"98.5"华南前汛期暴雨的非静力数值模拟和中尺度系统分析

为了对华南暴雨进行深入的数值模拟研究,在对1998年5月23～24日(简称“98．5”)华南暴雨进行天气分析的基础上,利用非静力中尺度数值模式MM5对该次暴雨过程进行了数值模拟。数值模拟结果和客观分析结果的比较表明,模拟结果可以再现造成暴雨的大、中尺度环流条件。造成此次暴雨的中尺度系统具有暖心高湿结构,高空辐散,低空辐合及对应的强上升运动和气旋性涡柱是造成这次暴雨的动力学机制,低空偏南气流对这次暴雨的产生和发展起着重要的作用。模拟的降水中心与观测的较接近,位置略偏南、偏西,雨量略小,但降水时段和雨区模拟较好。降水发生在喇叭口等有利地形;高低分辨率的地形资料对本次降水的模拟结果影响不大。     

喇叭口地形对一次暴雨影响的数值试验

对2006年8月27～28日甘肃省中南部大暴雨过程进行数值模拟,模拟结果较好地复制了此次暴雨过程以及与之相联系的影响此次过程的中尺度对流系统的发生、发展过程。喇叭口地形使甘谷降水增加明显,抬高地形对地形迎风坡上空低层辐合及上升运动有显著的加强作用,且其动力抬升作用主要体现在降水发生前和发生时。     

新疆西部一次大暴雨形成机理的数值模拟初步分析

2016年7月31日至8月1日新疆西部发生了一次罕见的大暴雨过程,利用常规观测资料、FY-2G卫星TBB（Black-Body Temperature）资料和NCEP/NCAR（1°×1°）再分析资料,在天气尺度环流背景和中尺度系统分析的基础上,利用WRF（Weather Research and Forecasting）模式对此次大暴雨过程进行了高分辨率数值模拟,利用模拟资料对大暴雨的形成进行了分析。结果表明:此次暴雨发生在稳定维持的"两脊一槽"环流形势下,巴尔喀什湖低槽、高空偏西急流、低空偏东急流和近地面辐合线是造成此次大暴雨过程的主要天气系统。中尺度云团沿近地面的辐合线在天山迎风坡附近不断生成,云团生成后,在向东北方向移动过程中,经过伊犁地区上空时,受天山地形抬升影响不断发展增强,造成伊犁地区出现持续性较强降水。天山迎风坡附近持续较长时间的辐合线是造成此次新疆西部大暴雨的直接中尺度系统,其生成与低层风场辐合、低空急流和地形均有关系。低层辐合引发的垂直运动在地形迎风坡附近加强,风场辐合及地形抬升共同导致强垂直运动发展并维持,类似于"列车效应",不断生成的尺度更小的对流系统沿着辐合线持续移过新疆西部的伊犁地区,是该次暴雨持续的重要原因。     

贵州大暴雨个例形成机制数值模拟

利用3层嵌套的中尺度数值模式MM5 V3.5,模拟了2007年6月24～25日发生在贵州中南部的一次大暴雨过程.利用模式输出的高分辨率资料,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.模式较成功地模拟出了中尺度系统的演变和降水的分布特征.中尺度低涡的发展、稳定维持是造成贵州这次大暴雨天气的直接原因.暴雨、大暴雨出现在低涡的西南侧.在低层正涡度、辐合、强烈的上升运动和高层负涡度、辐散的有利配置下,形成深厚的上升运动柱,这种中尺度动力配置结构,不仅与暴雨区和暴雨发生时段相对应,而且是引起此次暴雨的中尺度低涡发展和持续的动力机制之一.暴雨区与强烈上升运动区,正涡度区相对应.     

贵州一次大暴雨过程的中尺度数值模拟与诊断分析

利用三重嵌套的非静力中尺度数值模式MM5V3.5,对2005年5月31日至6月1日贵州省发生的一次大暴雨天气过程进行数值模拟,并利用模拟结果对该过程进行诊断分析。结果表明:模式较好地模拟这次大暴雨过程,并对与暴雨过程相关的中尺度系统的发生发展做出了较成功的模拟,此次过程中,西南涡是造成大暴雨的主要影响系统。对中尺度系统的模拟表明:强降水与强上升运动区及正涡度区有很好的对应关系,低层辐合、高层辐散、西南低空急流、垂直运动增强等是此次暴雨维持和发展的重要机制之一。强降水与水汽辐合的大值密切相关,降水的强弱与辐合的强弱变化一致。     

江西西北部地形对一次大暴雨过程影响的数值模拟分析

2019年6月8—10日江西出现了一次持续的大暴雨天气过程.使用常规观测资料、FY-2G卫星TBB资料和NCEP/NCAR再分析资料,在天气尺度环流背景和中尺度系统分析的基础上,利用WRF模式对大暴雨过程进行数值模拟,分析罗霄山脉地形对此次持续暴雨过程的影响.结果表明:此次暴雨过程发生在稳定维持的"两槽一脊"环流形势下,高空西风气流、低空西南急流、沿海大槽、上游移来短波槽和近地面辐合线是大暴雨过程形成的主要天气系统.中尺度云团不断生成于江西省西北部的罗霄山脉北支和中支的迎风坡附近,受沿海大槽阻挡而缓慢东移,与系统性云团合并从而导致江西省西北部地区出现持续性强降水.湘、赣两省交界处的罗霄山脉北支和中支地形对暴雨强度有实质性的影响,去除相应罗霄山脉地形的数值试验模拟的降水量明显减少.罗霄山脉附近持续长时间的辐合线是引发此次大暴雨过程的直接中尺度天气系统,其生成与低层风场辐合、低空急流和地形均有关.受地形抬升作用,对流天气系统在地形迎风坡附近不断生成并持续向东移过江西省西北部,是造成暴雨持续的重要原因.     

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。     

辽东半岛一次大暴雨的中尺度模拟及物理结构分析

2005年7月25日辽东半岛南部及海峡地区发生了大暴雨天气。利用中尺度模式MM5的双向二重嵌套网格对其进行模拟, 表明该模式对这次暴雨过程有较好的模拟能力。模拟的地面气压场及流场基本与客观分析场一致。模拟结果较好地再现了辽东半岛大暴雨的大尺度和中尺度天气系统的发展和演变, 揭示了造成此次暴雨的中尺度系统结构为高空强辐散, 低空强辐合及对应的强上升运动和气旋性涡柱是造成此次暴雨的动力机制, 低空西南气流对这次暴雨的产生和发展起着重要的作用。     

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。     

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。     

局地地形、地表特征对上海暴雨过程影响的研究

作者在对2001年8月5~6日上海地区一场特大暴雨的诊断分析与数值模拟研究中确知,停滞在上海的热带低压及在其内发生、发展起来的中尺度对流云团是造成此次暴雨的直接天气系统。暴雨过程中,非常规观测资料及高分辨率暴雨数值模拟结果的分析对于揭示热带低压内暴雨中尺度系统的结构及发展演变的时空连续性具有重要作用。但同时也意识到,对于造成暴雨的各尺度系统的发生、发展,特别是造成局地突发性强降水的暴雨中尺度系统,某些物理过程的影响是不可忽视的。这些物理过程或独立影响着暴雨中尺度系统的发展,或相互作用、相互制约,共同影响着暴雨中尺度系统的发展。为此,作者在此次暴雨过程较成功的数值模拟研究基础上,对上海附近山脉地形及上海地区地表状况等可能影响暴雨中尺度系统发展的物理过程进行了模拟试验研究,结果表明,上海及其周边地区局地山脉地形和上海地区的地表分布特征虽不是造成此次局地突发性强暴雨的直接原因,但明显影响着暴雨系统的移动、停滞、发展和加强。上海以西的莫干山、天目山在热带低压东移过程中对于气流具有一定阻挡作用,有利于暖湿气流的聚集及热带低压移速的减慢。但若山脉过高且热带低压移至非平原地带,则来自西南的暖湿气流会受阻而汇集在莫干山至杭州湾一带,这样在相对强的偏西气流作用下,热带低压的移向就会出现变化。另外,上海局地地表城市化特征的加强使得城市近地层空气的暖干特性效应和城区上风方风速辐合,并由此引起暴雨系统内中尺度动力、热力特征出现变化,这值得在局地暴雨强度预报中加以关注。局地城市地表特征是城市暴雨灾害不容忽视的影响因素。     

“2002.6.30”滇中低涡暴雨的中尺度分析

利用MICAPS常规资料和GMS卫星云图，3830—C多普勒雷达观测资料，对2002年6月30日发生于滇中地区的暴雨天气过程进行诊断和分析，发现暴雨过程由中低层低涡切变造成，暴雨区与垂直速度及涡度所表现的强烈上升区对应，并伴有高能高湿条件；同时卫星云图上有中尺度低涡云团发展。多普勒雷达回波资料分析表明，暴雨过程中出现了明显的中尺度系统，如中尺度辐合线、中尺度气旋、逆风区等，具有典型的对流型特征。     

江滩暴雨中尺度特征数值模拟

本文使用中尺度模式MM4模拟了江滩流域1991年7月6日－7月的暴雨过程，结果表明，引发此次暴雨的中尺度气施内存在中－β尺度的雨团，雨团的位置随时间的演变具有较明显的规律性，中尺度气施内存在明显的与雨区位置相对应的双涡度中心双辐合中心，其位置与预测资料的诊断分析结果较一致。     

一次滇中暴雨中尺度对流系统特征分析

应用MICAPS常规资料、FY-2卫星观测资料及昆明CINRAD-CC雷达回波资料，将诊断分析与探测资料相结合综合分析了2003年7月21日滇中暴雨过程的中尺度对流系统特征，指出：500、700hPa高低层冷暖平流的配置、500hPa低槽、700hPa切变线及地面冷锋是此次暴雨过程的大尺度环境背景；高能高湿的不稳定能量、低层辐合、强的垂直风切疫的存在，利于强对流形成并诱发中尺度对流系统MCS；多普勒雷达上强风暴的发展，与暴雨区范围及强弱对应；多普勒速度图显示，中尺度涡旋、中尺度辐合线、逆风区等多个中尺度系统，是此次滇中强对流暴雨产生的直接影响系统。     

一次低纬高原特大暴雨天气的诊断分析

结合大尺度环流的高通滤波、卫星云图和雷达回波诊断，通过地面天气图分析等方法，对2003年6月17日云南中部的楚雄市至南华县一带发生的特大暴雨过程进行了中尺度分析。结果表明，这次过程是热带中尺度气旋东南移并发展造成的；地面强冷空气侵入中尺度低压导致对流发展，是热带中尺度气旋加强的原因；大尺度环流下，孟加拉湾、南海和北部湾形成的两条水汽输送带通过热带低压为强对流的发展和维持提供了能源保障；地面中尺度低压中心和与之配置的切变线北侧对特大暴雨落区有较好的指示。     

一次中纬度特大暴雨过程的中尺度分析

用Shuman-Shapiro中尺度滤波方法，结合大尺度环流背景，对1999年8月11－12日山东半岛特大暴雨过程进行了中尺度分析。结果表明，这将过程是热带中尺度气旋北上发展造成的；地面冷空气侵入西移的中尺度低压所导致的对流发展，是热带中尺度气旋发展的原因；大尺度环境场丰富的水汽输送为强对流的发展和维持提供了能源保障；地面中尺度低压中心和与其配置的切变线上的波动点对降水落区有指示意义。     

9610号热带风暴中尺度涡旋数值模拟

以实测资料作为初始场,用套网格的中尺数值模式分析和模拟与９６１０号热带低压相伴的特大暴雨过程,结果发现模式对本过程的模拟效果较好,不论粗细网格,在揭示中尺度涡旋方面都具有参考价值。     

"2003.6.17"滇中特大暴雨的中尺度分析

结合大尺度环流的高通滤波、卫星云图和雷达回波诊断，用Shuman—Shapiro中尺度滤波方法，对2003年6月17日云南中部的楚雄市至南华县一带发生的特大暴雨过程进行了中尺度分析。结果表明，这次过程是热带中尺度气旋东南移并发展造成的；地面强冷空气侵入中尺度低压导致对流发展，是热带中尺度气旋加强的原因；大尺度环流下，孟加拉湾、南海和北部湾形成的两条水汽输送带通过热带低压，为强对流的发展和维持提供了能源保障；地面中尺度低压中心和与之配置的切变线北侧对特大暴雨落区有较好的指示。     

华南前汛期广东暴雨分区动力特征及特大暴雨分析

依据2009－2013 年华南地区72 测站逐日降水资料,利用 REOF方法、合成分析等方法,分析华南前汛期（4-6 月）暴雨时空特征。结果表明：暴雨降水量占总降水量34.6%,年暴雨日数170天以上。REOF方法分析获得华南前汛期5个暴雨模态区, 其中广东两模态区中心荷载强于其余3个区,降雨更多,雨强更大。合成分析显示,广东北部暴雨区受西风带系统影响为主, 暴雨中尺度系统为气旋及变形场锋生。沿海暴雨区受副热带系统控制为主,中尺度系统主要为低空急流,输送气旋式切变和旋转涡度,及低空速度辐合, 并提供自海上来的充沛水汽,造成沿海区暴雨远强于北部区。 近5 a前汛期广东24 h累积降雨量大于200mm的大暴雨有14次,均发生在沿海暴雨模态区。两区暴雨机制分别为西风带中尺度低值系统锋生降水,和副热带系统暖区登陆地形作用降水。海温SST方面沿海暴雨区环境较北部暴雨区具有更大平均水汽潜热量,含更充沛水汽。而感热场反映沿海暴雨区从下垫面吸收更多热能量,更有利于不稳定暴雨过程维持与加强。对2010 年6 月9 -12 日广东沿海上川岛持续性特大暴雨分析显示,东北阻塞高压强盛与副热带高压西伸北进势均力敌配置,水汽通道和水汽通量散度輻合异常强盛, 湿位涡湿正压项和湿斜压项均构成有利于垂直涡度增长环境, 这些因子维持了特大暴雨过程。     

江西北部一次局地大暴雨过程分析

利用常规气象观测资料、区域加密自动站资料、GPS-PWV数据和NCEP 1°×1°再分析资料等,对2012年8月21日南昌短时大暴雨过程(8·21南昌大暴雨)进行分析,重点讨论了局地大暴雨的形成原因。结果表明:中纬度低压槽、东北方副高和东南方热带系统三者鼎立,致使江西北部聚集了高能量的不稳定大气,并在南昌附近产生局地强对流运动,导致了江西北部局地大暴雨的产生;地形抬升是8·21南昌大暴雨的直接诱因,由于梅岭山脉抬升作用,使不稳定大气上升到其自由对流高度以上,在梅岭山脉附近发展成中尺度气旋,气旋沿冷暖空气所形成的中尺度辐合线移到南昌市区附近,并在此地维持了3h;8·21南昌大暴雨是由多个强或特强的中小尺度降雨中心组成的,地面中尺度气旋、高CAPE值、高θ_(se)、强的水汽辐合等因素使得MCS得以长时间维持,使得中小尺度降雨中心在南昌市周边源源不断地生成发展。总结(8·21南昌大暴雨)流型配置,以此构造出这种弱西南气流条件下的预报概念模型,可以为预报员捕捉到此类局地大暴雨天气提供技术指导。