95.8暴雨过程中天气尺度和中尺度系统相互作用的数值模拟

本文依Ｂａｒｎｅｓ滤波原理，利用低通波场的连续性特征进行尺度分离，分析了暴雨过程中天气尺度系统和中尺度系统的作用，并用中尺度数值模式对该暴雨过程中天气尺度和中尺度系统的相互作用进行了数值模拟。     

常规资料获取中尺度信息的一种简便方案

基于Ｂａｒｎｅｓ滤波原理，利用低通滤场的连续性特征，设计了一种从观测资料中提取中尺度气象信息的简便方案。利用该方案，可独立地获得观测站网和规则网格点上的中尺度气象信息，为基层气象台站进行中分析提供了方便。该方案与过去方案相比，具有计算量小，速度快，程序设计简单，计算精度高等优点，尤其适合基层台站使用。     

用滤波插值方案作气象要素场的客观分析及次天气尺度分离

Ｂａｒｎｅｓ权重法在进行网格点插值的同时，通过选择适当的滤波参数ｃ、ｇ滤去资料中短波噪音，使分析结果平稳光滑；另外可通过它构成一带通滤波器，根据实际需要分离出影响天气过程的各种尺度。本文给出Ｂａｒｎｅｓ权重法作滤波插值及带通滤波的详细步骤，并以１９８６．９．７．０８时７００ｈＰａ风场为例作了实例分析，可以看出客观分析结果与实况相符合，经带通滤波后次天气尺度（波长５００～１５００ｋｍ）表现更加明显，而这种次天气尺度波动正是夏季影响我区暴雨主要天气系统。     

东北冷涡过程中的飑线分析

利用哈尔滨站的飑线资料和常规高空、地面观测资料,对冷涡过程中的飑线从天气尺度环流背景、大尺度动力条件和中尺度天气系统等几个方面进行了分析。结果指出：①飑线发生在冷涡发展较强阶段,②飑线发生在冷涡浊温压场结构不对称性较强的锋区上,③层结不稳定、低层水汽输送与辐合、强烈的上升运动等是必要的天气尺度条件,④地面上有明显的中尺度系统,⑤飑线发生时天气尺度动能明显向中尺度系统转换。     

区域地面天气图上华北飑线的特征及其临近预报

应用1970—1980年常规资料及逐时区域加密的观测资料,分析了百余次飑线过程,并对发展完整的十个飑线过程做了逐时诊断分析。分析了华北飑线的中尺度气候特征和不同天气型的环境条件;给出了飑线各发展阶段的地面中尺度概念模型;还讨论了应用逐时地面加密资料制做飑线临近预报的基本思路。     

地面资料同化的飑线数值模拟及中尺度特征分析

为了揭示飑线的中尺度精细结构特征,针对2006年6月25日发生在河套地区的一次飑线天气过程,在分析其过程天气背景的基础上,使用WRF模式和三维变分资料同化技术,对此次飑线过程中的地面常规观测和自动气象站加密观测资料进行了同化试验.结果表明:同化地面观测资料可以有效地提高模式对飑线这样的强对流天气系统模拟效果,输出的高分辨率模式资料可以更加精细地刻画出中纬度飑线中尺度结构特征.     

广东一次强飑线的地面中尺度结构特征分析

利用广东省2 400余个地面自动气象站的观测资料及广州雷达站的多普勒雷达资料对2016年4月13日广东一次强飑线过程的地面中尺度特征和雷达特征进行了分析,结果表明:(1)飑线在发展旺盛时,沿着飑线方向略落后于飑线处有3个强辐合中心,强中心位于飑线凸起处;辐散区落后于飑线,大风区位于辐散中心前侧梯度最大处。大风区造成的气旋式涡度中心略落后于辐合中心。(2)飑线在地面表现为一条中尺度θ_se锋区。(3)飑线强盛阶段的地面中尺度场上可看到扰动高压处于辐合线顶点后侧偏右区域,扰动高压大小与阵风大小有一定正比关系。扰动低压超前于辐合中心,能作为飑线发展和大风是否出现的判断依据。(4)在飑线的弓形回波阶段的顶点处存在下击暴流,顶点后侧的弱回波通道表明伴有后侧入流急流RIJ,RIJ对弓形回波的形成、地面大风和飑线的维持和快速移动具有重要的作用。     

“090603”强飑线过程动力结构特征的观测与模拟分析

利用各种观测资料和数值模拟结果,分析了2009年6月3-4日黄淮地区一次罕见强飑线过程的中尺度动力结构演变特征和发展机理.结果表明,在稳定的东北冷涡环境下,冷涡后部与短波扰动相伴的冷平流叠加于对流层低层暖脊之上,为飑线的发生构建了有利的大气不稳定层结;飑线的发生、发展与地面中尺度辐合线密切相关,两者相互依存、促进;飑线的移动对应着对流层低层水平涡管的传播.在传播过程中,水平涡管的倾斜会使垂直涡度向水平涡度转化,促进飑线的发展;在飑线发展的不同阶段,动力结构有显著的差异,发展成熟阶段的飑线结构具有较强的组织性,而当其减弱、消散时,动力结构逐渐松散,各因子间不再有密切的配合,其特定的对流组织作用就会不复存在.另外,在飑线的发展过程中,地面气压场呈明显的中尺度扰动特征,飑线后部产生的中尺度雷暴高压与风场的辐散中心相伴是地面大风形成的主要原因之一.     

华东飑线过程中的地面中尺度物理特征

本文利用华东中尺度天气试验资料和雷达回波,分析了9例强飑线过程中逐时地面物理量场的变化。提出中尺度散度场的配置及变化与中尺度强对流天气有十分密切的关系,而中尺度扰动辐合强度演变与锋前暖区内的中尺度扰动风场汇合线有关,这些关系往往能预示中尺度强对流天气的出现和发展。有时,在飑线发展的过程中具有中尺度重力波特征。     

山西秋季一次飑线过程的云图特征及维持机制

利用Himawari-8卫星红外、水汽云图和FY-2E卫星可见光云图资料,以及多普勒天气雷达拼图和常规气象站、自动气象站、高空观测资料,对2017年9月21日发生在山西境内的一次飑线天气过程进行云图特征及维持机制分析。结果表明:(1)蒙古冷涡是本次飑线过程的大尺度天气影响系统,地面冷锋东移至不稳定潜势区触发了飑线云系的生成;高低空系统配置结构的转变及地面中尺度高压外流冷空气与环境风场形成的中尺度气旋和辐合线,是飑线发展和维持的机制;对流云团在地面冷锋与850 hPa切变线之间合并发展,地面中尺度高压与低压的发展促使气压梯度增大,导致飑线增强,是飑线过境时地面大风形成的原因。(2)初生阶段,飑线形成于云顶亮温低值区后侧梯度大值区、云顶纹理粗糙区、干湿边界偏湿区一侧,冷云盖略超前于飑线;发展阶段,飑线回波在云顶亮温低值区加强,并沿着亮温低值中心移动的方向移动;成熟阶段,飑线雷达回波与云顶亮温低值区重合。(3)弧状云线、上冲云顶和对流云带一侧的暗影是对流云团加强发展的前期征兆。     

华南飑线升尺度增长过程中的多尺度能量相互作用分析

采用WRF模式对华南飑线的升尺度增长过程进行模拟,利用Barnes滤波将模式数据分解为三个尺度,分别代入相应的能量方程中进行计算,从能量角度研究飑线升尺度增长过程中动能和位能的变化,以及三个尺度系统能量的相互转化。研究表明:动能的变化与飑线过程中各尺度系统的演变有较好的对应,β中小尺度对流的发展对应β中小尺度系统动能的变化,而在飑线升尺度增长过程中,α中尺度系统动能快速增长。在飑线发展过程中环境场通过位能向动能的转化使得β中小尺度对流快速发展加强,而β中尺度飑线的快速发展与合并加强导致了飑线的升尺度增长。在飑线的升尺度增长过程中,β中小尺度动能大量转化为α中尺度动能使得α中尺度飑线迅速增强,而环境场对飑线升尺度增长过程的直接影响较小。      

一次华北飑线的阵风锋天气过程分析

利用常规气象观测资料、加密自动站观测资料和雷达探测等资料,对2013年8月4日晚上华北一次飑线的阵风锋引发的雷暴、大风等强对流天气的特征和成因进行了分析,结果表明:地面冷锋与前倾槽的配置构成了有利的大尺度环流背景,地面中尺度高压外流冷空气与环境风场形成的中尺度辐合线,使得对流活动加剧,促使新的雷暴生成或加强。飑线成熟阶段具有明显的波动特征,并向右向发展。阵风锋首先产生于飑线的强雷暴群前,并随着飑线的增强而增强;阵风锋的维持主要依靠风暴持续的下沉气流,下沉气流减弱后阵风锋会随之减弱。飑线及阵风锋过境时均伴有气象要素的剧烈变化,在系统发展强盛时,阵风锋过境气象要素的变化幅度大于飑线的变化,其余时段则偏弱。飑线减弱以后,阵风锋还会维持一段时间,这需要加强系统的监测。     

河北唐山一次飑线过程的中尺度天气分析

利用常规观测资料、自动气象站资料及雷达资料,对2013年8月4日影响唐山的一次飑线过程进行了中尺度分析。结果表明:500 hPa高空槽是产生这次飑线的主要影响系统,地面中尺度辐合线是这次过程的触发机制;对流层中层干冷空气入侵与低层暖湿气流的辐合增强了大气层结的不稳定;低层辐合、高层辐散进一步加强了垂直运动的发展;中低层垂直风切变则有利于飑线的发展、加强和维持。雷达回波图上可识别出中低空的中尺度辐合线、弓形回波、逆风区等中小尺度结构特征,对于此类强对流性天气的预报具有实际指示意义。     

The Effects of Strong Ageostrophic Outflows on the Formation of Surface Mesoscale Pressure Systems in Squall Lines

Based on the previous study of the streamline field triggered by singularities in a two-dimensional potential flow,the wind ficld caused by vorticity lines in an incompressible flow is deduced in this paper.The result shows an elliptic cyclonic(anticyclonic)circulation in association with a positive(negative)vorticity line.By use of the shallow-water model,the flow fields are simulated in a weak wind background under the influence of mesoscale vorticity lines.In the case of two vorticity line,one positive and the other negative,a mesoscale vortex couplet forms in the flow.When three vorticity lines are considered,three mesoscale circulations develop,and a mesohigh and two mesolows similar to the thunderstorm high,wake low and pre-squall mesolow of a mature squall line are produced.Theoretical analysis and numerical simulations show that the formation of the surface mesoscale pressure systems in squall lines may be partly attributed to the dynamical effects of the ageostrophic outflows.The strong downdrafts under the thundercloud base of the squall line lead to surface ageostrophic outflows,and produce positive-negative-positive arranged vcrtical vorticity bands(VBs)along the direction normal to the squall line,then the mesoscale circulations develop and mesoscale pressure systems form or strengthen during the geostrophic adjustment.By use of the scale separation method,this dynamic mechanism is confirmed by a case study of a severe storm passing over eastern China on 17 June 1974.     

江淮地区暖区飑线中尺度观测研究

本文依据地面、高空常规资料,华东中尺度天气试验加密资料,地面温、压、湿、风、降水自记及卫星、雷达资料,对1983年4月27日晚至28日晨的江淮地区暖区飑线进行分析,揭示了飑线的一些有意思的特征。分析表明,飑线经大别山东侧自西向东传播,接近低空西南风急流轴时,对流强度发生变化;飑线过境有短时增温、伴有降性阵水特征;飑线的地面气压由β尺度的飑前中低压、飑后中高压及紧随其后的对称中低压组成。由空间结构分析看到飑前有自近地层开始的暖湿入流,飑后有来自对流层中高层的下沉气流等特征。将其和热带及美国的中纬度飑线比较发现,这次暖区飑线的气压场、温度场、风场及天气分布与经典飑线有差异,与热带及美国中纬度飑线也有区别,我们认为这是副热带地区暖区飑线的特点。     

华东地区一次飑线过程的数值模拟与诊断分析

本文利用ARPS(Advanced Regional Prediction System)同化多部多普勒雷达观测资料和常规地面探空观测资料,对2009年8月17日发生在我国华东地区的一次飑线过程进行高分辨率数值模拟;利用模拟输出资料,分析该飑线过程的动力和热力特征和对流线单体后向新生的环境条件。研究结果表明:(1)在飑线系统初生阶段,从飑线后部(北方)的团状对流系统的低层MCV(mesoscale convective vortex)中南下的冷空气与西南暖湿气流相遇激发强对流,促进飑线发展;随着飑线系统的发展和南移,团状强对流系统的低层MCV的气旋性环流对飑线的影响逐渐减弱,而飑线本身产生的低层冷池向外辐散的冷空气与环境场西南暖湿气流辐合成为飑线持续发展的主要动力。(2)本次飑线系统属于典型的后向新生型飑线,由4条处于不同发展阶段的对流线合并而成,对流线上对流单体的后向新生是动力和热力过程共同作用的结果,既需要一定的对流抑制能量促进对流有效位能的累积,也需要一定的环境风场垂直切变、低层风场的辐合和水平涡管向垂直涡度的转化。     

浙江沿海中尺度辐合线对飑线发展影响的数值试验

利用Weather Research and Forecasting (WRF) 中尺度数值模式, 结合常规观测资料、地面加密自动气象站资料、云迹风等资料较好地模拟了2006年6月10日严重影响浙江的一次强飑线演变过程, 得到了与实况比较接近的飑线中尺度特征, 结果表明: 强对流活动与边界层内的中尺度辐合有密切联系, 除了雷暴出流在其前沿形成的阵风锋外, 还模拟得到了宁波东部地区的中尺度气流辐合线 (简称宁东辐合线); 宁东辐合线呈现出明显的西干东湿、东侧上湿下干和弱的稳定层结特征, 其存在阻挡了边界层顶强不稳定的东传; 在宁东辐合线东侧的山谷地带, 近地面形成一个尺度仅为10～20 km的中尺度垂直闭合环流, 该环流导致地面弱的东风气流又反过来加强了宁东辐合线。当之前已存在的雷暴出流形成的阵风锋辐合线与宁东局地辐合线相遇时, 形成一条新的阵风锋, 边界层之上的湿度显著增强, 强不稳定得到逐步释放, 加剧了对流的爆发, 天气现象进一步加重。     

飑线的研究进展

飑线是一种线状的中尺度对流系统,发生时破坏力大,可以产生严重的经济损失和人员伤亡。在我国,几乎每年都会出现由飑线引起的巨大损失。近年来,国内外对飑线的研究不断发展,无论是从大尺度环流背景、形成机制、组织形式、内部结构还是维持机制都有了较为深入的研究。深入研究飑线的形成过程,对于预报和灾害预警、防护,都具有很重要的意义。     

Simulations of the 14 July 1987 squall line using a fully compressible model

Abstract

Numerical simulations of the severe squall line of 14 July 1987 are discussed within the context of semi‐Lagrangian and semi‐implicit integrations. The fully compressible non‐hydrostatic Euler set of equations constitutes the basic dynamical framework of the numerical model. With elementary precipitation physics and with a generalized treatment of lateral boundary conditions, nested integrations simulate the observed structure of the squall line. The numerical solution and observations show a well organized precipitation system including a mesoscale fast‐propagating prefrontal squall line and a slow‐propagating system moving with the synoptic wave. The prefrontal squall line is seen to be a manifestation of the organization of an inertia‐gravity wave and has characteristics of a wave‐CISK mechanism. Owing to the interaction between the upper jet stream dynamics and moisture, the prefrontal perturbation is initiated locally and subsequently irradiates away from its point source. The high computational efficiency and the accuracy of the model emphasize its potential and demonstrate its value as an interesting tool for mesoscale modelling.     

Moisture Analysis of a Squall Line Case Based on Precipitable Water Vapor Data from a Ground-Based GPS Network in the Yangtze River Delta

A squall line swept eastward across the area of the Yangtze River Delta and produced gusty winds and heavy rain from the afternoon to the evening of 24 August 2002. In this papers the roles of moisture in the genesis and development of the squall line were studied. Based on the precipitable water vapor （PWV） data from a ground-based GPS network over the Yangtze River Delta in China, plus data from a Pennsylvania State University/National Atmospheric Center （PSU/NCAR） mesoscale model （MM5） simulation, initialized by three-dimensional variational （3D-VAR） assimilation of the PWV data, some interesting features are revealed. During the 12 hours prior to the squall line arriving in the Shanghai area, a significant increase in PWV indicates a favorable moist environment for a squall line to develop. The vertical profile of the moisture illustrates that it mainly increased in the middle levels of the troposphere, and not at the surface. Temporal variation in PWV is a better precursor for squall line development than other surface meteorological parameters. The characteristics of the horizontal distribution of PWV not only indicated a favorable moist environment, but also evolved a cyclonic wind field for a squall line genesis and development. The ＂＋2 mm＂ contours of the three-hourly PWV variation can be used successfully to predict the location of the squall line two hours later.