基于WRF模式对贵州一次山地暴雨数值模拟研究

采用中尺度天气模式WRFV3.6.1模拟发生在贵州西南部山区大暴雨天气,由于复杂的地形条件,数值模拟难度大。通过对降雨实况、高空对比分析,WRF模式能够很好模拟此次大暴雨天气过程。在此基础上,结合贵州地形下利用高分辨率的数值结果进行天气学诊断分析,得出:(1)WRF能够较好地模拟贵州一次山地暴雨天气过程的大尺度环境、降水分布,只是在贵州中北部的累计降水略偏大。(2)此次降雨过程存在着明显的低层辐合、高层辐散的形势配置,这有利于垂直运动的发展,进而产生剧烈的强对流天气。在垂直速度上也体现着在降雨中心存在着强对流发展,伸展高度高,垂直区域广。(3)低层深厚的湿层为暴雨发生提供了充足的水汽条件、充足的对流有效位能和比湿提供了能量条件、不稳定层结和强烈的上升运动也给此次大暴雨提供了有利配置,使得中尺度对流系统得到很好地发展,进而引发强降水。(4)700 h Pa上的垂直螺旋度与降水落区有着较好的对应关系,在实际业务中可以用来确定降雨落区,为确定落区提供科学依据。     

2010年5月潍坊一次强对流天气过程的诊断分析

利用常规观测资料、自动站、数值预报及潍坊713雷达资料,对2010年5月30日潍坊强对流天气过程进行了诊断分析。结果表明:这次强对流天气的主要影响系统是高空冷涡、低层切变线。存在上干冷,下暖湿结构,有较强的对流不稳定层结;对流层低层切变线是造成这次强对流天气的触发机制,地面风场上出现了"对头风"的强风向辐合中心;对流不稳定区的风垂直切变大,有较强的垂直上升运动。     

鄂西山区一次早春局地强冰雹过程分析

利用常规的地面、高空形势图以及雷达观测资料,对2017年4月15日发生在湖北恩施山区的一次局地性强冰雹天气过程的成因进行了分析。结果表明:锋前地面暖低压的热效应,加强了地面辐合和不稳定能量的积聚,使上干冷下暖湿的不稳定层结更加明显,地面辐合线和中低层切变辐合区的存在,为风暴单体形成提供了良好的环境条件;在中尺度辐合线动力抬升作用下,低层辐合上升触发了对流不稳定能量的释放,加上山区"喇叭口"有利地形的抬升作用,更激发了强对流天气的发展;此次强对流天气过程中,表现出了多单体风暴此消彼长的特征,在有利的大气环境条件和地形条件下,多单体风暴的发展加强,强风暴较长时间维持,是此次局地出现强冰雹的重要原因。雹暴单体的垂直结构反映出了低层入流、弱回波区、高强回波悬垂等典型特征,中层径向辐合和风暴顶辐散共同作用,有利于风暴单体得以维持和发展,也是造成局地冰雹天气的重要原因。单体风暴反射率因子较长时间维持在60dBz以上,并对应较大的VIL值出现;此次强冰雹天气,局地性强,影响范围小,其主要原因是0～6km垂直风切变不大,同时,中低层湿层浅薄,地面湿区明显偏南,仅在冰雹落区附近出现一个小范围的近饱和湿区,不利于风暴天气有组织的大范围发展。     

豫西地形对一次强降水过程的影响分析

利用中尺度模式WRF 3.3.1模拟了2007年7月29日豫西山区强对流天气过程,并进行了地形高度敏感性试验。结果表明：模式能够很好地再现此次强对流降水过程,模拟降水范围与强降雨中心均与实况较一致。分析对比控制试验和地形敏感性试验结果可知,地形的改变能够在水平和垂直方向上影响环流形势,进而影响降水的落区和中心量级。地形升高和迎风坡梯度增大使近地面层水平风场辐合增强,中层上升运动明显增大,且低层的水汽通量增大,导致雨带横向范围和降水中心量级明显增大;而地形降低和迎风坡梯度减小使山脉对近地面层气流的阻挡作用明显减弱,低层水汽通量显著降低,中层辐合抬升运动明显减弱,迎风坡前强降水中心减弱甚至消失,而山脉下游降水则有所增强。分析地形高度与山前降水的定量关系可知,降水中心量级随着地形升高或降低相应地增大或减小,但二者并非完全的线性正相关。     

“2013·7·21”杭州湾北岸短时大暴雨的中尺度分析

利用FY 2E卫星的TBB资料、多普勒雷达资料、中尺度自动站资料以及基于WRF模式的5 km全程同化数据,对2013年7月21日杭州湾北岸短时大暴雨天气进行了中尺度分析,结果表明：此次对流性暴雨发生与近地面西南偏西气流和东南偏东气流的辐合作用密切相关,湖州东部地区由局地热对流引起的偏西气流出流增强了嘉兴西部地区的偏西气流强度,从而触发两股气流间的辐合扰动并产生对流运动,当对流运动发展到一定程度时,在对流层低层出现了下沉气流,其中一部分气流向东契入近地面的偏东气流内,致使此处的辐合抬升运动加强,从而在对流层中层形成了新的垂直上升运动。此外,在对流性暴雨发生前0～3 km的环境风垂直切变较小,导致这次短时大暴雨过程中强对流单体的维持时间较短。暴雨区附近的近地面存在较为浅薄的中性或稳定层结,其上相对位温垂直递减明显,大气层结极不稳定。     

2014年宁波一次典型海陆风雷暴过程探析

用Micaps,地面自动站加密资料,新一代多普勒天气雷达资料和GFS 0.5°×0.5°再分析资料以及中尺度WRF模式输出资料对2014夏季发生在宁波市地区的一个局地强雷暴天气过程进行了分析总结,得出:宁波新一代多普勒雷达反射率回波出现弱窄带回波时,对应边界层辐合线海风锋,在有利天气形势背景下易诱发强对流的发生发展。此次强雷雨过程是在有利天气背景条件下发生的,强对流发生在局地层结不稳定和较好的水汽条件下;利用中尺度WRF模式输出资料进行分析看到,海风锋的锋生造成的地转强迫促使次级环流加强,在东西风辐合线西侧有垂直上升运动出现;海风锋本身有一辐合抬升区,辐合上升运动的加强为雷暴的发生提供了有利的动力条件,从而触发了该地区不稳定能量的强烈释放,促使了雷暴的新生发展。     

“0730”上海强对流天气个例的中尺度观测分析及数值模拟

利用上海多普勒雷达、中尺度自动站等资料和中尺度数值模式WRF模拟结果,分析了2005年7月30发生,在上海地区的一次强对流天气(简称"0730")的发生、发展过程。结果表明,边界层中尺度辐合线和扰动能够在弱冷空气南下和局地中小尺度斜压不稳定的背景下产生,中尺度扰动不稳定随垂直运动上传、触发对流;低层高湿度梯度的大气层结、垂直风向剧烈非均匀切变和能量锋区的耦合配置,促进了强对流的迅速发展。结合数值模拟和诊断分析初步揭示了这次强对流过程发生冰雹、暴雨、大风等天气的原因。     

2000-05-11河南强对流天气过程分析

对2000-05-11河南省出现的雷雨大风、冰雹天气的影响系统、稳定度参数、高空风切变、3θ曲线、云中负温区、雷达回波特征分析结果表明下滑槽及西路冷空气为强对流天气提供了动力条件;低层高温、高湿及低层暖平流、高层冷平流,为强对流提供了层结条件;高空风的垂直切变有利于对流天气的加强和维持.强对流天气在速度场上表现为中尺度辐合线、风向风速辐合区、风速辐合区、大风区等中尺度系统.     

台风“海棠”特大暴雨数值模拟研究

在福建中北部登陆的台风,往往会严重影响浙江,尤其值得注意的是台风引起特大暴雨经常会发生在浙江东南沿海的南雁荡山区和北雁荡山区,2005年在福建省连江黄歧登陆的台风"海棠"(0505)对浙江东南沿海造成严重影响,是这类台风比较典型个例。文中利用非静力模式MM5模拟"海棠"台风在浙东南沿海造成的特大暴雨,模拟结果与实况对比分析表明,模式较好地模拟了台风降水强度和分布,特别是成功模拟出南雁荡山区特大暴雨中心(南部暴雨区)和雁荡山区特大暴雨中心(北部暴雨区);运用高时空分辨率模拟资料对特大暴雨成因进行诊断分析表明,南部暴雨区涡度低层到高层向西倾斜结构和北部暴雨区高低空强辐散辐合的耦合结构有利于形成暴雨区强烈上升运动,环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动;暴雨区持续不稳定层结和特殊水汽输送通道为特大暴雨提供热力条件和水汽条件。最后对浙南闽北地形对台风特大暴雨影响进行数值敏感性试验表明,温州南、北雁荡山脉地形等高线与台风水汽输送路径正交是造成特大暴雨的重要原因,地形使暴雨增幅明显,地形越高对暴雨增幅越明显,降水分布更加不均匀。比较台风造成南、北特大暴雨条件,发现两者既有环境风场垂直切变产生次级环流进一步加强暴雨区上升运动、持续不稳定层结以及地形对暴雨增幅作用等相同之处,又有动力结构、维持持续不稳定层结条件以及水汽输送等不同之处。     

2000—05—11河南强对流天气过程分析

对2000－05－11河南省出现的雷雨大风、冰雹天气的影响系统、稳定度参数、高空风切变、3θ曲线、云中负温区、雷达回波特征分析结果表明：下滑槽及西路冷空气为强对流天气提供了动力条件；低层高温、高湿及低层暖平流、高层冷平流，为强对流提供了层结条件；高空风的垂直切变有利于对流天气的加强和维持。强对流天气在速度场上表现为中尺度辐合线、风向风速辐合区、风速辐合区、大风区等中尺度系统。     

甘肃靖远“8·10”致洪短时强降水成因分析

利用ERA-interim再分析资料、FY-2G卫星云图、多普勒雷达资料以及常规气象观测资料,对2018年8月9—10日甘肃靖远致洪致灾短时强降水的成因进行了诊断分析。结果表明：此次短时强降水天气具有空间尺度小、持续时间短、强度大的特点;在西太平洋副热带高压西伸北抬、伊朗高压北上东伸的大尺度环流背景下,甘肃中部处于两高压之间的弱切变辐合区;强降水发生前,低层暖湿平流的增温增湿使不稳定层结发展;低层正涡度辐合加强了水汽的垂直输送,地面气旋性风场、次级环流为强对流提供了有利的动力条件;强降水过程中没有高空槽、低空急流的配合,垂直风切变较弱,在副热带高压边缘高温高湿环境下,中小尺度热低压使该区域热力不稳定增加,中低层弱冷空气入侵、地面辐合线对强对流天气的发生起到了触发和组织作用;造成此次强降水天气的中-γ尺度对流云团,生成在地面热低压和中尺度辐合线附近,具有明显的低质心强降水雷达回波特征。     

WRF模式对一次河西暴雪的数值模拟分析

利用NCEP再分析资料,使用WRF模式模拟了2005年3月14~15日出现在甘肃河西西部(祁连山西段北坡)的一次暴雪天气过程。结果表明:WRF模式能较好地模拟出暴雪的区域,对这种中尺度天气系统具有良好的预报能力。在这次暴雪过程中,地面冷锋、低空风场切变线,以及与高空强锋区相对应的高空急流的合理配置加强了暴雪区的垂直环流的发展,使降雪区对流发展;出现暴雪时最大辐合层在600 hPa附近,500 hPa以上表现为一个深厚的辐散层。随着强降雪的开始,降雪区近地面层由辐合变为辐散,反映出由于能量释放,降雪的影响系统开始逐渐消亡;在降雪过程中始终伴随着中小尺度特征的强烈的垂直上升运动,最大上升速度层在500~400 hPa之间;降雪的水汽来源于西风气流,水汽输送在600 hPa最强。600 hPa的强水汽输送和强辐合保证了产生强降雪必需的水汽条件。     

一次沿川西高原东麓地带的强降雨过程分析

利用NCEP1°×1°再分析资料和地面加密自动站资料及卫星资料,对2012年8月16~18日盆地西北部沿龙门山脉的连续特大暴雨的形成机制进行探讨,此次暴雨过程出现在青藏高原东侧陡峭地形向盆地的过渡带,具有突出的地域特点。重点分析了青藏高原切变线东移期间,副高西北侧暴雨区内的对流触发机制和地形作用。分析表明:副热带高压前期的维持稳定与高原低值系统东移是产生强降雨的环流背景,在强降雨区域低层具有明显的风速风向辐合,东北—西南向的龙门山带即青藏高原东侧陡峭地形引起了盆地低层东南气流强烈的垂直上升运动。青藏高原东侧暴雨区最显著的热力特征是低层具有明显的高温高湿和大气不稳定层结。此次强降雨具有典型的“上干下湿,上冷下暖”的结构,正是强对流天气形成的有利条件。      

鲁中山区一次漏报的强对流天气过程中地形触发作用分析

利用常规气象资料、区域加密观测站资料、雷达资料以及WRF模式输出资料,对一次漏报的受弱冷空气影响而引发的鲁中山区局地强对流天气过程进行诊断。结果表明,此次过程发生在500h Pa浅槽引导弱冷空气自对流层中层缓慢下沉造成气层位势不稳定的天气背景下,强对流在触发和加强的过程中复杂下垫面的影响有不可忽视的作用。局地对流易在山区西北边界的迎风坡、地面中尺度低压中心、温度梯度最大处触发;山区地形对垂直环流的激发是对流发展的主要原因;地形造成的近地面来自海上的东南风绕流辐合是对流加强的有利因素;在环境场较弱的情况下,局地对流触发后,强雷暴回波会沿着地面中尺度高能区发展、移动。     

青藏高原东侧陡峭地形对一次强降水天气过程的影响

利用高分辨率中尺度模式分析资料,研究了青藏高原东侧陡峭地形对一次暴雨天气发生发展的影响。结果显示,青藏高原地形对大气环流的动力阻挡作用形成了本次暴雨过程的水汽输送通道,青藏高原东侧陡峭地形结构造成了四川西北部和黄河上游的强水汽辐合中心,并使低层高能舌和能量锋区位于海拔较低的四川盆地,在四川盆地对流层低层建立起位势不稳定层结。青藏高原东侧陡峭地形结构引起了低层偏东气流强烈的垂直上升运动,最强的垂直上升运动出现在东西风垂直切变与陡峭地形交汇处,激发不稳定能量释放,促使强对流猛烈发展,暴雨过程中高原东侧还有一个中尺度涡旋的发生发展相伴。青藏高原东侧暴雨区最显著的热力特征是高温高湿区域仅出现在对流层低层,最显著的动力特征是强涡度柱也仅出现在对流层低层。     

九华山暴雨地形增幅作用的观测分析

利用常规气象观测资料和安徽省中尺度自动气象观测网的加密资料,对2007-2008年九华山的7次暴雨天气过程,经过山区雨量和周边测站雨量的比较及山区小地形作用引起的风场变化对降水影响的综合分析,得到如下结论:九华山山区降水量明显多于周边丘陵地区,其雨量分布具有明显的山区地形雨特征.山区降水量分布受地形影响很大,迎风坡及喇叭口雨量偏多,不同高度上雨量分布存在差异.地形作用形成的风场辐合影响强降水和强对流天气的形成和发展,气流过山造成的气流加强效应有利于低空急流的加强和维持.强降水发生前,山区风场变化明显,且风场发生改变与强降水的开始和增强有一定的时间对应关系,风垂直切变的维持与强降水时段也有较好的相关性.     

重庆2008年7月21日强对流天气成因及其特征

对2008年7月21日重庆市一次强对流天气过程进行诊断分析,通过分析天气背景,雷达回波,并应用四维变分同化方法反演风场,研究了强对流天气的发展机制.结果表明:高层冷空气入侵和中低层低涡系统强盛的暖湿气流形成的辐合切变是发生强对流的主要原因.雷达观测具有明显的弱回波区和"逆风区";反演水平风场表现为低层强回波前部有一条辐合上升带,到中层辐合上升带与强回波区重合,高层则对应辐散区;从风场的垂直剖面来看,强对流后部为入流区,到达中部后,形成强烈的上升气流,低层辐合带和强烈的上升气流形成强回波.在前部弱回波区处存在强降水下落形成的出流,该气流与暖湿气流辐合造成了浅薄的出流边界.     

广西3次不同类型强对流天气对比分析

利用常规、非常规观测及NCEP再分析资料,对广西1次高空触发强对流(简称高架强对流)及2次地面触发强对流(简称地面强对流)天气过程进行诊断对比分析。结果表明:高架强对流云系TBB值高,造成小冰雹,而地面强对流云系TBB值低且梯度大,冷中心达200 K,产生大冰雹、局地龙卷等;大冰雹回波具有高悬强回波、弱回波区、中气旋、三体散射及高的VIL;由弓形回波造成的强降水、雷暴大风,其发生前强回波质心迅速下降;超级单体风暴造成的局地龙卷,其回波具有中气旋、弱回波区及强组合切变,0~3 km垂直风切变在强风暴减弱消失前1 h左右明显减弱;"120227"、"130323"、"130417"3次强对流发生在高空急流轴右侧辐散区、中低层急流汇合处,具有强的环境风垂直切变及上干下湿特征,且抬升触发系统分别为近垂直分布的中高层、整层、中低层辐合系统(槽、切变、锋面或辐合线);"130323"地面过程造成的强对流灾害天气最强,其层结不稳定性及抬升运动也最强。     

内蒙古中部地区一次降雪天气分析

利用常规观测资料和NCEP1°×1°再分析资料,对2015年11月22日内蒙古中部地区出现的一次降雪天气过程进行了分析。结果表明:此次暴雪天气过程有5个站达到极端降水天气事件;短波槽和地面倒槽是本次暴雪过程的主要影响系统。暴雪区强烈的水汽辐合和深厚的湿层为降雪天气提供了充足的水汽;系统性抬升为暴雪天气提供了动力条件,高层辐散、低层辐合的垂直配置有利于上升运动的加强;700hPa低空急流和较强风速切变的维持使动力不稳定发展和维持,低层θ_(se)高能舌向东北伸展,有利于热力不稳定的增长;动力和热力共同作用使大气层结不稳定,触发了本次降雪天气过程。     

伊犁河谷"7.31"极端暴雨过程不稳定性及其触发机制研究

2016年7月31日至8月1日新疆伊犁河谷发生了一次极端强降水事件,多站突破降水极值。利用NCEP/NCAR 0.25°×0.25°再分析资料、中国地面卫星雷达三源融合逐小时降水产品及国家基本地面观测站逐时降水资料,通过天气研究和预报（WRF）数值模拟和诊断分析强降水期间大气的不稳定性及其触发机制,证实了不同尺度系统相互作用以及复杂地形的影响是干旱、半干旱地区极端暴雨形成的重要因子,并得出以下结论:（1）降水前河谷低层高对流有效位能积累,低层锋面东移触发对流有效位能释放,造成河谷第一阶段短时强降水天气;前期对流性降水释放湿对流不稳定能量,低层大气对称不稳定性逐渐增强,在对称不稳定作用下维持和加强了伊犁河谷第二阶段强降水天气。（2）第一强降水阶段期间大气低层为对流不稳定性层结,降水初期和第二阶段强降水期间大气均为条件对称不稳定性层结,对称不稳定的产生主要来自于湿位涡斜压分量（M_pv2）,其中降水初期低层M_pv2变化由大气的湿斜压性和低层水平风的垂直切变所造成,第二阶段强降水低层M_pv2变化主要由大气湿斜压性造成。（3）第一阶段强降水期间,低层锋面和地形抬升,垂直运动迅速发展,造成河谷南、北部山前降水;河谷东侧中尺度气旋在地形阻挡下稳定少动,是东部地区短时强降水天气发生的直接启动机制。第二阶段强降水期间,中、低层锋区叠加爬坡,冷锋锋生,中、低层风场辐合区叠加,河谷东北部形成垂直环流圈,上升运动进一步发展,是造成河谷第二阶段暴雨的重要原因。