暴雨成因分析与数值模拟研究 ( 胡富嘉 李博 于洋)

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1、“海天杯”大学生科技创新竞赛项目申报书作品名称：暴雨成因分析与数值模拟研究申报单位：学员旅学员二队申报者姓名：胡富嘉李博于洋指导教员签名：王春明作品类别：■自然科学论文类□软件制作类□发明制作类解放军理工大学气象学院训练部5暴雨成因分析与数值模拟研究1必要性和发展现状1.1必要性暴雨是我国一种常见的灾害性天气。一方面，它给干旱地区带来充沛的降水，缓解旱情，促进农作物生长，解决居民、牲畜饮水问题。另一方面，暴雨会造成江河水位猛涨引发洪涝灾害，给国民经济建设和军事活动带来重大损失。然而，随着我国社会和经济的发展，我国目前暴雨预报的准确率却并不能满足国民经济可持续发展的需求，因此，做好暴雨预报的预防

2、和减少暴雨造成的灾害具有重要的实际意义。暴雨是一种中尺度天气现象，这种灾害性的天气实际上与中尺度（水平尺度20-2000Km）系统密切相关。中尺度气象学的研究已经引起人们的高度重视。最近十几年来，中尺度气象学得到了迅速的发展，尤其是理论研究和预报方面有了很大进展。但是对中尺度天气系统及其所造成的强烈天气的预报依然是大气科学中的难题。通过对暴雨的研究，可以增强对宏观条件的把握，对微观世界的认识，以及两者之间相互作用的关系，因此，研究暴雨必然推动对中尺度系统的理论研究，具有重要的理论意义。总之，研究暴雨天气发生发展的物理机制，可以完善对暴雨的认识，提高暴雨预报的准确率，减小暴雨造成的危害。1.2国

3、内外发展现状回顾我国暴雨研究和实践走过的历程，暴雨预报已经历了从经验的和定性预报向客观化、定量化方向转变，现在正在向集资料同化、数值预报及集合预报为统一系统的技术方向发展。研究的范围很广泛，包括暴雨发生的大尺度环流背景、气候条件、天气系统及动力学机理。为达到准确预报的目的，必须加强暴雨基础理论研究，揭示暴雨系统发生发展的机理及其物理过程，形成了一套完整的暴雨预报理论和方法。通过建立更为全面现代的暴雨监测、预报、评估和服务系统，完善新一代天气雷达网的业务建设，综合应用大气监测和遥感技术，预报水平得到极大提高。暴雨发生发展的物理机制比较复杂。尤其是持续性致洪大暴雨和特大暴雨的研究虽然已做了很多工作

4、，仍存在许多问题，主要表现在两个方面。一是理论问题，中尺度天气系统受大尺度天气系统制约，而又有它自身的规律，同时反过来影响大尺度天气系统，这种不同尺度之间的相互制约、相互作用，仍然是当今气象科学中迫切需要解决的问题。二是资料和分析技术问题，需要组织各种类型的中尺度天气加强观测和野外试验。5我国夏季东部大陆的暴雨主要是有两类天气系统造成的。一类是台风暴雨，另一类是静止锋、切变线低涡暴雨。静止锋、切变线低涡暴雨和我国季风活动、副热带高压的季节性移动有十分密切的关系。我们将从暴雨的研究方法出发，目前主要有两种方法：一是采用统计诊断的方法，二是采用数值模拟的方法。对此次局地突发性暴雨的中尺度观测特征和

5、物理机制进行天气学诊断分析，以求总结规律，提高暴雨的预报水平，为做好暴雨灾害的预防工作服务。1.3我军需求及现状分析在军事方面，各国军队都逐渐认识到了准确的气象分析预报对军事行动的重大影响。然而现有的预报手段还存在许多不足之处，不能准确的预报出暴雨出现的时间段和区域，因此对部队遂行各项军事任务造成了很大不便。本项目将针对具体事件进行研究，并通过数值模拟系统进行模拟，从而实现对暴雨发生时间及区域的准确预报。2用途及研制总要求通过此项目的研究，进一步了解和认识暴雨产生的大尺度背景及暴雨的生消机理，暴雨天气系统的垂直结构、影响因子以及物理过程对暴雨发生发展的影响，在数值模拟的基础上实现对暴雨的发生发

6、展机理的研究，为提高暴雨的预报准确率、减少暴雨造成的灾害提供理论依据。3主要研究内容及技术指标3.1主要研究内容（1）产生暴雨天气过程的大尺度背景分析;（2）暴雨天气过程的中尺度特征分析；（3）暴雨天气过程的数值模拟研究;（4）暴雨天气发生发展的机理研究。3.2技术指标（1）能够给出此次暴雨天气过程的大尺度背景分析;（2）能够对这次暴雨天气发生发展演变的过程给予正确的模拟;（3）能够利用模拟结果对此次暴雨天气过程进行诊断分析研究;（4）能够利用模拟结果对此次暴雨产生的物理机制进行分析研究。4初步技术方案和实施途径4.1初步技术方案（1）暴雨天气产生的大尺度天气背景分析利用常规观探测资料、卫星云

7、图资料以及天气雷达资料，对此次暴雨发生发展的大尺度背景、中尺度特征进行天气学分析，揭示此次暴雨的天气学成因。5（2）诊断分析利用数值模拟系统，对此次暴雨的动力场、热力场以及大气稳定性等进行诊断分析，揭示此次暴雨天气的中尺度特征分析。（3）数值模拟研究在上述模拟结果的基础上，对敏感性试验进行对比分析，确定对此次暴雨模拟最优搭配方案。（4）暴雨生消机理研究利用效果最好的模拟结果，从陆面过程、积云参数化