应用多普勒天气雷达资料对四川“7·3”暴雨的变分同化试验

针对2011年7月3日四川地区一次强降雨过程,以NECP/NCAR 1°×1°再分析资料为背景场,采用中尺度数值天气预报模式WRF及其三维变分同化系统3DVAR,同时对多普勒天气雷达的径向速度和反射率因子进行了三维变分同化对暴雨模拟效果影响的研究.结果表明:同化了雷达资料后的初始场能够更加精细的刻画初始风场和水汽通量场的分布与数值,能展现出风场的辐合辐散区域,对水汽通量的中心位置有较大影响,大风速区域和水汽通量高值中心有较好的对应关系;同化了多普勒雷达资料后能较为明显的改变降雨落区及强度的预报精度,前6h有明显的改善作用,随着时间的增加改善作用逐渐减小,前9小时改进作用仍很明显,对比24小时实况降雨仍存在一定的改善作用;经过质量控制后的雷达资料对暴雨预报的改善作用要优于未进行质量控制的雷达资料以及每隔一小时加入一次雷达资料要优于每隔半小时加入雷达资料对于暴雨预报的改善作用.     

应用多普勒天气雷达资料对四川“7·3”暴雨的变分同化试验

针对2011年7月3日四川地区一次强降雨过程,以NECP/NCAR l°×1°再分析资料为背景场,采用中尺度数值天气预报模式WRF及其三维变分同化系统3DVAR,同时对多普勒天气雷达的径向速度和反射率因子进行了三维变分同化对暴雨模拟效果影响的研究.结果表明:同化了雷达资料后的初始场能够更加精细的刻画初始风场和水汽通量场的分布与数值,能展现出风场的辐合辐散区域,对水汽通量的中心位置有较大影响,大风速区域和水汽通量高值中心有较好的对应关系;同化了多普勒雷达资料后能较为明显的改变降雨落区及强度的预报精度,前6h有明显的改善作用,随着时间的增加改善作用逐渐减小,前9小时改进作用仍很明显,对比24小时实况降雨仍存在一定的改善作用;经过质量控制后的雷达资料对暴雨预报的改善作用要优于未进行质量控制的雷达资料以及每隔一小时加入一次雷达资料要优于每隔半小时加入雷达资料对于暴雨预报的改善作用.     

FY-3A卫星MWHS资料同化及四川盆地暴雨数值模拟分析

为研究中国FY-3A(风云三号A卫星)资料在数值模式中对暴雨模拟的作用,以2012年07月03日发生在四川盆地的一次暴雨过程为个例。利用WRF(V3.3)模式和三维变分同化系统WRF-3DVAR,对FY-3A的MWHS(微波湿度计)资料进行同化试验研究。研究结果表明:同化MWHS资料后,相比控制试验,(1)同化方案A在降水区出现+3K的正增量中心和+10%的正增量湿中心,改善了大气能量场和湿度场信息;(2)同化方案A提高了降水区垂直速度和涡度场的数值和分布位置,并较好的刻画出风场的辐合辐散区域和水汽通量高值中心,准确模拟出水汽通量的中心位置;(3)对此次暴雨个例试验研究,在中东部、东北部主降水区,同化方案A模拟降水区分布形式较好,尤其是降水强度得到较大提高降水值达230mm,非常接近实况降水值(227mm),同化MWHS资料可以较好提高WRF模式降水预报能力。     

风廓线雷达资料在降水数值预报中的应用探讨

风场是水汽输送的主要动力,也是影响降水数值预报的重要因子。针对目前常规探空测风的分辨率不高、资料获取时间长、不能及时反映风场中小尺度变化的不足,以及在数值预报中应用受限的问题,采用同化风廓线雷达资料的方法,分析高分辨率的单点风场数据对初始场和预报场的作用。结果表明,把单点风廓线雷达资料在WRF模式中同化是可行的。同化后对风廓线雷达站点初始场的风场、湿度场改善明显,对站点周围一定范围内的流场也有不同程度的影响。同时降水强度和落区的预报结果也有不同程度的改善,尤其是风廓线雷达站下风方向比未同化前更接近实况,在其他方向上距离雷达越近改善效果越明显。另外,同化风廓线资料后,模式预报的涡度散度分布和水汽输送场也有不同程度的改善。     

FY-3双星MWHS资料对江西暴雨的循环同化试验

为了提高卫星资料在同化系统中使用率及验证同化卫星资料的预报效果,采用循环同化方案并通过江西2012年5月11~14日的暴雨个例进行验证。试验设计了风三卫星MWHS资料的循环同化双星资料方案和单时次同化单星资料方案,并对方案的运行结果进行了分析。结果表明,使用MWHS资料可以改进湿度场和涡度场。相比单时次同化单星MWHS资料,循环同化双星MWHS资料方案能更好地改善湿度场和动力场,模拟的降水落区和强度更接近实况,其TS评分最优。单时次同化单星MWHS资料,选用降水期间探测的卫星资料同化效果更优。     

民航京沪穗数值预报系统在广州的本地化试验

为了调整优化基于WRF模式的民航京沪穗数值预报系统在广州本地的预报效果,使用3组不同的物理参数化方案和资料同化方案组合,对发生在2011年10月13日~14日广东地区的暴雨过程进行模拟。降水预报结果显示不同物理参数化方案和资料同化方案对降水预报有较大的影响,使用香港城市大学大气研究实验室实时预报系统推荐的参数化方案的降水预报好于加拿大温哥华地区业务运行的参数化方案,使用香港的方案,不同化自动站资料的预报效果好于同化自动站资料。而环流形势场、相对湿度场、水汽通量场和CAPE指数场对不同参数化方案的敏感性要小于降水场,另外还分析了系统连续15天预报结果。最终结果表明,不论是降水场还是形势场,使用香港城市大学的方案并且不同化自动站资料的评分优于其他2种方案,可以作为广州本地业务方案使用。     

利用GPS水汽资料对重庆一次暴雨过程的综合分析

为了更好地预报重庆地区暴雨发生的时间和落区,利用重庆地区基于GPS得到的GPS-PWV(Precipitable Water Vapor)资料结合WRF数值模拟对2012年一次暴雨过程进行综合分析,分析此次过程中重庆地区GPS-PWV的变化特征、不稳定能量以及动力抬升条件与降水的关系。研究结果表明:此次过程在降水之前有18小时到35小时的水汽聚集过程,在接近水汽通道的迎风坡面降水量转化率较高。综合分析不稳定能量和水汽通量散度的变化结合GPS-PWV提供的水汽场能够更好地预报降水发生的时间和落区。     

凉山“8·31”致洪暴雨过程的中尺度诊断分析

为了探索川西南山地大暴雨天气发生发展的机制,利用实况观测资料、NCEP再分析资料和卫星云图对2012年8月30～31日发生在凉山州北部的一次致洪局地大暴雨过程进行了中尺度诊断征分析。结果表明:此次局地大暴雨过程是在有利的环流背景下,由两高之间的切变和较强的西南低空急流共同作用产生的。暴雨区位于能量锋南侧,中低层不稳定能量丰富;垂直方向上相对涡度显著增大,低层辐合、高层辐散并伴随强烈的上升运动成为暴雨发生重要的动力条件;显著增大的水汽通量与强水汽辐合是大暴雨天气发生的重要水汽条件。MCS维持时间较长且稳定少动是导致暴雨的直接原因;近地层的中尺度辐合线是触发强对流的关键因子。     

粤西沿海“4.20”特大暴雨特征分析

根据气象常规观测资料、湛江新一代天气雷达资料、CFL-08风廓线雷达资料及卫星云图,分析2012年4月20日粤西沿海特大暴雨的天气环流形势、能量场、对流不稳定度、水汽输送和辐合辐散等环境特征及物理量场特征。结果表明:这次暴雨过程粤西地区共经历两次强降水过程,分别是受飑线系统、以及高空槽和低空切变影响;西南低空急流的出现有利于粤西暴雨的形成、维持和发展;暴雨过程粤西上空垂直累积液水含量达25~30g/m2;暴雨期间风向随高度明显逆转,有冷平流输送;约2.0 km高度以下低空急流的下传和增强与暴雨的产生有密切关系;短时间内多普勒天气雷达的速度回波低层辐合区域远远大于辐散区域是可能产生强降水的标志。     

FY-2D云导风在“鲶鱼”台风模拟中的同化试验

为了能给国内的云导风产品在通道的选择和使用方法上提供一些新的参考,以2010年的“鲶鱼”台风为个例,通过对FY-2D云导风产品在WRF模式中的同化对比试验,分析比较了同化了云导风资料之后的台风路径和位势高度场、风场的变化。结果表明,同化之后台风路径的偏差水汽通道要远大于红外通道,随着积分时间的延长,红外通道数据的加入对模拟台风路径的订正作用比水汽通道显著;模式使用不同同化方案的模拟结果也有明显的差别,其中以每24小时一次冷启动的同化循环方案对台风路径有较准确的模拟,而在分析不同通道导风质量优劣方面,则以热循环同化方案最佳。     

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湘中一次大暴雨天气的综合诊断分析

利用NCEP的1°×1°再分析资料、FY-2E逐小时TBB资料以及常规气象观测资料,对湘中地区2010年5月12—13日大暴雨过程的环流形势、物理量场以及中尺度系统进行综合分析,试图从多角度揭示这次大暴雨天气的成因。结果表明：高空南支槽,中低层切变以及地面冷空气是这次大暴雨天气过程的主要影响系统;低空急流作为暖湿气流的载体,为暴雨的产生提供了充足的能量条件和水汽条件;冷空气侵入高能不稳定的暖湿气团,是触发暴雨不稳定能量释放的热力机制;z-螺旋度的空间分布能反映暴雨发生时大气的动力特征,中低层强辐合,高层强辐散与低层正涡度的空间结构,有利于高低层形成“抽吸作用”,从而使上升运动得到发展和加强,为暴雨的产生提供有利的动力条件;高分辨率的云顶亮温TBB资料对降水的强度及落区有很好的指示意义。     

连续台风时期香港区域的水汽变化分析

利用香港卫星定位参考站网GNSS观测数据,提取强热带风暴"塔拉斯"与热带风暴"洛克"影响期间各测站天顶方向对流层延迟,反演香港区域大气可降水量;根据香港区域49个天文台气象站提供的实测降雨量数据,分析大气可降水量与实际降雨量的相关性,以及两次台风对香港区域水汽时空分布的不同影响。结果表明,大气可降水量在台风影响前期均上升,在大量降雨后回落,但在连续台风的间歇期间,仍高于台风来临前的水平;水汽累积是大量降雨的前提条件,当水汽累积量相近时,水汽累积时长与累积降雨量呈正相关;台风期间大气可降水量值超过65 mm的区域面积与台风等级相关,台风路径对局部水汽分布有一定的影响。     

四川凉山平川镇“7.14”泥石流灾害的气象成因

以盐源县的泥石流发生为例,研究了凉山地区出现局地强降雨引发的中型泥石流灾害的气象成因。运用天气学方法,使用NCEP再分析资料以及卫星云图和雷达回波等遥感资料,从环流形势、强对流不稳定、卫星云图和雷达回波图像演变特征,研究了台风登陆时凉山地区强降雨引起泥石流灾害形成的气象成因,并讨论了应用多普勒雷达回波对局地强降水及泥石流灾害短时临近监测和预报预警的思路。     

The study of single station inverting the sea surface current by HF ground wave radar based on adjoint assimilation technology

This paper introduces the assimilation technology in an ocean dynamics model and discusses the feasibility of inverting the sea surface current in the detection zone by assimilating the sea current radial velocity detected by single station HF ground wave radar in ocean dynamics model. Based on the adjoint assimilation and POM model, the paper successfully inverts the sea surface current through single station HF ground wave radar in the Zhoushan sea area. The single station HF radar inversion results are also compared with the bistatic HF radar composite results and the fixed point measured results by Annderaa current meter. The error analysis shows that acquisition of flow velocity and flow direction data from the single station HF radar based on adjoint assimilation and POM model is viable and the data obtained have a high correlation and consistency with the flow field observed by HF radar.     

绵阳“9．22～27”持续暴雨过程特征及成因分析

利用常规实测资料、NCEP刷CAR再分析资料、T213分析资料,对绵阳地区2008年9月22—27日出现的持续性暴雨过程进行环流形势及物理量场分析,结果表明：此次降水过程可分为两个明显的降水时段,其区域不同、强度不一;副高、冷空气、两条水汽通道以及台风是此次过程的主要影响系统;第一降水时段的各物理量水平皆大于第二时段,不稳定能量、水汽和气流的辐合、辐散区分布及上升下沉气流的位置和强度对暴雨的强度和落区预报有较好的指示意义。     

利用ECMWF和GPS研究分析一次典型锋面雨

ECMWF可提供大范围格网点上垂向维的水汽密度、温度、偏压等剖线数据,能反演获得大范围的气象要素及水汽值。GPS可反演获得单个点的水汽值,精度及时间分辨率都极高。本文综合两种反演方法的优点,研究台湾地区一次典型的锋面降雨,对降雨前后各气象要素的变化特征进行详细分析。结果表明,利用ECMWF的反演结果可判断在一定时间段内是否有降水的动力学条件;根据GPS反演水汽结果可以在更高的时间分辨率上对降水时间有指导作用。     

台风“莫拉克”降水观测与云物理特征的模拟研究

为了研究云中微物理量与台风降水的关系,选取0908号台风"莫拉克"作为个例,利用中国自主研发的全球区域同化预报系统对台风引起的暴雨过程进行了数值模拟。该模式系统中包含有详细的云微物理过程。结合TRMM卫星资料、MODIS云顶温度资料、FY-2卫星云图以及常规地面观测等资料与模式结果进行对比分析。分析结果表明,此次强降水主要发生在福建大部分地区以及浙江东南部地区,模拟6小时累积降水最大值超过90m,模式对此次暴雨的雨带位置及其走向都有较好的模拟。台风中云微物理量的垂直分布基本可以分为3层,由冰晶与雪组成的冰相层,一般位于100～400hPa;由云水和雨水组成的液相层,一般位于600hPa之下,以及由霰与云水、雨水形成的混合层,主要分布在400～600hPa。霰在暖区的融化以及云水、雨水的碰并是降水的主要来源。     

2011年7月陕西一次区域性暴雨过程分析

为了探索陕西区域性暴雨发生发展的机制,提高暴雨预报准确率,利用实况高空观测、自动站观测资料和NCEP1°×1°格点资料,采用天气学诊断方法,对2011年7月28日陕西区域性暴雨过程进行分析。结果表明:500hPa西风槽、西太平洋副热带高压、700hPa及其以下的切变是这次暴雨的主要影响系统,低层大风速带和南海台风的远距离作用是暴雨增幅的重要因子;暴雨区具有强的能量锋和对流不稳定,降水产生在850hPa温湿能等值线密集区偏高值一侧;水汽主要来源于孟加拉湾和南海台风外围;辐合、辐散中心下移是强降水即将发生的一个信号,850hPa以下出现比湿猛增现象对位于秦岭以北的渭河流域暴雨预报有一定指导意义。