2008年8月10日北京地区暴雨过程的诊断分析和数值研究

利用地面和探空加密资料、FY-2C黑体辐射亮温(TBB)以及NCEP资料,对2008年北京奥运会期间(8月10日)发生的一场区域性暴雨过程进行了初步分析,并利用WRF模式(V3.0),针对此次暴雨过程的性质设计了一系列数值试验,探讨了此次暴雨过程数值模拟和预报中模式物理过程的敏感性。结果发现:(1)引发暴雨的中尺度对流系统经历了3个阶段,即低槽云系中零乱弱对流云活动(北京西部山区)、低槽云系中镶嵌的波状对流云团活动(北京中西部地区)以及尺度较大的中β尺度对流云团发生发展阶段(北京中东部地区)。地面中尺度雨团与中尺度对流系统的活动特征一致,即经历了北京西部山区的零乱雨团和中西部地区波状雨团以及中东部地区中β尺度雨团活动阶段。(2)暴雨中尺度对流系统发展前处于高水汽环境、抬升凝结高度低、一定的对流不稳定能量和有利的地面抬升条件,暴雨中尺度对流系统发展过程中有明显的对流不稳定能量积聚与释放和水汽增减过程。(3)暴雨过程中低空急流特征并不明显,暴雨可能主要由对流层低层扰动、近地面冷空气活动、天气尺度强迫以及地形等共同作用引发中尺度对流系统造成。(4)数值试验结果表明,云微物理过程不足以改变强降雨带的模拟,此次暴雨过程...     

一次中—β尺度对流云团发生,发展的分析

本文采用增加显示红外云图、一小时雨量和一些主要物理量的诊断分析及带通滤波等方法,讨论暴雨过程中的中-β尺度对流云团演变及中尺度扰动等特征。     

中—β尺度云团造成不同降水强度的水对比分析

本文对发生，发展在长江中游地区两个中－β尺度云团引起不同强度的降水，进行了对比分析，弄清它们之间的异同，进一步探讨了中－β尺度对流云团产生强降水的条件，从而为难以预报小范围的暴雨提供一些物理依据。     

中－β尺度云团造成不同降水强度的对比分析

本文对发生、发展在长江中游地区两个中－β尺度云团引起不同强度的降水，进行了对比分析，弄清它们之间的异同，进一步探讨了中－β尺度对流云团产生强降水的条件，从而为难以预报小范围的暴雨提供一些物理依据。     

一次暴雨过程的中尺度特征分析

利用常规观测资料、自动区域站雨量、卫星云图、雷达资料,对2011年8月15～18日发生在陇南市的一次暴雨过程进行分析。结果表明:前期的高温为暴雨产生积累了大量的能量,西南涡和高原涡2个中尺度低涡的形成和维持配合副高外围西南暖湿气流和南下冷空气共同作用造成此次暴雨。不稳定大气层结在冷空气的触发下,使副高外围较强的西南气流提供输送的水汽在高层辐散低层辐合所产生的抽吸作用下不断上升凝结,致使强降水天气发展和维持。β中尺度对流云团受地形及下垫面等因素影响加强,同时暴雨落区主要在β中尺度对流云团的前沿。强降水与雷达回波剖面图上强回波中心基本一致,强回波的列车效应造成了该区域暴雨的发生。     

大气探测资料在中尺度暴雨中的分析和应用

使用近几年强化气象业务观测网建设所获得的大气探测资料,包括每小时1次的自动雨量站资料、逐时的GOES-9卫星红外云图TBB资料、多普勒雷达反射率因子、径向速度及回波顶高资料,并结合NCEP/NCAR再分析资料,对2003年6月29—30日淮河流域大暴雨过程进行了中尺度观测研究。分析表明:高时空分辨率的大气探测资料能较好地描述暴雨过程的中尺度特征;同时,停滞在淮河一带的梅雨锋和切变线为此次大暴雨发生提供了有利的背景条件;暴雨过程期间,淮河流域梅雨锋云系上共有11个β-中尺度对流云团发生,它们是暴雨的直接制造者;此次大暴雨过程主要由2次中尺度强降雨时段组成,中尺度雨团的源地集中在安徽西北部,雨团的发生与β-中尺度对流云团活动有密切关系;雷达回波的分析显示,此次暴雨是混合云降水所致,在层状云降水区中有许多对流云回波,对流回波区和径向速度场所反映的中尺度辐合线与中尺度对流系统的演变有密切的关系。     

一次大暴雨过程的中-β尺度对流云团分析

通过对2005年7月18日到19日发生于四川盆地北部的大暴雨过程中的两个中-β尺度对流云团的分析,探讨了中-β尺度对流云团产生强降水的条件,研究其变化规律,从而为暴雨预报提供一定的物理依据。     

长江中游一次暴雨中尺度天气系统的观测分析

利用多种加密观测资料，详细分析了长江中游一次暴雨中尺度天气系统的观测特征。结果发现：(1)暴雨由各种尺度的天气系统相互作用造成，直接造成这场暴雨的是中α尺度切变线上活动的多个并不深厚的中β尺度对流系统，该对流系统在发生发展过程中一直伴有明显的中尺度雨团活动。(2)这次中β尺度对流系统活动可能的物理图像为：在切变线东北方和西南方各有一支气流在切变线上辐合抬升并汇入对流系统中，在暖平流的作用下，气流在倾斜的θse锋前上升(或沿锋区爬升)并随高度发生顺转，到7km高度以上开始以西南气流发散，在离对流区400～500km处下沉，并在θse锋区附近构成中尺度垂直环流圈，对流云团发生在该垂直环流的上升支一侧。     

一次大暴雨过程的中-β尺度对流云团分析

通过对2005年7月18日到19日发生于四川盆地北部的大暴雨过程中的两个中-β尺度对流云团的分析,探讨了中-β尺度对流云团产生强降水的条件,研究其变化规律,从而为暴雨预报提供一定的物理依据.     

2002-07-04子长特大暴雨中尺度分析

对陕北子长一次特大暴雨的中-β尺度对流云团分析得出:云顶亮温较一般暴雨云团偏低,有2个单体在对流尺度内相互作用,一侧单体增伏变化为暴雨云团形成提供了有利抬升机制、水汽资源和能量,为强对流单体形成暴雨云团提供了发展条件。另外,大尺度环流长波槽后部弱上升气流是暴雨发生的大尺度背景场。对流中低层干空气的侵入是特大暴雨形成的重要特征之一。     

一次弱对流天气降雹成灾的雷达回波特征分析

通过对新疆玛河流域一次冰雹天气雷达资料及地面实况资料的分析,研究弱对流云降雹的雷达反射率因子与径向速度场的回波特征,进一步探讨弱对流云降雹与0℃层高度较低及垂直风切变的关系：弱对流天气当日零度层高度值可作为分析弱冰雹云的依据;高低空风速的差异形成的风切变造成的动压力产生垂直加速度,使对流运动得到加强和维持,也是此次降雹的动力机制。分析此次天气,揭示了新疆玛河流域弱对流云降雹天气过程生消的一些重要特征和变化,对雹云的识别和分析具有一定的指导意义。     

吉林省对流性天气的分布特征及地形影响机制

通过对吉林省强对流天气和对流性天气活动与地形关系的分析，初步揭示出地形对两类对流天气的影响机制，其结果对进一步分析研究和准确预报强对流天气具有重要意义。     

江淮地区孤立对流云统计特征

孤立对流云是江淮地区重要的降水云系,通过分析江淮地区2013—2016年6—9月的多普勒天气雷达数据,统计得到664个对流云,其中孤立对流云196个,占江淮地区对流云发生频率的29.5%,7月和8月是江淮地区孤立对流云的高发期,6月相对较少,9月最少,同时12:00（北京时,下同）—18:00是孤立对流云的高发时段,05:00—07:00孤立对流云发生频率最低。针对2013年7月20日安徽定远出现的孤立对流云个例,综合分析多普勒天气雷达和C波段连续波雷达探测资料,发现此次暖区孤立对流云内部强反射率因子中心交替生成,导致内部反射率因子呈强弱交替出现的波状结构,沿着移动方向由弱到强,降水粒子下落速度与之对应,降水粒子最大落速出现在孤立对流云中下部的强反射率因子区域,速度超过10 m·s-1。     

一种基于数值模式诊断自适应的北京地区对流性降水临近集合预报新方法

局地触发及组织化发展中尺度系统的生消演变是影响对流性降水临近预报的核心和关键。本文结合雷达外推预报、专家系统以及快速循环更新的高分辨数值模式系统,发展和构造了一种适合北京地区的基于数值模式预报诊断自适应的对流性降水临近集合预报新方法（APEN）。APEN基于降水外推预报结果,采用模糊逻辑算法,利用北京市气象局快速循环更新同化系统（RMAPS-IN）提供的对流诊断因子,计算对流系统发展演变（新生、增加和减弱）概率;在此基础上,扰动诊断因子阈值和权重,形成对流发展的集合概率预报;最后综合专家经验,根据对流集合概率,在降水外推预报基础上进行对流性降水调整。应用APEN,针对北京两次强弱降水过程,进行了降水的临近预报试验,结果表明:基于RMAPS-IN多种诊断因子的对流发展集合概率在强弱两种天气背景下,都能较好的反映对流系统在临近时段的发展趋势;基于专家经验模型的三种对流发展状态（对流新生、增加和减弱）下的降水调整,能合理的表征对流系统发展演变对降水的影响。APEN降水预报和RMAPS-IN的业务预报的对比显示:无论是系统性对流过程还是局地激发对流过程,APEN预报的降水落区和强度都更接近于实况,尤其是考虑对流发展演变影响的降水强度预报明显优于RMAPS-IN,APEN在北京地区对流性降水的临近预报中有明显的优势和应用潜力。     

对流天气预报中的环境场条件分析

中尺度对流天气的分析包括以天气型识别和中尺度过程分析为主的主观分析,以及以动力热力物理参数诊断为主的客观分析。利用"配料法"预报的思路,通过诊断有组织的深厚中尺度对流系统发生、发展的4个条件(水汽、不稳定、抬升和垂直风切变),开发了中尺度对流天气的环境场条件分析技术(对流天气图分析和客观物理量诊断技术),并应用于中国国家气象中心的强对流天气预报。以中尺度对流天气的天气图分析方法为例,介绍如何利用高低空观测资料,分析对流天气发生发展的环境场条件;并以数值模式释用为主的强对流特征物理量诊断分析为例,介绍如何动态诊断对流天气的动力热力条件演变。     

Convective and stratiform precipitation characteristics in an ensemble of regional climate model simulations

We apply a recently proposed algorithm for disaggregating observed precipitation data into predominantly convective and stratiform, and evaluate biases in characteristics of parameterized convective (subgrid) and stratiform (large-scale) precipitation in an ensemble of 11 RCM simulations for recent climate in Central Europe. All RCMs have a resolution of 25 km and are driven by the ERA-40 reanalysis. We focus on mean annual cycle, proportion of convective precipitation, dependence on altitude, and extremes. The results show that characteristics of total precipitation are often better simulated than are those of convective and stratiform precipitation evaluated separately. While annual cycles of convective and stratiform precipitation are reproduced reasonably well in most RCMs, some of them consistently and substantially overestimate or underestimate the proportion of convective precipitation throughout the year. Intensity of convective precipitation is underestimated in all RCMs. Dependence on altitude is also simulated better for stratiform and total precipitation than for convective precipitation, for which several RCMs produce unrealistic slopes. Extremes are underestimated for convective precipitation while they tend to be slightly overestimated for stratiform precipitation, thus resulting in a relatively good reproduction of extremes in total precipitation amounts. The results suggest that the examined ensemble of RCMs suffers from substantial deficiencies in reproducing precipitation processes and support previous findings that climate models’ errors in precipitation characteristics are mainly related to deficiencies in the representation of convection.     

副高外围对流雨带中的对流—对称不稳定及锋生的诊断分析

对2009年8月25日西太平洋副热带高压（简称副高）西北外围对流雨带的云图特征进行了分析,利用WRF3.3中尺度模式对对流雨带的发生发展进行了数值模拟,在模拟较成功的基础上,利用模式输出结果分析了对流雨带发生时的对称不稳定、对流不稳定、惯性不稳定以及锋生等。结果表明：副高外围对流雨带由若干具有一定间隔的对流单体构成,单体在随对流层中层气流的移动中逐渐发展直至消亡。对流雨带的西北侧为宽广的带状斜压云系,东南侧为副高控制的晴空区。对流雨带发生于对流层低层（700 hPa以下）的对称不稳定区,700～500 hPa存在对流不稳定和弱的惯性不稳定。随着对流的发展,700～500 hPa的对流不稳定度明显减弱,而惯性不稳定明显加强。对流层低层为倾斜上升区,中高层为垂直上升区,左侧对应下沉气流,呈现明显的倾斜对流和垂直对流的混和特征,体现了对流—对称不稳定的作用。对流层低层（750 hPa以下）锋生的存在提供了对流—对称不稳定能量释放的有利条件。对流雨带与500～800 hPa等厚度线基本平行,而与500 hPa等高线存在明显的交角,雨带中的对流单体随环境气流移动,雨带符合与对称不稳定相联系的带状降水特征。上述结论对实际预报副高外围对流雨带的位置和走向具有指示意义。     

安徽滁州夏季一次飑线过程的雨滴谱特征

选取2014年7月31日安徽滁州一次飑线过程,使用地基雨滴谱仪资料分析此次过程的雨滴谱特征。根据雷达回波和地面降水强度将这次降水过程划分为对流降水、过渡性降水和层云降水,并以10 mm·h-1为临界值将对流降水进一步划分为对流前沿降水、对流中心降水、对流后沿降水。结果表明:对流中心降水、过渡性降水、层云降水的质量加权直径均比较稳定,平均值分别为1.8 mm, 1.0 mm, 1.7 mm。对流降水的标准化截距相比层云降水更大。对流中心降水各粒径段雨滴数浓度均较高;层云降水小雨滴浓度较低,且有少量大雨滴;过渡性降水由小雨滴组成。当雨水含量相同时,层云降水的质量加权直径相比对流降水更大。当雨强相同时,层云降水的反射率因子相比对流中心降水更大。更为精细的降水类型划分可有效改善Z-I关系。     

Diurnal cycle of precipitation over the Maritime Continent simulated by a spectral cumulus parameterization

The validity of a spectral cumulus parameterization (spectral scheme) for simulating a diurnal cycle of precipitation over the Maritime Continent (MC) was examined using a regional atmospheric model. The impacts of entrainment parameterization and each type of convective closure, i.e., non-equilibrium (or equilibrium) closure for deep convection, mid-level, and shallow convective closures, were also examined. When vertically variable entrainment and appropriate convective closures were employed, the model adequately simulated a diurnal cycle of precipitation over both land and ocean as compared to the observation. Analysis regarding the entrainment parameterization revealed that variable entrainment parameterization was needed not only for simulating better mean patterns of precipitation, but also for more realistic phases of diurnal cycles. The impacts of convective closures appeared in the differences in the precipitation amplitude. Analysis on diurnal cycles of convective properties and tendencies revealed that the cycles between boundary layer forcing and convective heating determined convection strength and were affected by each type of convective closure. It can be concluded that the spectral scheme with appropriate convective closures is able to simulate a realistic diurnal cycle over the MC.     

有地形存在时对流云发展的数值模拟研究

本文通过应用地形转换坐标，建立了一个能够模拟复杂地形上对流云发展的二维非静力的弹性模式，并对以下几个方面进行了模拟实验：首先对初始环境场的调整适应过程进行了模拟研究，得到：在有对流云发展的情况下，只要调整适应时间大于一个浮力振荡周期（即２π／Ｎ），则此时间尺度的大小只对对流云的发展强度产生影响，而对其发展的趋势影响不大。然后我们对下述过程进行了模拟：①地形抬升对积云的触发作用；②上坡环流对已发展对流云的加强；③下坡环流对已发展对流云的减弱。模拟结果表明，模式是稳定的、可靠的。上述模拟研究为我们今后深入开展强对流云数值模拟工作打下了基础。