9406号台风与中纬度系统相互作用的中尺度特征

利用非静力中尺度模式MM5,对9406号台风从1994年7月11日12时（世界时,下同）到12日12时之间的24h降水进行了模拟,采用滤波分析方法对模式结果进行了尺度分离。中尺度场的分析表明:台风与中纬度系统的相互作用非常显著地表现在中尺度系统的活动上;高低空中尺度散度场的分布对中低纬系统相互作用所产生的降水具有一定的指示意义;台风及西风槽强度的改变将直接导致中尺度系统强度的变化,从而造成降水强度的不同。另外,还从能量学角度对不同尺度系统的能量变化进行了分析。结果表明,中尺度场的能量变化极值区与中低纬度系统的强度变化密切相关,且与降水的变化有较好的对应关系。     

由变性台风环流引发的山东特大暴雨天气的位涡场分析

利用非静力中尺度模式MM5对0114号热带风暴Fitow从2001年8月31日00时(UTC)到9月2日00时的降水过程进行了模拟，采用滤波方法对模式结果进行了尺度分离，分析了暴雨发生时的中尺度特征及成因。结果表明：MM5模式对：Fitow登陆过程的降水模拟较成功，暴雨的落区和强度与实况比较一致。Fitow暴雨的中尺度特征在降水的时间尺度、空间尺度、高低空流场和散度场上都很明显。正是维持少动的TC倒槽和嵌入其上的这些中小尺度系统相互作用造成了暴雨的发生，而高低空中尺度散度场的配置对这类暴雨有很好的指示意义。华南地形和海陆分布与暴雨的发生发展有密切的关系。弱的层结不稳定或中性层结是有利于暴雨系统发展的环境条件。     

一次罕见的华南大暴雨过程的 诊断与数值模拟研究

首先对1994年6月中旬的华南暴雨过程进行了诊断分析,然后,利用PSU和NCAR发展起来的有限区域中尺度模拟系统MM5进行了数值模拟研究。诊断结果表明:此次过程长江以南的大部分地区具备大尺度的降水条件,而在两广地区降水更强,这可能是由地形等其他条件决定的。两广地区活动较强的对流云团是造成暴雨的主要中尺度系统,而东部地区主要是锋面造成的连续性降水,对流活动较两广地区相对较弱。数值模拟结果显示:MM5模式对这次华南的强降水过程具有较好的模拟能力,静力方案对大范围雨区的模拟比非静力方案要好一些,但对大暴雨区的模拟非静力方案似乎更具优越性。对流参数化方案的试验表明,Kuo方案能较好地模拟大范围的雨区,Grell方案对强暴雨中心的模拟似乎比其他方案好。对行星边界层方案的试验显示,边界层过程对强的对流性降水的模拟是不可忽略的。这些看法与已有的诊断结果是相符的。     

一次高原低涡过程的数值模拟与结构特征分析

利用非静力中尺度数值模式MM5,模拟了2009年7月29～31日的一次高原低涡过程,结果表明,TBB卫星资料显示出在低涡发展过程中具有同热带气旋类低涡相似的涡眼结构.MM5模式能较好地模拟出低涡的降水落区、强度以及内部结构,正位涡区随着低涡的东移而东移.在动力结构上,低涡发展过程中,涡心处散度和涡度的变化不大,垂直速度...     

热带风暴Fitow(0114)暴雨的中尺度特征及成因分析

利用非静力中尺度模式MM5对0114号热带风暴Fitow从2001年8月31日00时(UTC)到9月2日00时的降水过程进行了模拟,采用滤波方法对模式结果进行了尺度分离,分析了暴雨发生时的中尺度特征及成因.结果表明:MM5模式对Fitow登陆过程的降水模拟较成功,暴雨的落区和强度与实况比较一致.Fitow暴雨的中尺度特征在降水的时间尺度、空间尺度、高低空流场和散度场上都很明显.正是维持少动的TC倒槽和嵌入其上的这些中小尺度系统相互作用造成了暴雨的发生,而高低空中尺度散度场的配置对这类暴雨有很好的指示意义.华南地形和海陆分布与暴雨的发生发展有密切的关系.弱的层结不稳定或中性层结是有利于暴雨系统发展的环境条件.     

SIMULATION STUDY ON CAUSES OF TROPICAL STORM FITOW (0114) HEAVY RAIN

With PSU/NCAR nonhydrostatic mesoscale model MM5, the rainfall process of tropical storm Fitow(0114) is simulated for 00:00 UTC 31 Aug. – 00:00 UTC 2 Sept. 2001. Mesoscale separation is performed on the results with the filtering scheme. Analyses show that the MM5 model well reproduced the position and intensity of heavy rain. Mesoscale characteristics of heavy rain were well represented in rainfall time scale, rainfall area, stream field and divergence at lower and upper levels. The interaction between inverted typhoon troughs and the mesoscale systems lead to heavy rain occurrence. The distribution of divergence fields at lower and upper levels can have a kind of indication for the rainfall. Heavy rains are closely associated with topography and land-sea distribution in South China. Weak instability is favorable to the generation of heavy rain.     

冷空气入侵对0509号台风“麦莎”变性的作用

利用地面和高空的实况观测资料、NCEP／NCAR再分析资料以及FY-2C卫星云图资料,并通过中尺度Barnes滤波和物理量诊断分析,对台风“麦莎”变性过程进行研究。采用非静力平衡的中尺度模式MM5（V3．7）对“麦莎”北上变性,影响京津地区降水的全过程进行了60h模拟。结果表明：“麦莎”登陆北上过程中,西北侧冷空气先随着“麦莎”环流由北向南旋转,尔后冷空气又从台风低压中心的偏南侧向北侵入,逐步侵入“麦莎”暖心结构;在垂直方向上,对流层中高层不断有系统性的冷空气倾斜向下补充,冷空气从对流层低层侵入台风环流,最终使“麦莎”变性。在接近华北地区时,“麦莎”云系发生分裂,偏西侧云系的出现和发展与低层850hPa流场上中尺度辐合线的产生密切相关,其中冷空气的作用显著。     

黄土高原植被变化对环境影响的数值模拟

使用美国NCAR新版MM5非静力平衡模式,模拟了黄土高原2003年6月26~30日的一次降水过程。该试验是通过改变黄土高原局部地区植被覆盖情况,对比分析植被改变区域内各气象要素的变化情况。结果表明:植被改善能使雨量增加,径流量减小,湿度增大,温度日较差减小,使气候变的温和。植被退化却使雨量减少,径流加大,易使水土流失,对水土保持不利。试验较全面地揭示了非均匀地表大气边界层内的温、湿场与陆面相互作用的机理。     

BDA方案在台风路径预报中的应用

利用PSU／NCAR中尺度非静力有限区域MM5及其伴随模式,以T106分析资料为背景场,设计两种台风Bogus方案对台风的初始场进行优化,并进行了数值模拟试验。对9608号台风个例的数值模拟试验研究表明,经过优化的台风初始场较好地改进了由于海洋上资料缺乏所造成的台风中心位置不准、台风环流偏弱和台风内部结构不完整等问题,提高了台风路径预报的准确率。通过试验对比发现,BDA方案优化的初始场更合理,其台风路径预报效果优于GFDL方案。     

山东04.28强飑线过程重力波结构的分析

利用卫星、雷达及山东省中尺度自动站网获取的多种观测资料分析了2006年4月28日主要发生在山东境内的一次飑线(squall line)过程.利用PSU/NCAR中尺度大气非静力模式MM5对这次飑线过程进行了数值模拟分析.分析结果表明,高空冷槽叠加在低空暖空气上,形成上冷下暖的大气热力层结,积累了大量的对流有效位能.由于太行山地形影响而产生的下坡风与地面低压槽前的西南暖湿气流相汇合,形成中尺度辐合线,触发了不稳定能量的释放,产生对流并由中尺度辐合线组成飑线.用小波分析的方法对数值模拟的结果进行连续小波变换,对变换后的结果进行分析表明:太行山的背风波是此次过程的激发机制之一,并且在这次过程中有明显的中尺度重力波结构,其主要波长约为50~100 km,波包传播速度为14~28 m/s,但50 km波相速略大于100 km波.     

Evaluation of Heavy Rainfall Model Forecasts over the Korean Peninsula Using Different Physical Parameterization Schemes and Horizontal Resolution

In this study, the accuracy of a Pennsylvania State University-National Center for Atmospheric Research mesoscale model (PSU/NCAR MM5) for predicting heavy summer precipitation over the Korean Peninsula was investigated. A total of 1800 simulations were performed using this model for 30 heavy rainfall events employing four cumulus parameterization schemes (CPS), two grid-scale resolvable precipitation schemes (GRS), and two planetary boundary layer (PBL) schemes in three model resolutions (90 km, 30 km, and 10 km). The heavy rainfall events were mesoscale convective systems developed under the influence of mid-latitude baroclinic systems with low-level moisture transport from the ocean. The predictive accuracy for maximum rainfall was approximately 80% for 10-km resolution and was 60% for 30-km resolution. The predictive accuracy for rainfall position extended to ～150 km from the observed position for both resolutions. Simulated rainfall was most sensitive to CPS, then to PBL schemes, and then to GRS. In general, the Grell (GR) scheme and the Anthes and Kuo (AK) scheme showed a better prediction capability for heavy rainfall than did the Betts-Miller (BM) scheme and the Kain-Fritsch (KF) scheme. The GR scheme also performed well in the 24-h and 12-h precipitation predictions: the parameterized convective rainfall in GR is directly related to synoptic-scale forcing. The models without CPS performed better for rainfall amounts but worse for rainfall position than those with CPS. The MM5 model demonstrated substantial predictive capacity using synoptic-scale initial conditions and lateral boundary data because heavy summer rainfall in Korea occurs in a strong synoptic-scale environment.     

梅雨锋暴雨研究中的四维变分同化试验

作者利用PSU/NCAR的MM5数值预报模式及其伴随模式, 以中国1999年6月23日～24日的一次梅雨锋暴雨过程为个例, 根据气象要素与同化窗口之间的配置差异, 作了3组变分同化试验.试验结果表明: 4DVAR方法在提高梅雨锋暴雨的数值预报水平上具有重要的作用.     

涡旋自组织过程影响0604号热带气旋Bilis降水的数值研究

利用PSU/NCAR中尺度天气预报模式MM5,成功模拟了0604号热带气旋Bilis登陆后的移动路径和降水分布。在此基础上,讨论了不同尺度涡旋自组织过程对热带气旋Bilis产生局地暴雨的影响。结果表明:(1)引发强降水的对流系统不是来源于热带气旋螺旋云带内的对流云团,而是受热带气旋外围环流与局地地形影响下形成的多个中小尺度系统之间自组织的结果;(2)与0604号热带气旋Bilis登陆前后24小时的强降水相关的自组织过程是分阶段进行的,即第一阶段的双涡自组织过程和第二阶段的多涡自组织过程;(3)局地多尺度涡旋之间的自组织过程,是0604号热带气旋Bilis陆上强降水发生的主要动力机制。     

Numerical Simulation of Long-Term Climate Change in East Asia

A 10-yr regional climate simulation was performed using the fifth-generation PSU/NCAR Mesoscale Model Version 3 (MM5V3) driven by large-scale NCEP/NCAR reanalyses. Simulations of winter and summer mean regional climate features were examined against observations. The results showed that the model could well simulate the 10-yr winter and summer mean circulation, temperature, and moisture transport at middle and low levels. The simulated winter and summer mean sea level pressure agreed with the NCAR/NCEP reanalysis data. The model could well simulate the distribution and intensity of winter mean precipitation rates as well as the distribution of summer mean precipitation rates, but it overestimated the summer mean precipitation over North China. The model's ability to simulate the regional climate change in winter was superior to that in summer. In addition, the model could simulate the inter-annual variation of seasonal precipitation and surface air temperature. Geopotential heights and temperature at middle and high levels between simulations and observations exhibited high anomaly correlation coefficients. The model also showed large variability to simulate the regional climate change associated with the El Nino events. The MM5V3 well simulated the anomalies of summer mean precipitation in 1992 and 1995, while it demonstrated much less ability to simulate that in 1998. Generally speaking, the MM5V3 is capable of simulating the regional climate change, and could be used for long-term regional climate simulation.     

北京地区中尺度非静力数值预报系统的开发与实时预报应用

国家气象中心与北京市气象局联合开发并将于1999年底建成“北京地区中尺度数值天气预报业务系统”。作为开发的第一阶段,以PSU/NCAR的MM5非静力中尺度模式为基础,在国家气象中心IBM/SP2机并行运算环境下与国家气象中心资料源连接并应用北京地区加密地面观测资料,初步建成了“北京地区中尺度数值天气预报试验系统”（以下简称BJ-MM5V.1）。模式设计为垂直23层,水平分辨率分别为45和15km的两重双向嵌套网格。在IBM/SP2计算机上用24个节点作36 h预报所需机时为2 h 20 min,满足实时业务预报需要。该系统于1997年夏季进行了实时运行试验,可提供北京地区每小时降水量预报每3 h多种气象要素预报,预报产品在北京市气象局试用。结果表明,系统有较强的稳定性和实用性,对降水时空分布的预报效果较好。     

MM5微机模拟系统的简介和初步应用个例

本文将ＰＳＵ／ＮＣＡＲ ＭＭ５中尺度数值模式移植到微机上,利用改进的空军中尺度数值预报业务系统的前后处理技术,在微机（或工作站）上建立起了ＭＭ５中尺度模式模拟系统,介绍了该系统的各模块技术方案同时对南北方两次性质不同的暴雨个例进行了成功的模拟,并对一次梅雨锋暴雨进行了数值试验。实践表明,ＭＭ５中尺度模式诉建立十分成功,对天气形势、降水特别是暴雨等重大灾害性天气的模拟能力较强,模拟效果与实际基本一致     

对流凝结加热对华北夏季锋面影响的数值模拟研究

本文利用改进的ＭＭ２模式，用干、湿过程模拟了一次夏季华北锋面结构。干模式仅能模拟出大尺度特征和明显偏弱的锋面环流，而湿模式可模拟出某些重要的中尺度流场特征。表明只要具有合理的模式物理过程，使用大尺度资料，也可以在一定程度上模拟出中尺度系统。对流参数化的试验表明，系统演变和降水预报对湿润因子ｂ和增温廓线很敏感。在此工作基础上，设计了考虑下沉气流的积云参数化方案。初步结果表明，这种方案使降水量预报有改进。     

MM5和WRF模拟东北冷涡雷暴天气过程对比分析

利用NCEP/NCAR再分析资料驱动中尺度天气模式MM5和WRF,模拟2005年4月6日辽宁强雷暴降水天气过程。结果表明:MM5和WRF模拟雷暴发生的天气系统结构相似,但对于降水量模拟,WRF模式模拟的结果与实况更为接近。分析其天气系统结构表明,降水过程中来自不同地区的冷暖空气交汇和来自不同地区云团的汇合造成了此次强雷暴天气的发生。     

热带气旋碧丽斯(2000)发生的数值模拟:非对称流的发展及转换

采用NCAR/PSU研制的非静力双向嵌套的仔尺度模式MM5,模拟了热带气旋碧丽斯(2000)从热带弱低压发展为热带风暴及台风的过程.分析表明非对称流在低层发展并通过涡动通量项向对称流转换,使得热带弱低压快速发展达到热带风暴强度.进一步的分析表明:涡动通量项不仅依赖于非对称流的强度,还取决于非对称流型.当非对称流场为气旋式流入或反气旋式流出时,非对称动量向对称动量转换,非对称流减弱,轴对称流加强;反之,当非对称流场为反气旋式流入或气旋式流出时,动量由对称流向非对称流转换.     

局地地形、地表特征对上海暴雨过程影响的研究

作者在对2001年8月5~6日上海地区一场特大暴雨的诊断分析与数值模拟研究中确知,停滞在上海的热带低压及在其内发生、发展起来的中尺度对流云团是造成此次暴雨的直接天气系统。暴雨过程中,非常规观测资料及高分辨率暴雨数值模拟结果的分析对于揭示热带低压内暴雨中尺度系统的结构及发展演变的时空连续性具有重要作用。但同时也意识到,对于造成暴雨的各尺度系统的发生、发展,特别是造成局地突发性强降水的暴雨中尺度系统,某些物理过程的影响是不可忽视的。这些物理过程或独立影响着暴雨中尺度系统的发展,或相互作用、相互制约,共同影响着暴雨中尺度系统的发展。为此,作者在此次暴雨过程较成功的数值模拟研究基础上,对上海附近山脉地形及上海地区地表状况等可能影响暴雨中尺度系统发展的物理过程进行了模拟试验研究,结果表明,上海及其周边地区局地山脉地形和上海地区的地表分布特征虽不是造成此次局地突发性强暴雨的直接原因,但明显影响着暴雨系统的移动、停滞、发展和加强。上海以西的莫干山、天目山在热带低压东移过程中对于气流具有一定阻挡作用,有利于暖湿气流的聚集及热带低压移速的减慢。但若山脉过高且热带低压移至非平原地带,则来自西南的暖湿气流会受阻而汇集在莫干山至杭州湾一带,这样在相对强的偏西气流作用下,热带低压的移向就会出现变化。另外,上海局地地表城市化特征的加强使得城市近地层空气的暖干特性效应和城区上风方风速辐合,并由此引起暴雨系统内中尺度动力、热力特征出现变化,这值得在局地暴雨强度预报中加以关注。局地城市地表特征是城市暴雨灾害不容忽视的影响因素。