北京地区一次局地强降水过程的数值分析

应用网格距为3 km的中尺度模式MM5v3及3DVAR同化系统,对2006年6月27日夜间发生在北京地区的一次局地强对流天气过程进行了模拟分析.结果表明,模式能够较好地模拟出本次城区西部的局地强降水过程,反映出降水事件的局地性、突发性和短历时特征.分析还表明,直接造成本次暴雨过程的是两个局地生成的中尺度对流系统,地面中尺度辐合线是降水的主要触发机制之一.北京周边陡峭地形的存在,导致山前偏南、偏东气流在迎风坡强烈爬升,并与北面、西面来的过山气流共同作用在山前形成垂直方向次级环流,是强降水维持的主要物理机制.此外,不断发展的城市下垫面亦会对降水过程产生影响.     

一次局地大暴雨过程的数值模拟和诊断分析

采用中尺度数值模式MM5(V3)对2002年8月15-16日发生在江苏启东附近的一次局地大暴雨过程进行了数值模拟,较好地模拟出了本次过程的暴雨中心落区和降水量,以及相关的中尺度系统的发生、发展过程.探讨了中尺度涡旋、局地环流对这次暴雨过程的影响,结果表明,中尺度涡旋对暴雨的发生起了至关重要的作用,局地环流的存在,也有利于降水的发生.     

2012年夏季西宁地区两次冰雹天气的对比分析

针对2012年夏季发生在西宁地区的两次冰雹天气过程,从天气形势、物理量场和雷达回波特征、闪电定位特征等几方面进行了综合分析。结果表明:这两次冰雹天气均发生在典型的高空槽型环流背景下,较好的对流不稳定条件、水汽和较强的垂直风切变条件下。6月5日冰雹天气在整层湿度较大的环境下,受地形和局地热力作用,产生能量分布差异,由地面冷锋抬升触发产生。7月13日的冰雹天气在上干下湿的环境下,是暖区切变触发的局地强对流。应用雷达资料能很好地监测中尺度天气系统的发展演变过程,回波强度、回波顶高的变化和速度对的出现及雷达产品的应用对冰雹天气的出现具有指示意义,对今后的防雹减灾工作有较好的应用价值。     

海陆风和地形对一次弱天气背景下暖区特大暴雨的影响分析

利用区域气象站、海岛站、测风塔、风廓线和多普勒天气雷达等多种非常规观测以及NCEP/NCAR 0.25°×0.25°再分析资料,对2017年6月22日凌晨广东西部沿海发生的一次预报失败的局地特大暴雨过程的成因进行了综合诊断,重点探讨了局地海陆风和地形(相互)作用对该过程的影响。结果表明:(1)暴雨发生在弱天气尺度环流背景下,华南地区无锋面和高空槽活动,边界层超低空偏南急流为暴雨提供了不稳定能量,不同性质下垫面的热力差异导致天露山山前形成海陆风(偏南)与偏北风的中尺度辐合线,致使初始对流在关键区触发。(2)偏南暖湿气流向北推进受阻后,在天露山地形强迫抬升下对流增强发展成中尺度对流系统(MCS),下垫面热力差异在山前强迫产生的中尺度垂直切变与降水之间可能存在正反馈现象,延长β中尺度对流系统生命史。(3)中尺度辐合线上不断激发的对流云团,形成降水的列车效应,导致了这场罕见的局地特大暴雨过程,凸显海陆风环流对本次暖区暴雨的重要作用。(4)该过程发生前,所有业务客观数值预报模式均未预报出明显降水,数值模式难以做出暖区尤其是弱天气背景下的暴雨以上降水预报,目前的监测和短时临近预警是主要手段。     

冷涡影响下一次冰雹强对流天气中尺度特征及形成机制

将NCEP/NCAR 1°×1°高空分析资料与地面加密自动站资料融合,建立高密度探空资料场,计算并分析2016年6月10日天津冰雹强对流天气过程中高分辨率时空场对流参数,结合变分多普勒天气雷达分析系统(VDRAS)的雷达热动力反演资料,研究冰雹强对流天气的发生发展机制。结果表明:此次降雹发生在蒙古冷涡环流背景下,初始回波由北京西部山区地形热力和动力强迫局地触发产生,东移进入平原区后,冷池与周边高能区形成中尺度能量锋,并诱发次级环流使雹云得以发展维持;考虑了地面温湿特征的高分辨率CAPE、LI、修正全总指数(TTm)能够反映雹云发生发展的中尺度环境特征,对雹云发生发展的局地性具有明显的指示意义,同时来自渤海的偏东水汽输送带与中尺度辐合线的交汇更有利于冰雹强对流的发生。     

短波辐射对东北冷涡强对流影响的模拟分析

针对短波辐射对东北冷涡强对流的可能影响,应用MM5模式对2002年7月12日东北冷涡诱发的强风暴个例进行了数值模拟试验.发现在东北冷涡天气尺度环流背景下,大气接收的短波辐射通过激发中尺度环流影响强对流的发生时间,而不是通过影响不稳定能量的积累触发强对流;地面短波辐射对对流层低层大气的加热作用是触发本次东北冷涡强对流的重要条件.地面短波辐射加热在对流层低层产生中尺度辐合扰动及对流不稳定层结共同促使了对流的爆发和维持.     

一次梅雨锋暴雨过程的 β 中尺度对流系统发展机理的数值研究

20 0 2年 6月 18～ 19日在湖北省发生的一次中尺度降水过程主要是由一个中尺度对流云团的活动造成的 ,且该中尺度对流云团在不断东移的过程中分裂成两个 β中尺度对流云团。文中使用中尺度非静力模式MM5对该次暴雨过程进行了数值模拟 ,研究它的发生发展机制。模式很好地模拟了造成该次强暴雨的中尺度对流系统的整个发展过程 ,模拟的降水分布与实况比较接近。分析模拟结果发现 ,中尺度对流系统在不断东移的过程中 ,受高层的辐散性流场的抽吸作用和低层的对流不稳定而发展加强 ;受地形的作用而分裂成两个对流单体 ;最后由于中高层水汽凝结降落后造成的水汽不足 ,高层的辐散气流明显减弱变得无组织和下沉气流的影响对流系统开始衰亡。通过以上的分析给出了引起该次梅雨锋暴雨过程的中尺度对流系统的发展演变模型。     

长江中游复杂地形和盛夏局地大暴雨

本文利用武汉WSR-81S数字化天气雷达资料和其它中尺度气象资料分析了1987年8月18日相继发生在长江中游复杂地形区域的两场短历时局地特大暴雨的中尺度演变过程。在没有明显的次天气尺度上升运动直接启动和组织的情况下,两场局地大暴雨暴发的时间和地点都取决于边界层中尺度风场强辐合的出现。复杂地形对边界层气流的热力和机械的综合作用,在一定的大尺度气流背景下,形成有规律的中尺度近地面风场系统。它表现得相对定常并有一定的日变化,当来自临近地区的中尺度对流系统移近时,对流降水中产生的中尺度气流(例如飑锋)参加到由地形影响形成的中尺度边界层流场系统中,便在某些特定地点构成强的辐合。在这类辐合区中心的偏北一侧发展起强大而移动缓慢的复合单体或超级单体,带来局地大暴雨。山谷风环流、平原-山脉环流对盛夏局地暴雨的影响应受到重视。     

南京一次局地大暴雨的β中尺度对流系统结构分析

利用WRF中尺度模式,对2007年7月发生在南京地区的一场局地大暴雨过程进行了数值模拟。通过大尺度环流、流场以及有关物理量等特征结构分析表明:在南京地区产生局地暴雨的直接影响系统是一个β中尺度对流单体。在成熟期具有暖性对流涡柱的特征,涡度的发展较散度具有一定的滞后性,其暖心结构和假相当位温分布与热带气旋极为一致。并且该对流系统的垂直环流在成熟期表现出了一些类似超级单体的环流特征,证明了普通单体风暴具有向局地强风暴发展的潜力。从分析液相及冰相粒子混合率的垂直分布表明:对流单体发展的成熟期,冻结高度之上有过冷水与冰相粒子共存,过冷水分布最广的时期与系统最强降水时段对应良好。这意味着淞化过程可能是导致对流系统降水增幅的一种机制。由水汽通量散度分析,对于预报对流系统的发生位置和时间具有一定的指示意义。本次过程中流场散度项是决定水汽通量散度分布的关键因素,水汽平流项的贡献甚微。     

局地强对流系统发展多样性的个例研究

在北京"7.18"强降水天气过程中,中尺度对流系统的启动、发展方式较为复杂,造成对流系统发展多样性特征的机制也存在差别。天气尺度动力条件和局地层结不稳定结构都表明,此次局地强天气的发生有良好的环境条件。通过高分辨率中尺度观测的分析表明,怀柔—密云地区存在孤立发展的对流系统,最终发展为多单体雷暴群;而在北京西南部线状对流的不连续传播发展特征十分显著。数值模拟结果表明,地面中尺度切变线的活动对北京东北部怀柔—密云地区对流系统的启动起了关键作用;在环境场与对流的相互作用机制下,北京西南部的中尺度对流系统的发展传播与重力波活动有密切关系。对流系统的表现形式和发展演变的多样性特征,体现了起支配作用的物理机制的差异。     

梅雨锋两类中尺度低压(扰动)及其暴雨的数值研究

对1999年6月梅雨锋频发型中尺度低压(扰动)及其暴雨代表个例,利用区域中尺度数值模式MM5进行了数值研究.基准试验成功复制出中尺度低压(扰动)和暴雨的发生发展过程,系统和降水的演变与强度结果比较合理.借助于高时空分辨率的模式输出,在一定程度上可以揭示中尺度低压(扰动)发生发展较详细的演变过程,同时也可描述出发展演变中某些更加细微的特征和反映对流层高低空气流的特征以及它们之间的相互作用.在基准试验基础上设计的一组数值试验,探讨了同中尺度低压(扰动)暴雨相关的物理过程,包括降水的显、隐式参数化方案,凝结潜热释放,行星边界层过程,局地地形对中尺度低压(扰动)及其所伴暴雨发生发展的影响.这些结果能在更加深入理解梅雨锋上两类中尺度低压(扰动)及其暴雨过程的具体物理图象方面提供一些有益的帮助.     

东北冷涡引发的局地暴雨数值模拟研究

利用CDAS-NCEP/NCAR 再分析资料,应用Penn State/NCAR的高分辨率中尺度模式MM5V3-7,成功模拟出2005年7月9—12日东北冷涡诱发的一次连续雷雨过程,重点分析了7月9日造成沈阳及周边地区的一次局地暴雨过程,并对其中的一个连续发展的中β尺度对流系统的演变、中尺度结构特点进行了研究。结果表明：冷涡总是以水平旋转的中高层的干冷空气堆作为其结构特点。在冷涡的东南侧高空干冷堆的边缘区域,轨迹呈直立状,从行星边界层向上穿越整个对流层,显示出该地区存在强对流。干冷堆的边缘区域下方的低层暖湿输送是冷涡局地强对流发展的关键。局地对流发展时,出现干冷堆的边缘区域的S_e上下层接近或者打通现象。     

"99.8"山东特大暴雨形成机制的数值模拟分析

利用双重嵌套的非静力数值模式MM5V3,成功地模拟了1999年8月11~12日山东诸城发生的特大暴雨。利用模式输出的高时空分辨率资料,对这次暴雨天气及中尺度低涡的形成机制进行了诊断分析。结果表明,这次特大暴雨是在弱冷空气侵入台风低压环流,热带辐合带北伸的形势下形成的;倾斜涡度发展是特大暴雨及中尺度低涡产生、发展的重要机制,鲁东南有利的地形对中尺度低涡的形成具有重要作用;台风低压倒槽顶部的强辐合作用首先触发上升运动,产生强降水,强降水位于低层气旋性暖式切变最明显的地方;强降水释放的凝结潜热使高层气层增暖,高层辐散加强,引起低层中尺度低涡强烈发展,导致降水增幅。可见,CISK机制是特大暴雨和中尺度低涡加强的另一种机制。     

WRF和MM5模式对辽宁暴雨模拟的对比分析

用近年开发的新一代中尺度预报模式WRF(Weather Research Forecast)和已被广泛应用的MM5模式分别模拟研究了2002年8月3~4日发生在辽宁的一次区域性暴雨过程。模拟结果显示WRF模式能够比较成功地反映出导致暴雨发生的高低空环流背景和暴雨的分布状况;WRF和MM5模拟结果的对比分析表明:由于WRF的动力框架具有一定的优越性使得模式结果得到改善,在前处理和所选物理过程相同的情况下,WRF模式对能够代表本次暴雨过程中中尺度天气系统的高度场、风场、散度场、水汽通量场以及垂直速度场等物理量的模拟效果要好于MM5。高空形势场的影响使WRF模拟的降水落区和强度更接近实况。     

一次特大暴雨过程的数值模拟试验

利用MM5V3非静力模式对2003年8月25日12：00至26日00：00发生于鲁西南地区的一次特大暴雨天气过程进行了数值模拟分析.模式较成功地模拟了这次特大暴雨天气过程,再现了中β尺度低涡的发生、发展和消亡过程.数值模拟结果表明：本次暴雨过程具有较强的中尺度特征,暴雨区上空低层近东西向的切变线及其强烈的辐合上升运动和高空急流核人口处右侧的辐散上升运动的耦合,是导致中β尺度低涡迅速发展而产生此次特大暴雨的触发机制,西南急流和低空偏东风回流的水汽输送以及层结不稳定对这次特大暴雨的产生有重要作用.     

利用MM5模式及NCEP资料对沈阳一次污染天气的数值模拟

利用NCEP/NCAR再分析资料和中尺度天气模式MM5对2010年1月14—19日沈阳大气污染天气系统进行模拟分析。对此次天气过程的地面和高空气压场、地面至高空各高度层随时间变化的水平风场及垂直剖面风场、垂直方向温度廓线等气象要素进行分析和模拟,描述大气污染中天气系统的变化过程,分析造成大气污染的气象要素变化。结果表明：此次污染天气过程对应地面场为长白山高压、地形槽环流型;500 hPa高空天气形势为两槽一脊,地面风场主要受高压辐散气流控制;地面至高空不同高度的水平风场均有偏南风切变和偏西风切变,垂直剖面风场对应有下沉气流,地面至高空的温度廓线出现明显的逆温。这些气象条件共同造成了持续污染天气。而500 hPa位势高度场持续长时间两槽一脊的环流形势,是造成长时间污染天气的主要原因。     

一次攀西地区飑线天气过程形成机制分析

利用地面气象常规观测资料、区域自动站观测资料、雷达及卫星资料和NCEP 1°×1°的逐6h再分析资料,对2018年5月13日攀西地区南部的飑线天气过程的形成机制进行分析。结果表明:飑线发生在高空槽前,高空槽逐渐东移推动冷性气流沿背风坡东移,然后与前方低层暖空气汇合抬升形成对流;露点锋触发了飑线天气过程的形成;产生飑线天气区域的大气具有上干下湿、不稳定能量高、垂直风切变强、高层风速大和形成之前存在逆温层的特点;高空急流和动量下传对飑线的发生和加强具有促进作用;地形对飑线的形成和天气现象的分布有影响。     

一次冷涡暴雨的中尺度对流云团分析及数值模拟研究

利用MM5模式对2000年8月发生在河北省的一次暴雨过程进行了模拟,发现本次过程是由蒙古东部的低涡与副热带高压共同作用形成的,而局地大暴雨的直接原因是中尺度对流云团的作用。中尺度对流云团形成前期有一个能量急剧积累的过程。通过改变地形、低层东南风大小的敏感性试验,发现这次暴雨虽然发生在河北东部,但华北西部、北部的地形对暴雨影响很大:当降低地形高度后,雨区的位置和强度都发生变化;减弱低层东南风后,蒙古东部冷涡的强度和移动速度都有不同程度的改变,并且层次越低影响越明显。     

Numerical case study of an extreme rainfall event during 9–11 December 2004 over the east coast of Peninsular Malaysia

Summary An exceptional rainstorm affected the eastern coast of Peninsular Malaysia during 9–11 December 2004 as a result of a westward propagating tropical disturbance known as the Borneo vortex. Rainfall totals near the storm center exceeded 600 mm and led to flash floods, loss of life and severe damage in the area. This study presents the results of a numerical simulation of this event using the fifth generation of the Penn State – NCAR Mesoscale Model (MM5). The model successfully simulated the synoptic circulation and reproduced the episode with comparable spatial patterns and total accumulated amount of precipitation to the observed. Various sensitivity experiments showed that the local topography is decisive in shaping the rainfall distribution during the storm episode. The role of the terrain elevation appears to be to block the westward progression of the system and inhibit excessive rainfall in the inland areas of Peninsular Malaysia. To the north of the storm center where coastal terrain elevation is relatively high, orography plays an important role in the rainfall by providing an additional forcing for moist air lifting. An additional fake dry simulation suggested that latent heat release is crucial for the development of the storm. Without latent heating, the vertical coupling of low-level convergence and upper level divergence is weakened and the vertical motion associated with the storm is suppressed.     

北方一次强降雪过程的中尺度数值模拟

利用中尺度数值模式MM5对2003年3月14~16日发生在内蒙古中部偏南地区的一次强降雪过程进行了二重嵌套的48 h数值模拟研究。结果表明:模式较好地模拟了本次过程强降雪中心的强度、位置以及强降雪的时间变化。导致本次过程降雪产生的主要影响系统是地面倒槽和700 hPa中α尺度低涡,其影响时间相对持久。强降雪的出现则是由于高空短波槽产生的高层强辐散强迫与低层增强的辐合相互耦合所致。高低层系统这一适宜配置的维持时间相对短暂,却导致了本次过程降雪强度的两个峰值的出现。同时,中α尺度低涡的形成和加强及其与低空暖湿急流的适宜配置也是强降雪产生的一个有利因素。阴山山脉对本次过程强降雪的强度和位置具有重要影响:山脉使降雪在其南麓增强,北麓减弱。山地强迫抬升是导致这一结果的直接原因。另外,山地在其迎风坡使上升运动增强的同时也使正涡度减小和低层辐散增强。