一次梅雨锋暴雨过程的中尺度对比模拟分析

使用新一代细网格WRF中尺度数值模式和MM5（V3）模式，对2003年7月4～6日发生在江淮流域的一次梅雨锋暴雨过程进行了数值模拟对比分析。结果表明：WRF和MM5都能较好的模拟这次暴雨过程雨带的分布和走向，而WRF能更好的模拟降水中心的位置和雨量；与暴雨过程相联系的低空急流和涡度场等分布特征的模拟，WRF模式亦优于MM5模式。此外，在云贵高原东麓山地，与WRF模式相比，MM5模式在低层模拟出虚假的低压环流，这可能与两模式所采用的垂直坐标差异有关。对WRF的模拟结果分析发现，700hPa湿位涡异常区与暴雨发生区对应很好。     

MCC转为带状MCSs过程中水平涡度的变化与暴雨的关系

利用实况资料和WRF中尺度数值模式对2010年6月18-19日的一次MCC转带状MCSs的暴雨过程进行数值模拟与诊断分析.结果表明:850 hPa西南涡和切变线的形成与维持是影响此次暴雨产生的中尺度系统,前期MCC的形成到成熟以低涡降水为主,后期的圆形MCC转为带状MCSs主要为切变线降水.在雨区附近,u、v的垂直切变所形成的强水平涡度造成的旋转,对应垂直环流的上升支可触发暴雨产生,垂直方向上u、v不同的分布可形成不同的垂直环流.低涡与切变线附近的水平涡度有明显差异,这种差异导致暴雨形成的原因不同,低涡暴雨主要由v的垂直切变造成,切变线暴雨主要由u、v的垂直切变共同作用,本次过程中v的垂直切变构成了沿切变线的东西向雨带,u的垂直切变沿纬向的不均匀性引起的垂直运动与切变线上MCSs的生成、发展和多雨团的形成关系密切.低涡、切变线降水中心附近的正倾侧项(水平涡度向垂直正涡度转换)也有类似的差异,低涡的转换主要由av/ap＜0决定,切变线的转换主要由-au/ap＞0决定.水平涡度向垂直涡度的转换尺度较小,易在平均状态下被忽略.倾侧项主要有利于暴雨的加强,但对西南涡、切变线的发展贡献较小.     

一次广西暴雨过程的数值模拟及低涡系统分析

应用WRF中尺度数值模式对2008年6月12日广西地区的一次大暴雨过程进行了模拟,利用模式输出资料,对引发这次大暴雨的西南低涡的演变情况及其物理场特征进行了分析。结果表明,低涡暴雨的发生具有明显的不均匀性,暴雨主要出现在低涡东侧暖区切变线附近;暴雨过程中充沛的水汽主要来源于孟加拉湾和中国南海,水汽的辐合不仅是涡旋区降水的必要条件,还是低涡发展加强的一个有利因素;强降水与强上升运动及正涡度区有很好的对应关系,低涡低层有强不稳定能量积聚也是造成此次大暴雨的重要原因之一。     

06·6福建大暴雨的数值模拟及复杂地形影响试验

利用WRF（Weather Research Forecast）中尺度模式对2006年6月5-7日福建地区出现的一次大暴雨过程进行了数值模拟，根据模式输出的物理量进行了诊断分析，并通过地形敏感性试验讨论福建地形对此次暴雨的影响。结果表明：中尺度WRF模式成功模拟出了这次暴雨的雨况及高低空流场分布。这是建立在静止锋、低空切变线和低空急流等系统基础上的一次典型的华南准静止锋降水。冷暖气流在底层交汇并产生强烈的垂直上升运动，不稳定能量的释放是暴雨发生和维持的机制之一，位温的垂直分布有利于低层涡度的发展。福建北部的喇叭口地形和武夷山迎风坡共同作用，导致西南气流的转向辐合，触发了中尺度切变线和中尺度涡旋的形成，加速了上升运动和中层对流发展，有利于位于迎风坡的建瓯、邵武、蒲城等地区降水的增强。     

06·6福建大暴雨的数值模拟及复杂地形影响试验

利用WRF（Weather Research Forecast）中尺度模式对2006年6月5-7日福建地区出现的一次大暴雨过程进行了数值模拟，根据模式输出的物理量进行了诊断分析，并通过地形敏感性试验讨论福建地形对此次暴雨的影响。结果表明：中尺度WRF模式成功模拟出了这次暴雨的雨况及高低空流场分布。这是建立在静止锋、低空切变线和低空急流等系统基础上的一次典型的华南准静止锋降水。冷暖气流在底层交汇并产生强烈的垂直上升运动，不稳定能量的释放是暴雨发生和维持的机制之一，位温的垂直分布有利于低层涡度的发展。福建北部的喇叭口地形和武夷山迎风坡共同作用，导致西南气流的转向辐合，触发了中尺度切变线和中尺度涡旋的形成，加速了上升运动和中层对流发展，有利于位于迎风坡的建瓯、邵武、蒲城等地区降水的增强。     

西南涡暴雨天气过程分析和数值模拟试验

基于常规气象观测资料、气象卫星云图资料、NCEP再分析资料以及WRF中尺度数值模式,对2013年6月29日至7月1日出现在四川盆地的持续性暴雨天气过程进行了观测分析、理论机制探讨和数值模拟试验。研究结果指出,湿位势涡度水平和垂直分量的分布都能较好地指示降水落区,强降水中心的位置主要位于MPV1的正负过渡区域偏向于负值区和MPV2的弱正值区域。水平风速切变越大,越有利于切变波的存在和长时间维持。高原水平切变线上风切变的大小对于切变线上扰动的形成和维持以及西南低涡致灾暴雨的形成具有重要的作用。高原地形对扰动的强度有促进作用。此次持续性暴雨天气是西南涡沿切变线东移、在四川盆地形成的典型的持续性暴雨天气过程。     

切变线暴雨过程中湿位涡的中尺度时空特征

利用中尺度数值预报模式MM5V3.6,对2005年9月19—21日发生在山东中南部的区域性切变线暴雨天气过程进行了数值模拟。并用高时空分辨率的模式输出资料,对此次暴雨过程的湿位涡场特征进行了诊断分析。结果表明:θse面陡立易导致湿斜压涡度的发展,形成θse陡峭密集区,密集区内容易发生暴雨。通过湿位涡的分析,揭示了暴雨过程中湿位涡的中尺度演变特征和空间结构,表明切变线暴雨的发生发展与湿位涡的时空演变有很好的联系。暴雨主要出现在850hPa的ζMPV1负值区和ζMPV2正值区等值线密集区附近,降水中心位于ζMPV1负值中心前部对流不稳定区中。     

2000年7月西南涡暴雨过程的分析和数值模拟

对2000年7月1～8日西南涡暴雨过程进行了大尺度分析,并利用中尺度暴雨模式MRM1对这次过程进行了数值模拟,结果表明,这次西南涡暴雨过程分为两个阶段,分别对应着两次冷空气南下。暖切变线的南北摆动是发生大暴雨的一个重要原因,而西南急流核的向北传播导致雨区向北传播。模式成功地模拟出了中-α尺度的低涡、切变线,沿暖切变线的强烈倾斜上升气流、中尺度正涡度以及水汽通量散度辐合柱状结构,这些对暴雨的发生提供了动力和水汽条件;而沿低空急流轴的狭长暖湿舌,其北部的干冷区构成的南北向能量锋区,以及较强的中低空不稳定层结是这次暴雨持续发生的重要条件。     

一次切变线暴雨过程的诊断研究和数值试验

本文对1998年6月12～13日的一次长江中下游切变线暴雨过程进行了诊断研究并使用一个η坐标细网格暴雨数值模式对其作了数值试验。结果发现，与该暴雨过程相联系的β中尺度系统主要表现在低层的切变线及地面的β中尺度气旋，气旋的东移和发展引起长江中下游大范围强降水，在启动该场暴雨过程中，位势不稳定起了决定性的作用；深厚的β中尺度“涡柱”是该暴雨雨团的明显特征；地形对暴雨的强度和范围均有重要影响，该切变线强度对暴雨过程的降水量也有明显影响。     

西藏林芝地区一次暴雨过程的中尺度模拟与分析

利用常规观测资料、FY-2E卫星观测的TBB资料,对2015年8月19日发生在林芝地区的一次暴雨过程进行天气分析,并利用中尺度数值模式WRF的模拟结果分析此次暴雨过程中尺度系统的结构特征。结果表明,此次暴雨过程发生在高原低涡切变的环流形势下,伴随辐合线发展的线状对流系统是此次暴雨发生的主要原因。WRF模式可较好地模拟出暴雨过程的环流形势和降水的落区、量级。西南风引导的暖湿气流为暴雨的发生、发展提供充沛的水汽条件;对中尺度结构的分析表明,低层辐合、高层辐散的结构以及在降水区存在的正涡度伴随强烈的上升运动为此次暴雨过程提供了有利的动力条件,假相当位温的分布能够为暴雨提供有利的热力条件,垂直螺旋度低层正中心的配置反映出大气的不稳定分布,有利于中尺度对流系统的发展与维持。     

湖北一次大暴雨过程两个强降水时段的诊断分析与数值模拟

根据NCEP/NCAR再分析资料、常规观测和加密观测资料以及FY-2C TBB资料,对2008年8月28—30日湖北大暴雨过程两个强降水时段的大尺度环流背景和中尺度对流系统进行诊断分析。在此基础上,利用中尺度数值模式WRF的模拟结果对影响大暴雨过程两个强降水时段的中尺度对流系统和其他物理量场深入分析。结果表明:湖北大暴雨过程存在明显的两个降水增强阶段,它们发生与结束的时间近乎一致,并且第二阶段的强降水比第一阶段强度更大;强降水第一阶段是由低涡切变与地面暖湿气流影响造成的,强降水第二阶段是由低涡切变、中低纬短波槽和地面冷空气共同影响造成的。两个强降水时段逐小时降水与云团特征表明,雨团与云团的活动规律一致,其增幅均出现在晚间至凌晨。同时表明,β中尺度对流云团与暴雨过程关系密切;暖切变线自南向北影响第一时段降水增幅,西南涡中伸展出的冷切变线自西至东影响第二时段降水增幅,模式结果证明由冷切变线引起的第二时段降水增幅更大;两个强降水时段雨区上空均有较强的能量,强的水汽通量辐合贯穿整个降水过程;地面降水中心与其上空湿位涡大值中心有较好的对应关系。     

RELATIONSHIP BETWEEN THE VARIATION IN HORIZONTAL VORTICITY AND HEAVY RAIN DURING THE PROCESS OF MCC TURNING INTO BANDED MCSS

Using real-time data and the WRF mesoscale model,a heavy rain event in the process of Mesoscale Convective Complex(MCC) turning into banded Mesoscale Convective Systems(MCSs) during 18-19 June 2010 is simulated and analyzed in this paper.The results indicated that the formation and maintenance of a southwest vortex and shear line at 850 h Pa was the mesoscale system that affected the production of this heavy rain.The low-vortex heavy rain mainly happened in the development stage of MCC,and the circular MCC turned into banded MCSs in the late stage with mainly shear line precipitation.In the vicinity of rainfall area,the intense horizontal vorticity due to the vertical shear of u and v caused the rotation,and in correspondence,the ascending branch of the vertical circulation triggered the formation of heavy rain.The different distributions of u and v in the vertical direction produced varying vertical circulations.The horizontal vorticity near the low-vortex and shear line had obvious differences which led to varying reasons for heavy rain formation.The low-vortex heavy rain was mainly caused by the vertical shear of v,and the shear line rainfall formed owing to the vertical shear of both u and v.In this process,the vertical shear of v constituted the EW-trending rain band along the shear line,and the latitudinal non-uniformity of the vertical shear in u caused the vertical motion,which was closely related to the generation and development of MCSs at the shear line and the formation of multiple rain clusters.There was also a similar difference in the positively-tilting term(conversion from horizontal vorticity to vertical positive vorticity) near the rainfall center between the low-vortex and the shear line.The conversion in the low vortex was mainly determined by бv/бp0,while that of the shear line by бu/бp0.The scale of the conversion from the horizontal vorticity to vertical vorticity was relatively small,and it was easily ignored in the averaged state.The twisting term was mainly conducive to the reinforcement of precipitation,whereas its contribution to the development of southwest vortex and shear line was relatively small.     

江西2012年5月12日大暴雨过程水汽输送分析

利用NCEP 1°×1°再分析资料、常规气象观测资料和WRF中尺度数值模式,对2012年5月12日江西出现的大暴雨天气水汽输送的过程进行分析。结果表明,从大尺度分析,此次暴雨过程的水汽输送特征并不典型,比湿、水汽通量、水汽通量散度、整层水汽输送等均不能满足江西出现暴雨时应该达到的水汽条件;但模拟的中小尺度水汽指数能够满足江西发生暴雨的水汽条件。此次暴雨过程的水汽主要来自南海地区。暴雨出现的区域与整层水汽大值区的水平梯度最大处相吻合。当整层水汽输送值较小时,水汽输送主要集中在中低层,但当整层水汽输送值较大时,水汽输送的高度高度超过500 hPa高度层,仅分析500 hPa高度层以下的水汽输送对暴雨预报会造成一定的误差。     

梅雨期高层流场对低层急流及中尺度系统影响的数值试验

用中尺度模式对一次江淮流域暴雨过程进行了数值试验，并研究了对流层高层青藏高压东侧偏北大风的强弱与低层流场及中尺度系统发生及至降水过程的影响。试验不仅较成功地模拟了本次暴雨过程及相应的系统，而且揭示出较强的高空偏北大风将引起对低空急流的加强。而更为重要的是低层切变线的出现以及其上中尺度涡旋的发生。上下风场所构成的垂直反环流圈大大有利于对流的发展，特别是在切变线地区的上升支，带有明显的中尺度特征。     

2008年6月20—21日一次β中尺度切变线、低涡降水机制研究

利用WRF中尺度数值模式，模拟2008年6月20-21日江淮一次β中尺度切变线、低涡降水过程。分析发现：低层大尺度的0．5×10 -6m2·S-1·K·kg-1的大值位涡为切变线暴雨提供了背景场，在其南部边缘，低层的切变辐合及云水形成的非绝热加热，导致了正位涡的增长，使低层正涡度加大引起降水加强。低层的正位涡通过上升运动向上传递，导致了高层位涡正异常，高层位涡的正异常又可导致低层的气旋性涡度进一步加大并使降水加大；β中尺度低涡的生成与大别山地形关系不大，主要是由对流层高层正位涡异常引起，但是低涡的维持及降水与大别山的地形坡度密切相关，当地形平坦时，不利于低涡维持和降水加强，当具有大别山的地形坡度时，不论山脉的高低都有利于低涡维持和降水加强。     

江苏一次大暴雨过程的数值模拟

采用中尺度数值模式WRF（v2．2）对2007年7月7～9日发生在江苏的一次区域性大暴雨过程进行数值模拟，对模式输出资料，利用位涡与湿位涡理论分析了这次大暴雨维持发展的机制。分析结果表明，正位涡异常区对应着强上升区，低层湿位涡负值中心对应降水中心，高层正值区的移动也能预示雨区的移动，湿等熵面的陡立面的出现致使对流不稳定发展。     

基于目标对象检验法的多种模式强降水能力的比较

针对传统TS检验方法的不足,引入了目标对象检验方法,通过对降水落区的面积、位置、形状和强度进行匹配,可获取空间场潜在的预报信息。以欧洲中心细网格、T639、山东WRF集合模式和华东区域中尺度模式(BCSH)为例,采用强降水过程模式预报最优次数及要素箱线图统计方法,得到模式及集合预报产品的性能特征,根据环流形势及影响系统对强降水分型,结果表明:热带气旋与中低纬度系统相互作用的强降水过程模式预报效果最好,最具参考性;低涡和切变线相伴随的强降水过程效果次之,且以BCSH和山东WRF集合最大值预报效果更好,各模式对低槽系统强降水预报能力一般,对温带气旋类型强降水过程模式预报效果差的概率最大。     

一次高原强降水过程及其云物理结构的数值模拟

本文利用中尺度WRF数值模式,对2010年8月7—8日发生在青藏高原东部一次强降水过程进行数值模拟,利用常规观测资料、FY卫星云图和数值模拟结果对此次强降水过程的宏微观演变特征和降水机制进行分析。本次模拟选用Milbrandt-Yau(MY)微物理方案,有较为完整的双参数计算过程,较为全面地考虑了各类云物理过程,对云微物理结构的描述和处理精细而复杂。结果表明,此次强对流降水发生在副热带高压与南亚高压相连、中高纬短波槽分裂南下、并与西南暖湿气流相遇形成低涡切变线的有利天气形势下,西南暖湿气流带来大量水汽、降水区存在大量不稳定能量、以及低层辐合高层辐散的高低空配置为暴雨发生发展提供了必要条件。WRF模式较好地模拟出了此次强降水过程的降水落区、降水中心和降水量级,对青海平安和甘南上空云团合并过程、强对流云团范围也模拟较好。对云微物理结构的分析结果表明,此次对流云降水为冷云降水,暖层浅薄,冰相粒子丰富,其中霰粒对过冷水的碰冻能力最强,使得其含量远大于冰雪晶含量,其融化是雨水的主要来源。雪晶含量最少,或与其碰冻过冷水能力较弱有关。