一次台风尾流暴十的多普勒雷达资料特征分析

利用多普勒雷达加密资料对发生的闽南的一次台风尾流暴雨进行中尺度分析。结果表明,这次暴雨过程由两阶段暴雨组成：第一阶段暴雨是由海上形成的中尺度气旋造成的;第二阶段暴雨是由切变线上的强辐合及切变线上形成的边界层中尺度气旋造成的。暴雨雨带的形成主要与“逆风区”、气流辐合、边界急流、切变、地形有关。     

山东春季一次江淮气旋暴雨过程的诊断分析

利用常规观测资料、山东自动站资料以及NCEP/NCAR1°×1°逐6h再分析资料,对2013年5月26日山东气旋暴雨过程进行诊断分析。结果表明:此次暴雨是由高空低涡切变线和地面气旋共同影响产生。暴雨发生在深厚的暖湿气流中,高低空系统随高度略向北倾斜,冷空气比较弱,暴雨落区主要位于地面气旋中心北部的东南气流里。在这次暴雨过程中,850h Pa西南急流与东南急流对能量锋区的形成与维持起到关键的作用,暴雨的落区主要位于能量锋区内并偏于θse高值区一侧。此次气旋暴雨也是发生在深厚的强上升运动区内,在这次过程中暴雨落区及其移动与强的上升运动中心的相关性比较好。暴雨的辐合中心主要集中在950h Pa附近,比一般暴雨的辐合层(一般在900h Pa附近)高度更低,说明边界层辐合对于气旋暴雨的重要性。暴雨过程中,700h Pa山东MPV1为正值,MPV2为负值;700h Pa等压面上MPV1正值中心与该层上的低涡系统对应比较好。     

登陆珠江三角洲热带气旋暴雨的中尺度特征

利用逐时雨量分布图，对登陆珠江三角洲的热带气旋暴雨尺度特征进行分类，对比和合成分析，实际资料证实了大范围的热带气旋暴雨是由若干中尺度雨团，雨带造成的，纯热带气旋环流形成的中尺度雨团、雨带具有与热带气旋云带大体一致的分布特征；有冷空气与之配合时，热带气旋环流北缘形成东西向的中尺度雨带；热带气旋登陆后的３ｈ可能出现最大中尺度雨团；随热带气旋环流的填塞减弱，中尺度雨团也逐渐减弱消失；山地对中尺度雨团的移     

登陆珠江三角洲热带气旋暴雨的中尺度特征

利用逐时雨量分布图，对登陆珠江三角洲的热带气旋暴雨中尺度特征进行分类、对比和合成分析。实际资料证实了大范围的热带气旋暴雨是由若干中尺度雨团、雨带造成的，纯热带气旋环流形成的中尺度雨团、雨带具有与热带气旋云带大体一致的分布特征；有冷空气与之配合时，热带气旋环流北缘形成东西向的中尺度雨带；热带气旋登陆后的３ｈ可能出现最大中尺度雨团；随热带气旋环流的填塞减弱，中尺度而团也逐渐减弱消失；山地对中尺度雨团的移动起阻滞加强作用，有利的地形与暖湿气流配合，将激发生成新的中尺度雨带。     

鲁西南至鲁中一次暴雨过程成因分析

利用实况观测资料、中尺度自动站资料、中国气象局物理量分析资料和泰山多普勒雷达资料对2013年7月18日发生在鲁西南至鲁中的暴雨过程进行了诊断分析。结果表明:强降水由500hPa西风槽、700hPa切变线、850hPa低涡、地面辐合线、以及副热带高压西北边缘的暖湿气流共同影响造成。低层前期明显的持续升温为暴雨的产生创造了良好的热力条件,副高外围的水汽输送为此次暴雨提供了充足的水汽,同时暴雨区不稳定能量的维持和层结对流不稳定的结构,有利于暴雨的产生。地面中尺度辐合线的生成和发展,是这次暴雨产生的启动机制,暴雨的分布与地面辐合线的走向基本一致。强降水期间,沿低层切变线北侧东北气流南下的冷空气与暖空气交汇,使对流加强、降水强度加大。另外,泰安地处鲁中山区向西南开口的山谷的南部,偏南气流的迎风坡,有地形产生的偏南风的辐合和抬升,地形造成的辐合上升运动对泰安地区第一个强降水时段降水具有明显的增幅作用。两个强降水时段雷达回波为混合型降水回波,反射率因子强度一般在30~35dBz,最强达40dBz,其中第一个强降水时段回波对流发展的高度更高。特殊的地势地貌也是此次暴雨产生的重要原因。     

台风“巴威”外围致山东半岛西部强降水过程的中尺度特征及环境条件

利用自动气象站观测资料、青岛雷达产品以及“天衍”雷达拼图产品和ERA5再分析资料,对台风“巴威”外围致山东半岛西部强降水过程的中尺度特征及环境条件进行分析。结果表明：1）“巴威”在黄海北上期间,其外围暖湿气流与冷空气在山东半岛西部到鲁东南交汇,对流层中低层形成东北—西南向深厚的切变线,高层处于高空急流入口区右侧,低层辐合、高层辐散有利于产生强降水,强降水位于850 hPa切变线及其右侧偏东风一侧。2）前期降水回波先后表现为两条有组织的线形回波带,其形成、发展和移动与850 hPa切变线密切相关;后期切变线右侧偏东风气流中γ中尺度辐合不断触发单体新生,青岛即墨境内组合反射率因子CR、差分反射率因子ZDR、差分相移率KDP均显著增大,导致即墨南泉连续两个小时雨强大于100 mm•h-1。3）切变线附近垂直上升运动深厚,850 hPa以下水汽通量辐合较强,为中尺度系统提供了触发条件和水汽条件;850 hPa,θse暖舌位置与切变线一致,暖舌中心达352 K,为中尺度系统发生、发展提供了能量条件;对流层中高层弱冷空气对触发强对流天气起到一定作用。4）850 hPa以下水汽通量辐合量值≤-8×10-7 g•cm-2•hPa-1•s-1的区域与暴雨区基本吻合,水汽通量辐合中心及垂直上升运动中心越低越有利于出现强降水。     

山东两次台风远距离暴雨对比分析

基于气象要素高空探测、地面观测以及NCEP再分析资料,针对2003年8月下旬(0312)和2004年8月下旬(0418)山东省两场发生在不同环流形势下的远距离暴雨过程进行了对比分析。结果显示,台风在两次暴雨过程中均起了重要作用,但机理不同。除台风东侧低空急流为大暴雨的发生提供充沛的水汽,有利于构建不稳定的大气层结以及加强暴雨区的辐合上升运动等共同点之外,还存在着显著的不同:(1)0312台风远距离暴雨是台风与切变线相互作用的产物,0418台风远距离暴雨则是由台风与冷锋相互作用造成的;(2)在这两次暴雨过程中,直接影响系统和台风所起的作用不同:0312台风远距离暴雨过程中,切变线为暴雨的发生发展提供了原始的正涡度场,而台风东侧的低空急流加强北推进一步加强了切变线附近正涡度和辐合强度,加强了上升运动;0418台风远距离暴雨过程中,台风倒槽顶端生成并分裂发展的气旋式涡旋为暴雨系统的原始涡源,台风东侧低空急流北上在一定程度上加强了暴雨区的辐合和上升运动;(3)两次台风远距离暴雨中,与台风相连的偏南风急流对暴雨区的水汽净流入贡献最大,但最大水汽输送层不同,0312台风远距离暴雨的最大水汽输送层在925hPa附近,而0418台风远距离暴雨的最大水汽输送出现在800hPa上下。     

潍坊地区初春一次罕见大暴雪天气的诊断分析

利用常规观测资料、FY–2E卫星TBB资料和NCEP/NCAR 1°×1°的6 h再分析资料,对2010年2月28日山东潍坊大暴雪过程进行动力学、热力学诊断和中尺度分析。结果表明：此次潍坊大暴雪是由西风槽、低涡、切变线及地面气旋等共同影响产生的;低空急流为暴雪区带来源源不断的水汽输送;风速风向辐合使大量水汽在暴雪区汇集...     

青岛一次局地大暴雨的中尺度环流特征分析

利用多普勒雷达、地面自动站、垂直风廓线及GPS 水汽分布等多种新型探测资料,对2008 年8 月14 日下午,奥帆赛期间发生在青岛地区的局地大暴雨天气的影响系统和中尺度强降雨形成的动力机理进行了综合分析,并通过0.5 km WRF模式的数值模拟给出了有地形阻挡情况下海风环流模型.研究结果表明:副高减弱东撤和弱冷空气南下在中低空形成闭合低涡是造成这次过程的主要天气尺度影响系统.海风中尺度辐合带上有风向切变辐合、大暴雨中心有明显的雷暴高压等中尺度天气系统.海风锋区辐合扰动向上传播,引发边界层扰动,是青岛局地大暴雨形成的主要抬升因素,而来自东南海洋上的暖湿平流为大暴雨的产生提供了充沛的水汽和能量.海风锋区辐合带上触发的强对流是大暴雨形成的直接原因;来自于海上的低空急流带来的大量水汽对强降雨的发生具有重要作用.海风在深入陆地后所发生的辐合和上升运动,对造成海风所触发的局地大暴雨有着极其重要的作用.     

登陆珠江三角洲热带气旋的中尺度结构分析

应用带通滤波方法,分析了登陆珠江三角洲热带气旋的环流结构。结果表明,在热带气旋内部的确存在若干中尺度系统,其类型包括:中尺度气旋、反气旋,以及中尺度辐合辐散带等。这些结果可以为进一步认识热带气旋的内部环流结构,进一步提高预报水平等提供新的思路和依据。     

辽宁东南部一次强降雪天气的成因分析

利用常规观测资料、NCEP再分析资料、多普勒雷达资料等对2015年2月25日辽宁东南部一次强降雪过程进行分析。结果表明:此次强降雪过程发生在低空切变线东侧暖湿区对应高空急流出口区左侧的辐散区内,有强的水汽辐合中心;地面偏南气流受山前地形抬升作用在强降水区形成风向辐合和850 hPa以下急流中心,是造成强降雪的主要原因之一;暴雪过程开始前6 h出现温度平流随高度减小的配置,假相当位温空间分布上锋区的形成,有利于不稳定层结的建立; 8～12 h前正涡度平流、中低层风向辐合带、近地面冷空气层的建立以及次级环流的形成加强了上升运动,对强降雪预报具有很好的指示作用;在降水相态是雨或雨夹雪时,雷达回波最大强度达到40～45 dBZ,而强降雪时回波强度为20～25 dBZ;当大连本站850 h Pa温度以及1 000 hPa与850 h Pa两层等压面之间的厚度处于雨雪转换临界值时,大连南部为雨或雨夹雪,北部为雪,此时出现强降雪,回波高度基本在6 km以下,最强回波25～35 dBZ维持在1 km以下,近地层为弱偏北风,与其上的西南风在边界层形成切变层,将暖湿气流抬升,为强降水提供动力条件。     

台风“莫兰蒂”登陆前后引起的浙江沿海地区强降水过程分析

用实况降水、雷达反射率、欧洲中心(ECMWF)全球模式细网格及0. 5°×0. 5°分辨率ERA-Interim再分析等资料,对2016年15日发生在浙江省沿海地区的强降水过程进行分析和诊断,结果表明:该过程是由14号台风"莫兰蒂"的外围螺旋雨带产生的; 15日在浙江东部沿海地区有充沛的水汽,源源不断的水汽输送和明显的不稳定层结条件;在边界层辐合线、山脉地形、边界层急流头部三者共同作用下,该区域形成强烈的边界层辐合上升运动,触发了对流;对流层高层200 h Pa高空急流右后侧和气流发散区叠加,提供了强的高空水平辐散,有利于低层辐合上升的维持和发展,最终导致浙江沿海地区发生强降水。对比分析发现模式预报的边界层东南偏东急流及边界层辐合线均明显比实况弱,这可能是各大数值预报中心对这次过程的预报都明显偏小的主要原因,说明边界层东南偏东急流及边界层辐合线对于强降水具有重要作用。     

对流风暴的移动和演变对下游地区对流降水影响的个例分析

利用加密自动气象观测站资料、多普勒天气雷达资料、葵花卫星资料及ERA5再分析资料,对2019年海上卫星发射气象保障过程中6月1日上游对流风暴的移动和演变造成山东半岛对流降水的机制进行了分析。结果表明:1)辐合线与干线重合触发新生对流单体形成潍坊风暴,潍坊风暴东移过程中强度增强和聊城风暴进入烟台后转向造成山东半岛一带出现对流降水。2)潍坊风暴在偏西气流引导下向偏东方向移动,沿着辐合线向着高温高湿的方向传播,强度增强。聊城风暴进入烟台后,在西西北气流的引导下转向东南方向移动,向着水汽辐合区传播,风暴水平尺度增长。3)聊城风暴进入烟台后传播方向与850 hPa风的方向相反,潍坊风暴发展阶段的传播方向与850 hPa风的反方向不同,二者之间有交角,850 hPa风速太小不足以影响风暴的传播运动。4)在重大活动气象保障过程中,短时临近监测非常重要。高分辨率卫星云图积云新生时间早于雷达观测到的新生单体的时间,可以提前发现对流初生和传播的先兆。多普勒天气雷达和加密自动气象观测站资料相互结合,可以综合判断对流风暴的平流和传播运动。对于本地动力强迫较弱或者处于天气系统边缘时,要考虑上游对流风暴的移动对下游地区的影响。     

多普勒雷达资料在近海强台风模拟中的同化试验

利用中尺度数值模式(WRF),并同化了多普勒雷达反射率和径向速度资料以及非常规的观测资料,对近几年登陆于浙闽沿海的4例强台风进行了数值模拟。通过高时空分辨率的模拟结果对比分析表明:雷达资料的同化,对近海登陆台风路径和降水模拟以及中尺度降水特征都有进一步改进的效果;模拟较好的揭示了台风近中心螺旋云带中的强中尺度对流系统。通过模拟分析表明,在台风近中心的螺旋云带中,低层有一条强辐合线存在,它与实况多普勒雷达给出的低层平显(PPI)强度回波带有较好的对应关系,也与沿海地区中尺度暴雨系统紧密联系,并由此看到近海海域降水带和强对流区的存在。     

"莫拉克"强热带风暴暴雨分析

本文利用天气学分析、物理量诊断、卫星云图及雷达回波分析等方法对0309号强热带风暴“莫拉克”(MORAKOT)暴雨过程进行分析研究。结果表明，在这次暴雨过程中，西南季风的发展和冷空气的侵入作用十分突出，二者共同作用，造成热带风暴“莫拉克”外围云系的增幅发展，从而促进暴雨的发生发展。850hPa较大的正涡度、700hPa较明显的垂直上升运动、以及热带低压东南侧较大的压能梯度都对暴雨的形成和发展起到一定作用。卫星云图、雷达回波图上也比较清楚地揭示这次暴雨形成和发展的演变过程。     

影响山东的台风温比亚（1818）中尺度云团“列车效应”特征分析

基于多普勒天气雷达、区域气象观测站、常规观测和NCEP再分析数据等,利用三维雷达拼图技术对2018年第18号台风"温比亚"造成的山东暴雨中尺度特征进行分析。研究表明:台风"温比亚"造成的山东暴雨,不同阶段雨强特征有较大差异,长时间强降雨是造成灾害性暴雨的主要因素;此次台风暴雨雨团具有很强的移动特征,是否形成"列车效应"是造成灾害性暴雨的重要因素;雷达三维拼图数据可以清晰识别和分析暴雨过程中尺度雨团的移动、合并和发展规律,这些对准确监测预报暴雨的发生至关重要。     

台风“利奇马”引发山东极端暴雨的多尺度特征分析

利用常规气象资料、NCEP FNL 1°×1°再分析、风廓线雷达、云顶亮温(black body temperature, TBB)及逐时自动气象站降雨量资料,对2019 年8 月10—13 日由台风“利奇马”引起山东极端暴雨的多尺度特征进行分析。结果表明：(1)此次台风特大暴雨主要为中低纬系统相互作用及台风倒槽本体直接影响产生,其与冷空气密切相关。冷暖空气交汇有利于山东大部地区稳定性降水长时间持续发生。冷空气从低层侵入暖湿气流底部,形成冷垫,使得暖湿气流在冷垫上滑行,加大降水强度。(2)低空急流指数的变化提前1 h 预示了降水的出现及未来小时雨量的增减,其峰值出现预示着未来3 h 的强降雨时段,即对强降雨时段的出现和雨强大小有一定的预示性,低空急流向低空的快速扩展对应着短时强降水的开始。可以用于强降水的短时临近预报。(3)Q 矢量散度负值的强弱对于未来6 h 的雨强大小有较好的指示意义。(4)淄博西河镇出现全省最大降雨量与其朝向东北的喇叭口地形和对流层低层东北风倒灌有关。(5)TBB 场能较直观地反映强降水过程中降水的分布和强度。风廓线雷达超低空风场的变化对雨强大小和出现最大雨强的时段有着明显的指示意义。     

Doppler radar radial winds in HIRLAM. Part I: observation modelling and validation

An observation operator for Doppler radar radial wind measurements is developed further in this article, based on the earlier work and considerations of the measurement characteristic. The elementary observation operator treats radar observations as point measurements at pre-processed observation heights. Here, modelling of the radar pulse volume broadening in vertical and the radar pulse path bending due to refraction is included to improve the realism of the observation modelling.
The operator is implemented into the High Resolution Limited Area Model (HIRLAM) limited area numerical weather prediction (NWP) system. A data set of circa 133 000 radial wind measurements is passively monitored against the HIRLAM six-hourly background values in a 1-month experiment. No data assimilation experiments are performed at this stage. A new finding is that the improved modelling reduces the mean observation minus background (OmB) vector wind difference at ranges below 55 km, and the standard deviation of the radial wind OmB difference at ranges over 25 km.
In conclusion, a more accurate and still computationally feasible observation operator is developed. The companion paper (Part II) considers optimal super-observation processing of Doppler radar radial winds for HIRLAM, with general applicability in NWP.     

多普勒雷达资料同化在台风“桑美”预报中的应用研究

本文以2006年超强台风"桑美"为个例,考察了同化雷达径向风观测资料对台风初始场和预报场的改进作用。首先对沿海新一代多普勒天气雷达的径向风观测资料进行了去噪音、退模糊等一系列的质量控制,进一步利用美国国家大气研究中心开发的中尺度数值模式WRFV3.5及其三维变分同化系统WRF-3DVAR,每30min循环同化雷达径向风观测资料。结果表明:同化多普勒雷达径向风观测资料后,对台风在模式中的初始位置进行了很好的修正,同时对台风区的动力和热力结构均有较好的调整。两组同化试验对于台风的路径、强度、降水等预报要优于控制试验,并且对背景误差协方差尺度化因子优化调整可以更有效地吸收雷达观测资料并提供更多的中小尺度信息。     

黄河三角洲一次非中气旋龙卷观测分析

利用区域气象观测站、欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF）第五代大气再分析数据集（ECMWF Reanalysis v5,ERA5）、风廓线组网产品、S波段新一代天气雷达（S-band Doppler weather radar in China New Generation Weather Radar Network,CINRAD/SA）和X波段相控阵天气雷达（X-band phased array weather radar,XPAR）等资料,对2021年8月10日发生在黄河三角洲的3个EF0—EF1级非中气旋龙卷过程进行了详细分析。结果表明：（1）此次龙卷天气发生在高空干冷西北气流、低层横槽前暖脊和地面倒槽涡旋背景下,强烈的对流不稳定、0~6.0 km深厚层垂直风切变、大的低层湿度和接近1 000 m的抬升凝结高度,是此次弱非中气旋龙卷生成的有利环境条件;不利的条件是0~1.0 km低层垂直风切变非常弱。（2）海风锋、阵风锋触发对流,横槽分裂南下使上升运动加强;龙卷风暴影响时,临近区域气象观测站要素表现出明显变化,但风场的辐散特征表明观测站附近的大风还与风暴下沉气流有关。（3）龙卷母风暴为多单体合并、后向传播型风暴,双龙卷的形成与单体合并发展有关;雷暴下沉气流形成的阵风锋（出流边界）与海风锋合并使气旋性小尺度涡旋加强,当该小尺度气旋遇到经单体合并后发展加强的上升运动时,旋转运动进一步增强,从而激发了第3个龙卷。（4）CINRAD/SA只观测到气旋性涡旋和风暴顶辐散;XPAR在双龙卷期间观测到强切变和龙卷碎片特征,相关系数低值区明显。