一种新的用于中尺度气象研究的综合探测系统

一、前言大气研究和业务部门非常需要高分辨率的对流层大气廓线测定,用来进行中尺度研究、预报及气候分析等等。美国国家天气局(NWS)和联邦航空管理局(FAA)实施了一系列的观测系统研制试验(如 NEXRAD 和示范廓线仪站网)以满足业务的需要。此外,中尺度研究中非常需要可移动式观测系统。     

江淮以南地区暴雨和强降水的中尺度天气动力学研究进展

经过新中国成立以来多次中尺度天气试验研究,江淮以南地区暴雨和强降水的中尺度天气动力学研究取得长足进展。其进展主要体现在两个方面:一是用较高分辨率的观测资料(包括地面和高空探测的加密观测以及卫星和雷达的观测)对形成暴雨和强降水的中尺度天气系统的结构特征和生命史过程建立了天气学概念模型,特别是对暴雨和强降水有重要影响的α中尺度和β中尺度对流系统,建立了观测个例的中尺度物理模型;二是探索了暴雨和强降水的动力学和热力学的物理机制,为精细化数值模式的设计提供了理论支撑,为灾害性天气预测预警提供了技术支持。本文在以往暴雨和强降水研究的基础上,着重对暴雨和强降水的中尺度天气科学试验、江淮以南地区暴雨和强降水发生主要区域的中尺度天气动力学研究进行了概述。     

引发华北特大暴雨过程的中尺度对流系统结构特征研究

利用常规观测资料、FY2C卫星TBB资料以及NCEP再分析资料对2005年7月22～24日发生在华北地区的大到暴雨天气过程进行了观测分析和模拟研究.结果表明,“海棠”台风减弱的低压倒槽内发生发展的两个中尺度对流系统是暴雨的直接影响系统,中尺度对流系统发展到成熟阶段首先在对流层中层形成中尺度低涡,然后向低层发展.水汽辐合...     

城市精细天气预报的理论与技术研究进展

对最近二十多年,城市中尺度天气学和精细预报技术研究进展进行了回顾,包括以下几个方面:(1)城市环流对中尺度降水系统的影响研究;(2)城市环流与地形相互作用的物理过程及其对中尺度系统的影响过程研究;(3)城市环流与海(湖)风环流的相互作用对中尺度天气系统的影响过程研究;(4)城市或城市群对大雾形成与分布的影响研究。最后,对未来城市精细天气预报技术的发展方向进行了展望,认为针对特大城市典型的中尺度天气系统开展精细化观测研究,并将研究成果应用于中尺度模式物理过程的改进之中,进一步完善城市冠层模式,可能是提高城市精细化预报能力的主要有效手段。     

一次湖南暴雨过程β中尺度系统分析与模拟

利用常规观测资料、卫星观测的高时空分辨率TBB资料和NCEP 1°×1°再分析资料,对2010年6月19-20日湖南一次大范围暴雨过程β中尺度系统活动特征进行了分析,并利用中尺度模式WRF对暴雨过程进行了数值模拟研究。结果表明:(1)在有利的大尺度环境条件下,存在多个β中尺度系统,主要强降雨团与地面中尺度辐合线活动相联系。(2)卫星资料分析显示,该β中尺度系统首先在α中尺度对流云团前部生成,新的β中尺度系统总是在母体对流云团前被激发出来。(3)模拟输出的高分辨率资料分析结果与观测实况相一致,β中尺度系统首先在天气尺度低涡的前部生成,并有多个β中尺度系统同时活动;在中尺度系统活动过程中,β中尺度系统向下游传播,并存在合并现象。(4)强烈发展的β中尺度系统具有从地面延伸到200 hPa以上的正涡度柱,并配合中低层辐合和高层辐散的散度结构。     

浙江大范围强对流天气过程中的中尺度(α)低压

强对流天气过程受大尺度天气系统的制约,而与中尺度天气系统的联系更为直接,因此近20多年来,中尺度天气系统越来越引起人们的关注。早在1963年,我国进行了华东地区中尺度分析试验研究,1976年后又相继在华南、湘中和长江下游地区组织了中尺度系统的观测试验研究,对中尺度系统的活动规律以及与天气的关系得到了不少有意义的成果。作者也曾发现浙江大范围强对流天气与中     

中尺度动力学研究展望

八十年代有两门学科取得重大发展,一是气候模拟,一是中尺度气象学,包括对中尺度系统的研究和中尺度数值预报的开展。中尺度气象学取得飞跃进展有其经济发展需要的原因,因为脱离经济发展需要的学科是没有生命力的。根据对同步卫星云系发展的分析,强降水中心都和强对流云团结合,因此象暴雨这类灾害性天气过程包含着复杂的中小尺度系统。对这类过程,数值预报的关键是预报中尺度系统的活动。理论上的原因则是由于对可预报性的研究,中小尺度系统的预报,要求的时效较短,如几小时,十几小时,甚至2小时以内的超短时预报在实际工作中也很需要,经济效益很高,有的省台台长说省局的全年经费是几百万元,而一年几次超短时预     

2000年以来我国长江中游区域暴雨研究进展

长江中游地区是暴雨多发区和重灾区,深入认识该区域暴雨形成的中、小尺度天气系统、分析暴雨发生机理与发展暴雨、洪水预报技术,对于我国防洪减灾具有重要意义。针对长江中游区域暴雨从观测到资料分析、机理研究,再到数值预报与水文应用研究,重点从暴雨外场观测试验及资料反演和中尺度资料融合技术、长江中游暴雨MCS(中尺度对流系统)观测分析和理论研究、中尺度暴雨数值模式研究和长江中游水文气象耦合的暴雨洪水预报系统四个方面介绍了2000年以来我国科研业务单位的主要研究进展,并对制约长江中游区域暴雨研究深入与预报水平提高的主要问题进行了简要讨论,对未来的研究趋势进行了展望。     

香港特大暴雨β中尺度线状对流三维结构研究

β中尺度狭窄线状对流系统是造成锋前暖区暴雨的主要角色, 对其结构和机理的研究具有重要意义。作者使用高时空分辨率的多普勒雷达观测资料, 对1998年6月8～9日香港暴雨过程中的β中尺度的狭窄线状雨带进行流场、回波强度和散度的时空四维结构的深入剖析, 利用观测资料得到线状β中尺度对流系统的三维流场和水平散度结构, 发现线状β中尺度对流系统的水平散度垂直配置与低层强降水回波之间存在一定的关系, 并给出发展和成熟阶段中线状β中尺度对流系统的流场和散度场配置的基本结构。     

西南涡研究和观测试验回顾及进展

西南涡是我国最主要的灾害性天气系统之一,对西南涡及其影响的研究和预报,一直是天气学领域的重点和难点。从西南涡研究和观测试验的回顾及10年来的进展两个方面,系统总结了国内外关于西南涡系统及其降水影响的主要成果;重点讨论了西南涡研究与应用存在的基础数据、中尺度特征、演变机理、天气影响和预报技术等主要问题;并且,强调了深入开展西南涡中尺度分析研究,尤其是其观测布局试验的重要性;最后,指出了基于与西南涡结构、演变和影响尺度匹配的观测系统、多源数据、分析技术和研究理论,加强西南涡及其影响的中尺度气象学观测、试验、理论和应用的综合研究是其未来的重要发展方向。     

影响首都机场的一次雷暴过程的红外云图和闪电分析

利用卫星云图和闪电资料对１９９４年８月２日影响首都机场的一次雷暴过程进行了详细的分析。结果表明,这次雷暴过程中有３个中尺度对流系统的发生和发展,因而对首都机场的影响持续了约５ｈ。闪电资料的分析表明,闪电活动的位置、频率和极性与对流系统的发展阶段有关。因此,除了每小时一次的卫星云图外,即时的闪电观测资料也是预报中尺度对流系统很有用的工具。     

华南暴雨试验研究进展

‘”海峡两岸及邻近地区暴雨试验研究”已于1997年8月批准立项为国家”九五”攀登计划专项,其研究目标是通过外场试验获取暴雨发生发展全过程的中尺度观测资料,应用天气动力学理论。物理量的诊断分析、资料同化。以及中尺度数值模拟。研究华南暴雨发生发展的机制和规律以及中尺度预报理论和方法‘具体设置7个研究课题：（1）暴雨综合观测试验问）雷达、卫星等遥感资料的分析与应用问）暴雨综合观测试验资料库（4）资料集成和中尺度论断分析预报（5）非静力暴雨中尺度数值模式与变分同化（6）中尺度对流系统天气动力学研究门）台风系统中尺…     

"0907"长江下游梅雨锋暴雨的数值模拟和诊断分析

利用常规观测资料、卫星TBB资料以及客观再分析资料,对2009年7月6—7日(简称"0907")的长江下游梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟和天气分析,重点研究了中尺度系统的发生发展机制。结果表明:7月6—7日对流层低层,长江下游北侧存在的一次天气尺度低压,其发展和东移,促使锋生加强,低空急流发生。WRF中尺度模式数值模拟结果显示,在次天气尺度低压的南侧不断形成β中尺度和γ中尺度对流系统。对其中一个β中尺度对流系统的分析研究表明:低空中尺度急流和中尺度辐合首先发生。之后中尺度辐散迅速加强。高层强辐散、低空中尺度急流核和中尺度低涡的相互耦合作用使系统不断发展并东移。高层相对干冷空气的侵入促使系统衰减消亡。     

2005年6月广东锋前暖区暴雨β中尺度系统特征的诊断与模拟研究

通过对雷达、卫星、地面等观测资料的诊断分析以及数值模拟研究, 对2005年6月广东 (粤中) 地区特大持续性暴雨的β中尺度系统进行了研究, 得出以下结果: (1) β中尺度系统是该次广东持续性暴雨的直接制造者, 当地的喇叭口地形非常有利于β中尺度系统的触发与维持。β中尺度系统发展初期有一些更小的γ中尺度系统的活动, 它们形成带状, 逐渐发展合并为β中尺度系统。 (2) 在较为成功的模拟的基础上, 采用模式输出资料对β中尺度对流雨团P作了仔细分析, 结果显示低层对应风场的辐合, 高层对应风场的辐散, 这种高低空散度场配置非常有利于强降水的产生和维持, β中尺度雨团中心对应着上升运动, 而在雨团北侧有弱下沉气流的补偿。引起降水的β中尺度系统多位于锋前暖区的相对更暖区域。 (3) 在同一次暴雨过程中, 粤桂两地同处锋前暖区, 对其风场上的异同点作了比较。共同点是低层均存在风场的辐合。但广西为风速辐合, 辐合中心具移动性, 而广东为风向辐合, 有明显辐合线, 辐合中心, 稳定少动。 (4) 地面辐合线上的扰动以及地面较强的温湿对比区的热力作用对于β中尺度系统的触发可能有重要的影响。地面资料提供了很有用的信息, 是一种重要的工具。 (5) 在此基础上提出了锋前暖区中尺度对流系统及地形、地面风、温、湿分布对其影响的概念模型。     

2000年4月14日深圳特大暴雨中尺度分析

利用高空和地面常规观测资料、深圳自动气象站观测资料、香港多普勒雷达回波资料和卫星云图,对2000年4月14日深圳特大暴雨过程进行中尺度天气系统分析,揭示珠江口地区暴雨中尺度降水系统形成演变的一些特征.     

中纬和热带的中尺度对流系统

文中评述了对中纬和热带的中尺度对流系统的观测研究、数值模拟与理论研究.     

京津冀“7·21”暴雨过程的中尺度分析

利用常规观测资料、地面加密自动站、卫星等多种观测资料和NCEP/NCAR 0.5°×0.5°再分析资料,以及雷达变分同化分析系统VDRAS的高分辨率分析场资料,对京津冀"7·21"暴雨过程的中尺度系统进行了分析。结果表明,在α中尺度雨带中镶嵌着β中尺度的雨团;α中尺度MCC后部不断有γ、β中尺度对流云团从西侧或西南侧合并补充;中尺度滤波后发现造成京津冀"7·21"暴雨的系统为低层的中尺度切变线,东移过程中加深为中尺度低涡扰动,中尺度切变或低涡位于对流层中低层(为近乎直立的正涡度柱),高层为辐散场(负涡度),但负涡度值与中低层正涡度值要小得多,说明主要是中低层的系统强;分析VDRAS资料同样发现对流层低层强辐合,存在中尺度涡度柱,其上方是中尺度反气旋,热力结构为上暖湿下冷湿。     

初始场中尺度信息对暴雨预报的影响

由于观测资料分辨率与模式分辨率的不同,利用高分辨率模式对暴雨进行预报时,常规观测资料形成的初始场不能直接分辨出中尺度系统,这种中尺度系统特征的缺少可以认为是初始场的一种信息误差。利用中尺度天气分析的尺度分离方法可以提取这种中尺度信息。通过分析初始场中尺度信息的结构、演变特征及其对暴雨预报影响的机理,发现初始场中尺度信息的结构在主要雨带的对流敏感区具有明确的天气学意义,包含了有利暴雨产生的信息;其能量随时间也是增长的,特别是在积分12小时以后,能量迅速增长然后趋于稳定,超过了初始随机扰动的能量增长。利用减弱和增强初始场中中尺度信息的两种初始场作暴雨预报,其结果反映了初始场中尺度信息对暴雨预报的重要性,特别是对雨团位置和强度的预报,这些信息会直接影响暴雨的精细预报。     

中尺度数值模式中初始场和地形的不同处理对降水预报的影响及相对比较

与天气尺度系统相比,中尺度天气系统的风场较重要,散度场和降水量有很好的相关性。那么在中尺度模式的初始资料处理中是否能延用天气尺度模式的处理方法,如风场的无辐散处理等。另一方面,中尺度系统中强迫过程如地形的作用也很重要。这两方面分别有过不少研究,但对某一地区,特别是地形复杂的地方,弄清中尺度数值模拟是对初始场还是对地形处理敏感,将有助于中尺度模式的研究改进和地形作用的探讨。     

夏季风期间南海低纬地区中-β波的观测研究

利用南沙群岛的加密观测资料，对南海低纬地区西南季风爆发时，大尺度季风环流下存在着的中小尺度系统进行了研究探讨；揭示了低纬热带地区中尺度重力波对天气的影响，并从动力学的角度对该地区中尺度重力波的产生、传播进行了初步的分析。