鲁中山区地形对山东省一次暴雨影响的敏感性数值模拟试验

利用PSU/NCAR MM5V3中尺度数值模式进行了鲁中山区地形对一次台风暴雨的数值模拟敏感性试验,结果分析表明:鲁中山区地形作用对山东省暴雨有重要影响,迎风坡可引起低层气流和水汽的辐合上升运动增强,降水量增加,但偏北气流在迎风坡的水汽辐合不明显,降水量影响不大;山顶引起低层辐合上升运动减弱,辐散下沉运动增强,降水量减小;背风坡引起低层气流和水汽的辐合上升运动增强,降水量增加。     

沿海城市建成区热力作用对局地环流影响的CFD模拟研究

基于计算流体力学(CFD)模拟开展了一系列理想数值试验, 分析了城市建成区的热力作用对局地环流的影响, 模拟结果表明: 在没有背景风的情况下, 城市热岛效应可破坏海陆环流的固有转换模式, 使近地面风场总是在城市建成区上空辐合; 在有微弱背景风的情况下, 热岛效应也会导致近地层风场出现线型辐合。而城市上空总是容易出现辐合风场, 可部分解释城市局地高污染带形成的物理机制。      

太行山和山东半岛地形对冷流暴雪的影响分析

用WRF模式模拟了2005 年12 月6-7 日山东半岛一次冷流暴雪过程,通过降低太行山地形高度至10 m和抬升山东半岛地形高度至500 m的敏感性数值试验,分别分析了上游太行山和本地山东半岛地形对山东半岛冷流降雪的影响。结果表明：太行山对山东半岛冷流降雪的强度起到了加强的作用,降低太行山地形高度的敏感性试验在山东半岛北部10 m风场辐合强度较同时次控制性试验明显减弱,减弱的区域主要在山东半岛北部地区,其他区域变化不明显;同时敏感试验的流场在山东半岛的辐合也有所减弱,流线密度要疏散些。850 hPa西北风越过太行山后在背风面产生波动,波动中的气旋性小涡旋移至山东半岛后,加强了山东半岛本地的辐合强度。抬升山东半岛的地形高度后,地形的抬升辐合作用增强,故冷流降雪的强度也得到增强。     

暴雨与次天气尺度扰动和低空急流的生成

本文利用五层原始方程模式、实际的等压面高度和雨量资料进行了次天气尺度系统生成的数值试验,得到的结果是:考虑了潜热的热源作用,在雨区附近的低空产生了一条辐合线,辐合线上有一次天气尺度的涡旋。低空急流的风速廓线、垂直环流及其与暴雨的关系和平均结构一致。用干模式所作试验不能得到类似的结果。     

贵州南部山区一次大暴雨的数值模拟

利用WRF模式,对2008年5月27日夜间贵州南部山区大暴雨天气进行了数值模拟。复杂地形条件下,数值模拟有一定难度。本次数值模拟能够反映此次大暴雨的降水区域、降水特征和降水强度。在此基础上,利用高分辨率的数值结果,对该暴雨过程的中尺度气旋及地形对降水的作用进行了分析,结果表明：中β尺度气旋是造成此次局地暴雨的直接系统;气旋在结构上表现出中低层强烈的辐合和正涡度柱的耦合,出现了伸展到对流层顶的深厚强上升运动;造成大暴雨的辐合线生成在贵州西部地形梯度较大地方,辐合线上发展起来的中尺度气旋在850 hPa和地面上表现为生成在一个开口向南的喇叭口地形上,由于喇叭口地形对气流的辐合和抬升作用,水汽辐合和上升运动在该地达到最强,无疑对降水的落区和强度有重要影响。     

辐散风和瞬变的涡度通量对定常波的强迫

本文从理论分析、资料诊断和正压模式数值试验三个方面研究了瞬变的涡度通量的辐合与辐散风产生的涡度源之间的关系及它们在对流层上层定常波维持中的作用。结果表明， 瞬变涡度通量的辐合对辐散风产生的涡度源有抵消或耗散的趋势；定常波是在两种强迫力的共同作用下维持的。同时还研究了不同地区散度场对定常波的作用， 结果表明，中纬度东亚地区的辐合场对维持东亚大槽是重要的，并且这一辐合场与位于印度尼西亚地区的辐散场是维持西太平洋上副热带反气旋系统的主要强迫源。     

太行山对北京“7.21”特大暴雨的影响及水汽敏感性分析的数值研究

运用GRAPES_Meso模式对2012年7月21—22日发生在北京地区附近的特大暴雨过程进行数值模拟和地形、水汽的敏感性试验。地形敏感性试验发现,在这次特大暴雨过程中,由于太行山北端的阻挡作用,使得气流和水汽辐合、抬升,加强了对流过程;对流层低层山前东南风和西南风、北风的辐合带增大了气旋性涡度,使东移到北京的低涡稳定维持5 h左右,对降水有明显的增幅作用;而且地形起伏和地形海拔高度对降水都有明显增幅作用,地形起伏的增幅作用较地形高度的大。水汽敏感性试验发现在这次特大暴雨过程中,水汽条件较小的变化,会导致水汽输送的明显差异,从而导致降水量显著地改变。     

地面风诊断模式的数值试验和模拟

本文用一个简化的一层地面风数值诊断模式，在台湾岛及海峡地区对6个个例进行了数值试验。结果表明，假定的地形影响层较厚时，地面流场中台湾岛周围的流线更趋于与地形线平行，地形效应更明显；地表粗糙度增大时，地面风向逆时针偏转，风速减小；考虑非绝热加热后，地面流场中分流现象明显减弱，并在山脊附近形成辐合线，同时岛后辐合减弱甚至消失；而地形高度的动力作用则是分流、绕流和岛后辐合等现象的内在根源。在上述研究基础上，对同样个例进行了数值模拟。结果在一定程度上反映了实际风场。     

重庆2次西南涡暴雨过程的类比分析

基于AREM模式分别对2010年夏季发生在重庆的两次西南涡暴雨过程进行数值模拟,并利用模拟结果对暴雨过程的动力和热力场演变以及涡度收支变化进行分析。结果表明:1)西南涡造成的降水落区位于低涡中心附近,整个降水过程雨带分布与低涡移动路径相一致;2)整层水汽通量辐合极值出现时间超前于最大降水出现时间,降水增强阶段,整层水汽呈增长趋势,说明存在稳定的水汽输送;3)最强辐合出现时间略早于最大正涡度出现的时间,说明大气辐合能够促进涡度的发展,辐合中心比正涡度中心位置低;4)涡度辐合辐散项对低涡的发展加强起最主要的作用;涡度平流项和涡度辐合辐散项的作用集中体现在中低层大气中,而垂直对流项和扭转项的作用则在中高层更为明显;降水的强弱与涡度变率的大小及伸展高度相对应。     

嫩江、松花江流域暴雨过程的中尺度数值模拟

利用MM5和η坐标等中尺度数值预报模式,对嫩江、松花江流域东北冷涡大暴雨过程进行了数值试验。可以肯定这两个模式对这类暴雨有一定的预报能力,能揭示暴雨过程中的一些中尺度特征,在业务上具有很好的应用价值和潜力;数值试验表明,大、小兴安岭和长白山等地形对嫩江、松花江流域的暴雨形成有重要的作用,主要表现在对暴雨落区和范围的影响;切变带上升运动的强迫来自中层偏南气流与偏东干冷气流间强风向切变形成的动力抬升作用;阻塞高压的减弱会导致其底部偏东气流的减弱及后部偏南气流在高层减弱、在低层增强,使高层辐合增强及低层辐散增强,从而使降水减弱,并使系统偏南、偏东。     

“080527”湖北老河口短历时暴雨的中尺度天气成因分析

以2008年5月27日发生在湖北老河口的短历时暴雨为例,利用NCEP客观再分析资料,开展中尺度天气系统诊断分析。结果表明：干线、500 hPa冷温度槽、冷切尾部辐合区、中低层湿区及地面风场辐合线等中尺度天气系统的活动与暴雨发生、发展密切相关。干空气自北向南、自上而下侵入湿区,具有典型的湖北干侵入暴雨特征。干侵入使干冷空气与暖湿空气汇合上升,同时激发冷切尾部辐合区中的正涡度柱沿假相当位温锋区向上发展,配合地面中尺度辐合线,增强对流上升运动。500 hPa冷温度槽活动及干侵入造成垂直方向上对流不稳定,冷式切变线尾部由于冷暖平流、干湿平流交汇构成水平方向不稳定区,不稳定区受露点锋生扰动,从而触发强对流天气。中低层深厚湿区的维持和水汽辐合为老河口中尺度暴雨提供了水汽来源。     

11月初北黄海一次海龙卷风暴的中尺度特征分析

利用多普勒天气雷达资料及反演风场和常规观测资料,对2014年11月2日发生在北黄海（山东半岛北部海上）一次罕见海龙卷风暴的中尺度特征进行了分析。结果表明：冷空气、暖湿海面热力边界、山东半岛北部近海岸西北风与偏西风的辐合线是海龙卷风暴发生的天气背景。海龙卷风暴发生时雷达回波PPI最大分贝反射率因子为60 dBZ,高度为2.0 km,最高风暴顶为4.5 km,最大垂直累积液态水含量VIL为21 kg·m-2。利用雷达反演风场进行中尺度特征分析,结果表明：在海龙卷风暴发生发展过程中,低层风辐合对应4.0 km高度上是风辐散,海上有较强的偏南暖湿气流输送到雷暴区。中尺度动力特征：最大正涡度和散度辐合在1.0 km以下,低层正涡度和散度辐合、高层散度辐散是雷暴发生初期动力特征;低层没有正涡度和散度辐合、高层为正涡度和散度辐合是雷暴开始发展的动力特征;低层和高层为大的正涡度和散度辐合是雷暴成熟阶段的动力特征。高空冷空气叠加上低空强的偏南气流,造成局地涡度加大和低层辐合加强,使低层暖湿气流倾斜上升。海龙卷与辐合区的冷空气和暖湿气流有关。     

一次长三角地区飑线过程的数值预报分析北大核心

2019年4月9日,长三角地区发生了一次罕见的长历时强飑线天气过程。在分析其天气形势背景和发展演变基础上,利用新一代华东区域数值模式对此次过程进行了预报分析,初步分析了其演变过程中的中尺度结构特征。结果表明,此次飑线发生在高空槽前、低层强烈辐合抬升天气背景下,强的垂直风切变、冷空气向南侵入与低层暖湿气流叠加建立了强的对流不稳定层结,是飑线发生发展和长时间维持的重要原因。数值模式成功模拟了飑线前部低层暖湿空气上升和后部中层干冷空气下沉这两支入流,以及飑线过境时边界层高度和大气可降水量迅速下降,地面中尺度冷池向东南方向的传播过程,冷池与对流风暴的移动速度基本一致,导致对流前部低层一直有风场的切变辐合抬升,有助于对流维持并发展。     

庆阳市一次局地冰雹天气分析

利用常规气象资料和多普勒雷达资料,从天气形势、物理量场和雷达回波演变特征3方面分析了2006年8月2日庆阳市局地强降雹的天气过程。结果表明：此次降雹过程在500hPa高空环流形势场上呈典型的西北气流型,低层辐合、高层辐散,对流层中层正涡度区的耦合激发低层上升运动加强,有利于本地水汽向上输送;河套北部短波槽促使冷空气动力下传是这次局地强对流天气最主要的动力触发机制;从雷达回波的演变来看此次降雹并非是典型的冰雹云回波特征,而是由飑线造成的对流云相互碰并增强后产生的冰雹;同时卫星云图上云顶亮温的变化与对流云团的发展也有着很好的对应关系,单个云团的合并有利于能量的集中和加强,易于产生冰雹。     

北京“7.10”暴雨β-中尺度对流系统分析

采用NCEP/NCAR再分析资料、自动站加密观测资料、逐时云顶亮温TBB资料、多普勒雷达资料以及成功模拟基础上的高分辨率模式输出资料，对2004年7月10日北京突发性暴雨过程β-中尺度对流系统的发生发展、结构与成因进行了综合分析。结果表明:此次过程影响系统为β-中尺度对流系统，它发生在大尺度暖脊之中，对流层中层的短波槽以及低层西风槽前西南气流与暖切变线北侧东南气流的汇合为其发生提供了良好的环境条件；该β-中尺度对流系统由两个对流云团合并而成，具有椭圆形结构特征，其水平尺度为150 km×100 km，时间尺度约为5 h；低层流场上它表现为中尺度辐合线或强辐合中心，雷达回波和径向速度场所反映的中尺度回波带和辐合线与它的演变有密切关系；在发展强盛期，β-中尺度对流系统具有较强的斜压性特征，垂直倾斜的上升气流及其两侧有明显的下沉补偿气流，显示它具有对流型风暴结构特征；在强对流不稳定层结条件下，700 hPa以下对流层低层具有明显的假相当位温θ_se暖湿舌，近地面层偏南风与偏东风两支气流的辐合及冷空气的侵入，导致行星边界层内能量锋区的加强，从而有利于β-中尺度对流系统发生发展。     

华东飑线过程中的地面中尺度物理特征

本文利用华东中尺度天气试验资料和雷达回波,分析了9例强飑线过程中逐时地面物理量场的变化。提出中尺度散度场的配置及变化与中尺度强对流天气有十分密切的关系,而中尺度扰动辐合强度演变与锋前暖区内的中尺度扰动风场汇合线有关,这些关系往往能预示中尺度强对流天气的出现和发展。有时,在飑线发展的过程中具有中尺度重力波特征。     

华南一次强飑线过程的三维变分风场反演效果分析

利用三维变分方法对2014年3月30—31日华南一次强飑线过程进行风场反演,经与风廓线雷达探测结果、双多普勒天气雷达反演结果、原始径向速度数据等对比分析,得到如下结论：三维变分方法反演的中低层水平风场与风廓线雷达探测到的结果较为一致,且能很好地表现飑线过境时的风向切变;通过与双多普勒雷达风场反演结果对比发现,两种方法得到的风场空间分布十分相似,均能很好地表现2 km高度上系统内部强带状回波前缘的辐合线以及5 km高度上较弱的辐散;三维变分方法反演的水平风场与径向速度场有较好的一致性,2 km高度强回波带前缘阵风锋处的辐合线位置以及5 km和8 km高度上辐散区的位置均与径向速度场十分吻合;三维变分方法反演的垂直速度能较好地反映该飑线过程中气流的上升和下沉运动,平行于飑线方向的气流变化较小,而系统气流变化主要沿垂直于飑线的方向。三维变分方法反演的飑线系统的三维风场结构合理,反演结果可靠。     

基于VDRAS资料探究河北中南部一次弓状强飑线的演变和机理

利用常规气象资料、ERA5再分析资料、北京VDRAS资料以及雷达资料，对2021年7月31日发生在河北中南部的一次弓状强飑线过程进行分析。结果表明：（1）此次飑线过程发生在冷涡的背景下，500 hPa涡后的冷空气与850 hPa的暖脊叠加，建立了不稳定层结，在地面辐合线附近触发。（2）雷达回波由分散的对流单体合并加强，强弓形出现时，最大强度值超过55 dBZ，存在径向速度大值区和中层径向辐合等特征，这些都预示地面大风的出现，而回波悬垂预示冰雹出现。（3）雷达反演的风场可以显示飑线的水平和垂直结构，能清楚地指示飑线的出流、入流以及辐合区，对指示飑线不同部位的发展趋势有重要指示意义。（4）地面风场辐合导致雷暴单体触发，雷暴单体在不稳定的大气层结中获得快速发展，发展过程中0～3 km的垂直风切变逐渐增强，低层形成冷池，热力不均匀区域扩大，沿着扰动温度梯度大值区与风场辐合区，新生对流向东向南传播，分散对流单体合并演变为飑线。（5）从飑线发展阶段的热动力结构分析中发现，由倾斜上升气流与下沉气流形成垂直环流，下沉气流增强时，冷池效应增强，低层环境垂直风切变也增强，环境条件的改变是飑线发展的结果，同...     

江苏地区两次强飑线天气过程的特征分析

利用常规观测资料、NCEP/NCAR再分析资料、自动气象站加密观测及多普勒雷达资料,对2006年4月28日和2009年6月14日发生在江苏及周边地区的两次典型飑线过程进行了对比分析.结果表明,两次过程发生前期,对流层低层伴有明显的暖平流,中高层出现冷平流,促进了该地区大气层结不稳定的形成和发展;在飑线移动发展过程中,地面风场中对应一条清晰的辐合线,对飑线的触发和维持起着重要的作用.两次过程中环境场的热动力结构存在明显差异:就热力条件而言,前者发生在春季,冷空气势力依然较强,对流层低层的暖平流是大气层结不稳定发展的主要原因之一,后者发生在暖湿气流相对活跃的夏季,中高层冷空气的侵袭更值得关注;动力条件分析表明,前者低层辐合抬升条件明显好于后者,而后者的热力条件占优势,一旦对流启动,更容易发展.     

北京“7.21”特大暴雨过程中尺度系统的模拟及演变特征分析

在2012年7月21日北京特大暴雨过程天气尺度环流背景分析的基础上,主要用WRF模式对该次暴雨过程进行了高分辨率的模拟。利用模拟资料分析了影响此次北京特大暴雨的辐合线及辐合线上生成的中尺度低涡的热动力结构及其演变。从热力场来看,来自于西北和东北方向的强冷空气与西南和东南暖湿气流的长时间对峙形成的辐合以及中低层冷空气从西北和东北方向向西南的入侵迫使整层暖湿空气抬升,以及低空急流的暖湿平流与低空弱冷空气之间形成的"西冷东暖"的结构,对对流不稳定的触发有一定作用,有助于该次特大暴雨的发生。对流层低层的西(东)南风与西北风之间形成了一条持续时间长的辐合切变线,切变线上不断有中尺度低涡生成并沿切变线发展移动,模拟资料分析表明,低涡不断沿切变线生成并移动经过北京从而对该次暴雨造成影响,这与"列车效应"现象类似。切变线上生成的中尺度低涡位置也同时处于急流左前侧和山前,低涡加强和发展时对应有暴雨的明显增强,是直接造成北京特大暴雨的中尺度系统,其生成与低层辐合、低空急流及地形均有关系。低层辐合引发的垂直运动在地形迎风坡附近得到加强,低层辐合及地形抬升共同导致了强垂直运动的发展和维持,是暴雨持续的重要原因。大气中层有下沉气流与低层上升气流相互作用,在大气中低层形成一系列中尺度环流,房山附近一直有中尺度环流的垂直上升支维持,也是暴雨中心出现在房山的原因之一。