大后的湖泊边界线(下同)。

    图  11  2020年6月29日22: 00—23: 00 CTL、NOL及四个扩湖试验的10 min区域平均降水(单位: mm)

    图  12  2020年6月29日17: 00至19: 00 NOL、CTL及四个扩湖试验的湖面上空平均气温(阴影,单位:℃)随气压的变化(a);湖面上空平均2 m温度(单位:℃)及湖陆温差(单位:℃)(b);抬升凝结高度(单位: m)(c);湖面上空平均对流有效位能(单位:J·kg-1)(d);湖面上空990~700 hPa之间的相当位温差(单位: K)(e);湖面上空850 hPa平均上升速度(单位:m·s-1)(f)

  • [1] 刘佳伟. 中国地区下垫面对雷暴的影响研究进展[J]. 气象水文海洋仪器, 2014, 31(3): 125-128.
    [2] 刘新建, 张宏升, 宋星灼, 等. 白洋淀湿地夏末大气边界层温湿廓线特征对比分析[J]. 北京大学学报(自然科学版), 2007, 43(1): 36-41.
    [3] THIERY W, DAVIN E L, PANITZ H J, et al. The impact of the African Great Lakes on the regional climate[J]. J Climate, 2015, 28(10): 4 061-4 085.
    [4] 任侠, 王咏薇, 张圳, 等. 太湖对周边城市热环境影响的模拟[J]. 气象学报, 2017, 75(4): 645-660.
    [5] WATANABE S I, NIINO H, YANASE W. Structure and environment of polar mesocyclones over the northeastern part of the sea of Japan[J]. Mon Wea Rev, 2017, 145(6): 2 217-2 233.
    [6] SAMUELSSON P, KOURZENEVA E, MIRONOV D. The impact of lakes on the European climate as simulated by a regional climate model[J]. Boreal Environment Research, 2010, 15(2): 113-129.
    [7] WILSON J W. Effect of Lake Ontario on Precipitation[J]. Mon Wea Rev, 1977, 105(2): 207-214.
    [8] LAIRD N, SOBASH R, HODAS N. The frequency and characteristics of lake-effect precipitation events associated with the New York State Finger Lakes[J]. J appl meteor climatol, 2009, 48(4): 873-886.
    [9] 唐滢, 黄安宁, 田栗嵘等. 夏季太湖局地气候效应的数值模拟研究[J]. 气象科学, 2016, 36(5): 647-654.
    [10] 杨显玉, 吕雅琼, 文军. 扎陵湖和鄂陵湖夏季典型地表水热交换特征的数值模拟[J]. 高原气象, 2021, 41(1): 143-152.
    [11] CROSMAN E T, HOREL J D. Idealized large-eddy simulations of sea and lake breezes: Sensitivity to lake diameter, heat flux and stability[J]. Boundary-Layer Meteorology, 2012, 144(3): 309-328.
    [12] ELLENTON G E, DANARD M B. Inclusion of sensible heating in convective parameterization applied to lake-effect snow[J]. Mon Wea Rev, 1979, 107(5): 551-565.
    [13] 余志豪, 陈良栋. 水平非均匀加热对强对流中尺度系统发展的影响[J]. 大气科学, 1984, 8(1): 35-45.
    [14] WEN L, LV S, LI Z, et al. Impacts of the two biggest lakes on local temperature and precipitation in the Yellow River source region of the Tibetan Plateau[J]. Advances in Meteorology, 2015: 1-10.
    [15] TSUJIMOTO K, KOIKE T. Land-lake breezes at low latitudes: The case of Tonle Sap Lake in Cambodia[J]. J Geophys Res, 2013, 118(13): 6 970-6 980.
    [16] ZOU H, ZHANG S, LIU Y, et al. Analysis of a convective storm crossing Poyang Lake in China[J]. J Meteor Res, 2020, 34(3): 529-545.
    [17] KOSEKI S, MOONEY P A. Influences of Lake Malawi on the spatial and diurnal variability of local precipitation[J]. Hydrology and Earth System Sciences, 2019, 23(7): 2 795-2 812.
    [18] LOFGREN B M. Land surface roughness effects on lake effect precipitation[J]. Journal of Great Lakes Research, 2006, 32(4): 839-851.
    [19] LAIRD N F, KRISTOVICH D A R. Comparison of observations with idealized model results for a method to resolve winter lake-effect mesoscale morphology[J]. Mon Wea Rev, 2004, 132(5): 1 093-1 103.
    [20] STEENBURGH W J, CAMPBELL L S. The OWLeS IOP2b lake-effect snowstorm: Shoreline geometry and the mesoscale forcing of precipitation[J]. Mon Wea Rev, 2017, 145(7): 2 421-2 436.
    [21] 章鸣. 1950—2010年鄱阳湖流域洪涝灾害成因分析及减灾措施[J]. 城市地理, 2017(2): 83.
    [22] 雷声, 孙东亚, 万国勇, 等. 鄱阳湖圩堤风险评估与应急抢险技术[J]. 江西水利科技, 2021, 47(2): 122-129.
    [23] 邴建平. 2020年长江中下游干流高洪水位特点及成因分析[J]. 水利水电快报, 2021, 42(1): 10-16.
    [24] 廖金源, 康戍英. 2020年鄱阳湖流域超标准大洪水分析与思考[J]. 中国防汛抗旱, 2021, 31(4): 45-48.
    [25] 连悦辰, 高路, 马苗苗, 等. 基于自然灾害系统理论的2020年鄱阳湖流域1号洪水灾害分析[J]. 人民珠江, 2022, 43(1): 19-27.
    [26] 李国文, 喻中文, 陈家霖. 鄱阳湖动态水位-面积, 水位-容积关系研究[J]. 江西水利科技, 2015(1): 21-26.
    [27] 孙芳蒂, 马荣华. 鄱阳湖水文特征动态变化遥感监测[J]. 地理学报, 2020, 75(3): 544-557.
    [28] 麦子. 鄱阳湖湖陆风的观测研究和数值模拟[D]. 北京: 中国气象科学研究院, 2016.
    [29] 沈艳, 潘旸, 宇婧婧, 等. 中国区域小时降水量融合产品的质量评估[J]. 大气科学学报, 2013, 36(1): 37-46.
    [30] DEE D P, UPPALA S M, SIMMONS A J, et al. The ERA‐Interim reanalysis: Configuration and performance of the data assimilation system[J]. Quart J Roy Meteor Soc, 2011, 137(656): 553-597.
    [31] 尹金方, 王东海, 翟国庆. 区域中尺度模式云微物理参数化方案特征及其在中国的适用性[J]. 地球科学进展, 2014, 29(2): 238-249.
    [32] MCMILLEN J D, STEENBURGH W J. Impact of microphysics parameterizations on simulations of the 27 October 2010 Great Salt Lakeeffect snowstorm[J]. Wea Forecasting, 2015, 30(1): 136-152.
    [33] 吴珊珊, 邹海波, 单九生. 不同积云和微物理方案对"麦德姆"台风登陆后路径的影响[J]. 暴雨灾害, 2018, 37(1): 41-47.
  • 加载中
图(12)
计量
  • 文章访问数:  84
  • HTML全文浏览量:  14
  • PDF下载量:  21
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-21
  • 修回日期:  2024-01-12
  • 网络出版日期:  2024-04-12
  • 刊出日期:  2024-02-20

目录

    /

    返回文章
    返回