梅雨锋降水运动诊断分析与（大）暴雨形成——江淮梅雨锋暴雨的天气学成因个例分析

对T213 L31再分析模式大气,在等熵坐标系上对天气学大尺度凝结函数降水、水汽通量散度降水做了诊断计算;同时,对整层对流不稳定性降水和气块（团）湿不稳定降水做了理想设计与诊断计算.对2003年7月江淮梅雨锋暴雨的计算与分析表明：两种天气尺度波动的大尺度稳定性降水运动的降水量级较小,都不足以直接形成暴雨;而对流不稳定降水运动可以形成暴雨,却不足以形成大暴雨;只有气块不稳定降水运动,才是梅雨锋上大暴雨的自组织、正反馈的唯一降水机制.研究表明,该江淮梅雨锋暴雨虽然存在着明显的梅雨锋天气尺度降水系统,但充沛的水汽通量和异常高温高湿气团的维持,使得在梅雨锋上发生着的非等熵湿绝热运动及其对流不稳定降水和气块不稳定降水,是（大）暴雨发生的天气学成因.     

江西省极端降水分类及特征分析

利用多种观测及再分析资料对江西省极端降水过程进行统计分类和天气学分析。采用百分位法、广义极值法对比计算江西省极端降水强度阈值标准,分析江西省极端降水事件的空间分布特征,筛选出2010—2019年江西省极端降水的典型过程,并进行天气学成因分析。结果表明：1） 江西省各站极端降水强度阈值空间分布差异较大,由西南向东北逐步增加,具有非常明显的地域性特征;2） 江西省典型极端降水过程发生在夏季（6—8月）,主要分为梅雨锋、强台风、西北气流类;3） 江西省梅雨锋类极端降水占典型极端降水过程的70%,该类极端降水具有稳定的大尺度环流形势,主要表现为南亚高压北跳至25°N以北,阻塞高压异常偏强,东北冷涡发展,副热带高压与大陆高压相结合,配合天气尺度稳定的切变线以及异常的西南暖湿气流,形成持续的水汽输送及异常的垂直上升运动中心。     

夏季东亚热带和副热带季风与中国东部汛期降水

利用欧洲中心１９８０～１９８９年逐日２００ｈＰａ、８５０ｈＰａ风场及日本气象研究所提供的ＧＭＳ观测的ＴＢＢ逐日资料,探讨了夏季东亚热带、副热带季风的强弱对中国东部夏季降水的影响．指出东亚夏季风系统中的两条辐合带热带辐合带（热带季风槽）和副热带辐合带（副热带梅雨锋）的强度的变化呈相反趋势,即热带季风槽偏弱时（弱季风）,副热带梅雨锋偏强;反之热带季风槽偏强时（强季风）,副热带梅雨锋偏弱．江淮流域的降水与热带季风槽、副热带梅雨锋的强度密切相关,即热带季风槽偏弱（弱季风）,梅雨锋偏强时,江淮流域的降水偏多;热带季风槽偏强（强季风）,梅雨锋偏弱时,江淮流域的降水偏少．研究表明：热带季风槽和副热带梅雨锋的强度与偏西气流的加强密切相关．当赤道东太平洋海温偏高,赤道西太平洋海温偏低,黑潮地区的海温偏高时,赤道东西太平洋上空的Ｗａｌｋｅｒ环流和西太平洋中纬度Ｈａｄｌｅｙ环流的下沉支气流减弱,东亚季风槽较弱（弱季风）,梅雨锋较强;当赤道东太平洋海温偏低、西太平洋海温偏高,黑潮地区的海温偏低时,赤道东西太平洋上空的Ｗａｌｋｅｒ环流和西太平洋中纬度Ｈａｄｌｅｙ环流的下沉支气流加强,东亚季风槽较强（强季风）,梅雨锋较弱．     

GRAPES_YY模式发展及其对梅雨锋降水模拟的性能检验

GRAPES_YY是在球面准均匀阴阳网格动力框架基础上发展起来的全球非静力模式，目前已耦合全套物理过程参数化方案，具备了中期天气预报能力。为了解模式对环流和降水的实际预报效果，检验模式对多尺度天气系统的预报能力和误差分布特征，以ERA-interim资料和逐时地面融合降水产品为参考，对1个月（2018年6月中旬—7月中旬）批量试验结果和一次长江流域梅雨个例（7月4—7日）模拟结果进行分析。结果表明:在改进上边界条件基础上，模式有较好的稳定性，短期预报时效内对全球环流和降水刻画准确，模式24 h累计降水纬向平均成功再现了低纬度和中纬度地区的两个降水峰值，但对低纬度对流性降水和中纬度格点尺度降水预报偏强。其次，模式成功模拟出7月4—6日中国东部梅雨雨带位置、走向及南北摆动，整体上能正确反映主要天气系统的移动演变，但受分辨率限制以及湿物理过程影响，暴雨以上量级降水还存在强度预报偏弱、位置偏北的问题。GRAPES_YY模式模拟结果基本合理可信，对中低纬度梅雨锋降水的预报能力较GRAPES_GFS略有改善。      

天气系统预报效果的量化检验方法及应用

对中国天气过程进行了分类,并介绍了一种针对模式对于降水及各种天气系统预报效果的天气学检验方法,将此方法应用于AREM模式对2007年降水个例预报及2005—2007年汛期天气过程的批量预报检验,得出结论如下:(1)此天气学检验方法能够对各类天气系统及降水进行有效的检验,(2)对于中国典型高空槽类降水,AREM模式总体上对高空槽预报较为稳定、强度接近实况,对降水预报稳定性相对较差、强度偏弱,槽预报的较好(差)与降水预报的较好(差)不完全对应,(3)对于梅雨锋类降水,AREM模式对副高预报总体偏西、偏北、偏强,对高空槽、降水预报均总体偏弱,副高预报的较好(差)对应降水预报的较好(差)。     

多尺度合成的降水临近预报技术

基于我国新一代多普勒天气雷达观测资料,以梅雨锋等大范围降水为主要研究对象,研究了降水临近预报方法.根据暴雨回波的多尺度特征等,研究暴雨回波的尺度滤波,分割、匹配等处理技术;根据不同尺度回波生命史来约束其预报时效,得到分尺度下的降水预报场,实现暴雨回波多尺度的合成降水量临近预报;将分尺度与不分尺度降水预报结果进行了比较.结果表明,针对大范围强降水多尺度合成的降水量临近预报方法,因不同尺度的回波外推考虑了各自运动的特性及其生命史的差异,预报精度有所提高.     

2007年梅汛期异常降水的大尺度环流成因分析

为深入理解江淮梅雨持续性强降水的大气演变过程,探讨中期预报技术途径,利用NCEP/NCAR逐日再分析数据和历史梅雨特征指数等资料,系统地分析了2007年梅汛期异常降水的大尺度环流成因.结果表明:梅汛期,西北太平洋副热带高压稳定和7月中下旬持续偏南,决定了2007年梅汛期降水的时间和地域分布特征.阻塞高压的频繁出现和副热带季风涌的异常强盛为梅雨锋维持和加强提供了有利的动力、热力以及水汽条件;"伊朗型"南亚高压的活动以及东亚上空副热带急流通过高低空耦合动力作用,不仅为持续性暴雨创造了良好的垂直环流结构,也间接抑制了副高北抬.在此研究基础上,归纳出中期预报着眼点,供实际业务预报参考使用.     

降尺度技术在月降水预报中的应用

着重介绍月动力延伸数值预报模拟技巧较高的大气环流在局域降水方面的降尺度（downscaling）应用。克服动力降尺度和统计降尺度技术的缺点，从动力与统计相结合的角度，给出月尺度大气环流与局地降水之间的关系，该联系有清楚的动力学背景和天气学意义。120个月的历史实况资料回报试验证明了该关系的合理性。T63/NCC月动力延伸形势场集合预报进行中国降水的降尺度应用亦取得了较好的结果。     

不同降水方案对"03.7"一次暴雨过程模拟的影响

观测和数值模拟研究已经表明,潜热释放对中国东部夏季梅雨锋系统及其锋面降水的维持和发展发挥着非常重要的作用.然而,目前对于梅雨锋降水模拟中各种降水方案的相互协调和系统评估方面的工作仍不多见,为了增进对梅雨锋暴雨模拟中降水过程的认识,作者针对2003年7月4～5日一次梅雨锋暴雨过程,构造了四组试验,利用MM5模式考察了两种分辨率(36 km、12 km),各种隐/显式方案搭配下,对所生成的雨带、雨量和降水类型的配置进行了仔细的研究,得到了一些有意义的结论,为今后更好地使用模式、利用数值模式来认识中尺度降水过程中的气象问题打下基础.主要结论包括:模拟总降水的水平分布和强度,以及显式降水和隐式降水的划分对积云参数化方案的选择非常敏感.但对特定积云参数化方案而言,降水的模拟对36 km、12 km水平分辨率不敏感(除Betts-Miller方案外);在中尺度网格分辨率10～50 km范围内,不同积云参数化方案对梅雨锋降水分布和降水量模拟的影响比不同显式方案带来的变化大得多.     

1991年江淮特大暴雨的降水性质与对流活动

从计算大尺度热源和分析ＴＢＢ资料两个方面，阐述了１９９１年江淮梅雨期间降水性质与对流活动的季节性演变特征。结果表明：梅雨期间江淮上空３个强上升运动时段分别形成了３场暴雨，由暴雨释放的热量使江淮大气出现了３个时段的强加热；３场暴雨的降水性质呈显著的季节性演变，由第１场暴雨以锋面性降水为主发展到第３场暴雨异常强的对流性降水。文中详细分析了热源和水汽汇的时空分布特征，并从大气运动场和热力结构讨论了盛夏强对流降水期间积云对流以涡动形式对热量和水汽的强铅直输送作用。江淮地区ＴＢＢ值能很好地反映降水状况，雨期一致地对应于ＴＢＢ低于２５０Ｋ的时段。梅雨中后期东亚地区对流活动季节性地增强，带状对流区（特别是ＴＢＢ高负距平区）与雨带位置相符。对流带位置及对流活动强弱与西南暖湿气流活动密切相关，它很好地表征了东亚地区的低空急流（给积云输送热带对流大气）。梅雨期间对流带主要出现在江淮流域，但可在东亚范围内飘移，它落在江淮与否则决定了江淮暴雨的维持与中断     

基于自组织映射神经网络的吉林省春夏期降水统计模拟研究

利用1997—2015年吉林省春夏期(4—7月)逐日气象站地面观测资料,以气温、气压、相对湿度、水汽压、风速为协变量,建立各站点逐日降水量的基于自组织映射神经网络(Self-Organizing Maps,SOM)的统计预测模型;分析吉林省春夏期的主要天气模态,研究逐日降水和天气模态之间的关系,并基于此关系提出逐日降水量的蒙特卡罗模拟方法。结果表明:SOM对天气模态的分型质量较好,邻近天气模态的累积概率分布较相似,距离较远的天气模态累计概率分布差异较大。各天气模态下无降水的概率与日降水量区间宽度的相关系数为-0. 94,显著性水平小于0. 01。基于降水量累积概率分布,20种天气模态被划分成4类,并与降水易发程度和逐日降水量完全对应。在此基础上,对吉林省24个站点逐日降水量进行蒙特卡罗模拟,并进行预测性能分析。平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)和均方根误差(Root Mean Square Error,RM SE)的中位数分别为3. 12 mm和6. 13 mm,SBrier和Ssig分别为0. 06和0. 51,站点的逐日降水量预测性能整体较好。MAE和RMSE分布呈现东南大西北小,去除降水自然变异差异的影响,所有站点的误差都较小; SBrier和Ssig没有明显的空间分布特征。     

NATURE OF PRECIPITATION AND ACTIVITY OF CUMULUS CONVECTION DURING THE 1991 MEIYU SEASON OF CHANGJIANG-HUAIHE RIVER BASIN

Seasonal variability regarding the nature of precipitation and the activity of cumulus convectionduring the 1991 Meiyu season of Changjiang-Huaihe River Basin(Jianghuai)has been investigatedby calculating apparent heat source/apparent moisture sink and analyzing TBB(cloud-topblackbody radiation temperature)data.It is found that three periods of strong ascending motionduring the Meiyu season lead to three episodes of heavy rain,and the latent heat due to theprecipitation is of the sole heat source of the atmosphere.The nature of precipitation showsdistinct seasonal variability,from frontal precipitation of the first episode to the extremely strongconvective precipitation of the third episode.TBB field of East Asia may well reflect not only theintensity of convection and rainfall,but also the movement of rain belt and convection belt.In thewhole Meiyu season.convection belt mainly stays in Jianghuai.but may shift within the domain ofEast Asia.Its locating in Jianghuai or not determines the maintenance or break of Meiyu.In thethird episode,the narrow convection belt over Jianghuai is mainly caused by southwest monsoonwhich takes moist and convective atmosphere from tropical ocean.     

NATURE OF PRECIPITATION AND ACTIVITY OF CUMULUS CONVECTION DURING THE 1991 MEIYU SEASON OF CHANGJIANG-HUAIHE RIVER BASIN*

Seasonal variability regarding the nature of precipitation and the activity of cumulus convection during the 1991 Meiyu season of Changjiang-Huaihe River Basin(Jianghuai)has been investigated by calculating apparent heat source/apparent moisture sink and analyzing TBB(cloud-top blackody radiation temperature)data.It is found that three periods of strong ascending motion during the Meiyu season lead to three episodes of heavy rain,and the latent heat due to the precipitation is of the sole heat source of the atmosphere.The nature of precipitation shows distinct seasonal variability,from frontal precipitation of the first episode to the extremely strong convective precipitation of the third episode.TBB field of East Asia may well reflect not only the intensity of convection and rainfall,but also the movement of rain belt and convection belt.In the whole Meiyu season.convection belt mainly stays in Jianghuai.but may shift within the domain of East Asia.Its locating in Jianghuai or not determines the maintenance or break of Meiyu.In the third episode,the narrow convection belt over Jianghuai is mainly caused by southwest monsoon which takes moist and convective atmosphere from tropical ocean.     

两次陕北暴雨过程热力动力机制诊断

利用常规气象观测资料、NCEP FNL分析资料（水平分辨率为1°×1°,时间分辨率为6 h）,对2013年7月21-22日和2014年7月8-9日两次陕北暴雨过程成因进行热力动力诊断,结果表明:两次陕北暴雨与高低空急流关系密切,暴雨带位于低空急流左侧的水汽辐合区,“0721”过程低空急流更强,在高低空急流耦合的强上升运动区（延安）出现大暴雨。降水前期,两次过程大气均存在对流不稳定,切变线触发对流,产生强降水,而其释放的凝结潜热加热形成中低层大气的热力不连续面,湿斜压性及锋生增强,造成整层饱和大气的抬升,维持强降水。“0721”过程前期对流降水的潜热释放更大,由此反馈的低空急流及锋生更强,出现大暴雨天气。广义对流涡度矢量垂直分量很好地描述了两次暴雨过程高低空急流耦合作用以及凝结潜热释放增强的锋生作用,其变化趋势能够反映降水的发展和减弱过程。暴雨出现在湿热力平流参数垂直积分大值中心及南侧的高梯度区,大值中心出现后约6 h会产生强降水,这对于强降水落区的预报有一定指示意义。     

论大气中凝结过程水汽内能与压力能的不同作用

通过计算可逆湿绝热过程与不可逆湿绝热过程,讨论了大气中凝结时的水汽内能(内潜热)与压力能(外潜热)作功过程的不同物理作用及其在不同(对流与非对流)降水天气系统中的影响。发现“可逆”与“不可逆”湿绝热过程中的凝结外潜热都对环境大气作负功,这是因为水汽相变为水而使得水汽压力能减少。最终环境大气通过凝结外潜热过程,对整个“系统”(如降水对流运动的飑、冰雹、龙卷、台风和非对流运动的锋面降水系统等)作功,其作功“热机”效率约为5％。     

滇西北横断山脉一次持续强降水过程特征及成因分析

【目的】分析滇西北横断山脉2020年5月24—27日持续性强降水天气过程特征和成因。【方法】利用ERA5再分析资料和怒江州气象观测站雨量数据,基于HYSPLIT模式及天气学诊断分析。【结果】（1）中高纬环流的调整使南支槽稳定在青藏高原南部,上游风速增大使中高层形成西风急流,低层西南气流辐合,93～98°E、26～28°N区域维持大于20 m·s-1的纬向风且扩大东移。（2）贡山站过程累积雨量历史排行第二,暴雨持续日数达历年最高,具有一定的极端性。最大小时雨量9.9 mm,长时间降水的维持是引起此次过程的重要条件。（3）过程期间大气低层强辐合、中高层强辐散,抽吸作用明显,降水强盛期前97～99°E区域低层强辐合中层强辐散中心与强降水落区相对应,中高层上升气流加强时期与降水集中时段对应较好,物理量的变化对降水趋势变化有指示意义。（4）低层水汽辐合强且向中高层输送,大于90%的相对湿度伸展至高层。水汽主要来源于孟加拉湾及阿拉伯海,部分水汽来自喇叭口地形作用及天气系统。【结论】加深对此类过程的了解和认识,为开展预报预警服务提供参考。     

论Amk预报方程及新的湿空气动力学方程组

作者对推导的Amk预报方程各项的物理意义进行详细讨论后指出:Amk预报方程完全可以代替涡度方程,用于不同纬度地区天气系统发生、发展及移动的研究和预报。其优越性在于: 1、可以认为:引起天气系统发生发展的平流动力条件,是A_mk预报方程中产生项、释放项、水汽凝结速率项和效率因子变化项均为0时的特例。 2、将动力、热力的宏观物理过程同云雨凝结速率的微物理过程结合起来,有利于探讨它们间的关系。 3、给出了台风等天气系统的判据。 4、用A_mk预报方程和运动方程等组成的湿空气动力学方程组进行数值积分,可望提高对低纬天气系统的发生、发展和移动的预报效果,为台风和暴雨数值预报提供了一个新的模式。      

TERRAIN IMPACT ON THE PRECIPITATION OF LANDFALLING TYPHOON TALIM

The impact of terrains on the precipitation of landfalling typhoon Talim (2005) over mainland China is investigated using the fifth-generation Pennsylvania State University-National Center for Atmospheric Research Mesoscale Model. The simulated precipitation of simulated typhoon (the control) matches the observations closely. To compare with the control simulation, four sensitivity simulations were carried out in which terrains of Wuyi Mountain, Lushan, Dabieshan, and both Lushan and Dabieshan are completely removed respectively, but other surface properties were retained. It is found that the complex terrains of Wuyi Mountain, Lushan and Dabieshan have a significant impact on the rainfall intensity and distribution of Talim. As the terrains are removed, the rainfall is decreased very greatly and the rainfall in inland area is decreased much more than that in the coastal area. Besides, the rainfall distribution near the Lushan and Dabieshan is spread much more westward compared with the control simulation. Further analysis shows that the Wuyi Mountain would increase both the lower level air convergence and the upper level air divergence for Talim that just made landfall and thus it would contribute to the convection and increase rainfall intensity. It can be concluded that the terrains of Wuyi Mountain, Lushan and Dabieshan have obvious impacts on the Talim rainfall, and their impacts are different in various landfalling periods. The present study is a useful attempt to explore the influence of orography on the TCs in mainland China.     

2004年春季两次增温过程及降水的对比分析

利用常规的天气图、卫星云图和物理量诊断对2004年春季两次持续性增温过程及降水天气进行诊断分析,结果表明:两次增温过程的降水强度、范围和落区等差异显著。前者造成了陕西历史上最早的暴雨过程,并有冰雹相伴;后者则为一般性降水。在春季降水过程中,当南海和菲律宾附近有热带低压云系存在时,对陕西的强降水有增幅作用;来自孟加拉湾700 hPa的偏西南急流和来自南海850 hPa的偏东南急流直伸到陕西的位置决定强降水的落区。700 hPa正涡度中心与垂直运动的上升区配合很好,涡度随着暴雨的临近明显增大,正涡度的增长,有利于对流的发展。