暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断研究

本文总结了近年来我们在暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断研究领域的主要成果。从广义位涡理论、梅雨锋及变形锋生、暴雨中尺度系统的不稳定性、有限区域风场分解技术对暴雨中尺度系统的识别、中尺度波流相互作用理论以及数值模拟研究等方面进行了分类概括。对暴雨中尺度系统数值模拟与动力诊断的研究回顾表明,雷达资料同化进入模式有效地改进了对中尺度系统发生、发展的模拟结果;一些新的物理量,如非均匀饱和位涡、对流涡度矢量、变形场锋生以及有限区域风场分解方法等在暴雨中尺度系统及热带对流发展诊断分析中得到了广泛应用。同时,波流相互作用理论也被应用到了中尺度系统发展的动力分析研究中。     

2000年以来我国长江中游区域暴雨研究进展

长江中游地区是暴雨多发区和重灾区,深入认识该区域暴雨形成的中、小尺度天气系统、分析暴雨发生机理与发展暴雨、洪水预报技术,对于我国防洪减灾具有重要意义。针对长江中游区域暴雨从观测到资料分析、机理研究,再到数值预报与水文应用研究,重点从暴雨外场观测试验及资料反演和中尺度资料融合技术、长江中游暴雨MCS(中尺度对流系统)观测分析和理论研究、中尺度暴雨数值模式研究和长江中游水文气象耦合的暴雨洪水预报系统四个方面介绍了2000年以来我国科研业务单位的主要研究进展,并对制约长江中游区域暴雨研究深入与预报水平提高的主要问题进行了简要讨论,对未来的研究趋势进行了展望。     

“94.7”华南特大洪涝灾害的中尺度暴雨分析

对造成“94．7”华南特大洪涝灾害的暴雨过程的一些中尺度系统、中尺度雨团的活动、中尺度暴雨云团的发生发展进行分析，利用非平衡强迫的诊断结果对此次暴雨天气的成因及落区作了初步的研究，揭示了大气的非平衡动力强迫在这次中尺度暴雨降水过程中的作用。     

9307黄河“三花间”暴雨过程分析

揭示了1993年7月12～13日黄河“三花间”区暴雨的主要成因．对卫星云图和地面中尺度系统进行了分析研究，提出了暴雨的产生与中尺度系统的关系，展示了暴雨业务试验资料与常规气象资料相结合在中尺度天气分析和预报中的潜力。     

卫星资料变分分析"98·7"武汉-黄石地区特大暴雨中尺度锋面对流特征

采用卫星TOVS反演资料变分-滤波处理技术对1998年7月20～23日武汉-黄石特大暴雨成因进行了诊断分析,研究结果揭示了武汉-黄石特大暴雨过程呈类似中尺度对流复合体(Mesoscale Convective Complex,简称MCC)的中尺度锋面对流系统特征,提出了"98@7"特大暴雨过程存在显著的对流系统的复合偶极子特征,中尺度急流核的垂直复合体结构,中尺度锋面"湿舌"异常特征以及大尺度梅雨系统中的中尺度锋面的"冷楔"以及高层"暖盖"结构,上述综合特征描述了"98@7"特大暴雨过程类似MCC系统的三维中尺度锋面结构物理图像.采用卫星资料变分-滤波处理方案提出大尺度梅雨系统中突发性特大暴雨的中尺度物理模型,其诊断分析及研究结论对"98@7"异常特大暴雨的成因及其形成机理提供了新的研究思路.     

“94.7”华南特大洪涝灾害的中尺度暴雨分析

对造成“９４．７”华南特大洪涝灾害的暴雨过程的一些中尺度系统，中尺度雨团的活动、中尺度暴雨云团的发生发展进行分析，利用非平衡强迫的诊断结果对此暴雨天气的成因及落区作了初步的研究，揭示了大气的非平衡动力强迫在这次中尺度暴雨降水过程中的作用。     

梅雨锋暴雨中尺度对流系统研究若干进展

梅雨锋暴雨中尺度对流系统是暴雨的直接影响系统,对其结构特征、活动规律及其发生发展的物理机制的深入研究,对提高梅雨锋暴雨的预报能力有重大意义。近年来对梅雨锋暴雨中尺度对流系统的研究取得了很大进展,文章对梅雨锋暴雨中尺度对流系统研究的若干进展作了简要综述,包括梅雨锋暴雨云系多尺度结构、梅雨锋暴雨的β和γ中尺度系统发生发展的环境条件和结构、云微物理分布和转化特征及其对热力动力过程反馈等方面,并对有关问题进行讨论。     

华南暴雨试验研究进展

‘”海峡两岸及邻近地区暴雨试验研究”已于1997年8月批准立项为国家”九五”攀登计划专项,其研究目标是通过外场试验获取暴雨发生发展全过程的中尺度观测资料,应用天气动力学理论。物理量的诊断分析、资料同化。以及中尺度数值模拟。研究华南暴雨发生发展的机制和规律以及中尺度预报理论和方法‘具体设置7个研究课题：（1）暴雨综合观测试验问）雷达、卫星等遥感资料的分析与应用问）暴雨综合观测试验资料库（4）资料集成和中尺度论断分析预报（5）非静力暴雨中尺度数值模式与变分同化（6）中尺度对流系统天气动力学研究门）台风系统中尺…     

陕西突发性暴雨监测预警系统研究

以1970—2002年发生在陕西的突发性暴雨为研究对象,综合使用现有探测手段和加密监测信息,采用天气学分析、中尺度分析、动力学诊断、数值模拟等方法,揭示出突发性暴雨许多新观测事实;对突发性暴雨的气候与降水分布特征,环流背景场、高低空流场、能量场、温湿场和动力场特征,高空与地面的中尺度系统的空间结构,中尺度对流云团等特征及其演变,有了相对系统的认识,并以此为基础系统研究了突发性暴雨的生成规律和演变机理,建立了突发性暴雨监测预警业务平台。     

一次典型梅雨锋暴雨过程的多尺度结构特征

利用多种类型资料,对2009年6月29—30日引发鄂皖境内梅雨锋特大暴雨过程的天气形势和中尺度对流系统（MCSs）进行了初步分析,揭示了梅雨锋暴雨系统的多尺度结构特征,并用中尺度模式WRF对梅雨锋暴雨系统进行了9km三重双向嵌套大区域精细模拟,再采用Morlet小波变换对模式输出进行空间带通滤波,分离出α、β和γ中尺度系统,对不同中尺度系统的热力动力三维空间结构特征进行了研究。结果表明：梅雨锋特大暴雨由梅雨锋上多个不同尺度的MCSs活动造成,这些不同尺度的MCSs在卫星云图和雷达回波上呈现出不同的特点。在α、β和γ中尺度上,梅雨锋暴雨中尺度系统在水平和垂直方向上的动力、热力结构特征存在着明显的差异,α、β中尺度系统具有明显的垂直环流,而γ中尺度系统则具有惯性重力波特征,往往嵌套在α、β中尺度系统内发生发展。最后,提出了典型梅雨锋暴雨系统的物理概念模型。     

衰亡台风气旋外围突发大暴雨的中尺度研究

本文通过对一次深入内陆已趋于衰亡的台风气旋外围所突发的暴雨和特大暴雨的中尺度分析,详细研究了中尺度系统发生发展的物理过程。     

国家973“南方致洪暴雨”项目组建跨课题的中尺度强对流天气系统综合分析研究组

国家973“我国南方致洪暴雨监测与预测的理论和方法研究”页目（简称“南方致洪暴雨”项目）实施1年以来，在中尺度暴雨系统的研究与典型暴雨过程的分析上做了大量的工作。为了整合研究力量，加强研究积累，提高中尺度暴雨的机理和结构分析研究水平；同时为了配合2007年实施的我国南方暴雨野外科学试验的资料分析研究工作，项目组建了中尺度强对流天气系统综合分析研究组，研究组由项目首席科学家张人禾研究员、倪允琪教授、张大林教授、谈哲敏教授和张庆红博士、孙建华博士、张福清博士共30余人组成，我国著名科学家陶诗言院士任科学顾问。     

一次台风暴雨过程的数值模拟和中尺度分析

利用改进的有限区域数值预报模式（AREM）,对“艾利”台风在福建省登陆所造成的特大暴雨过程进行了数值模拟;采用空间带通滤波技术,对模拟结果进行尺度分离,揭示出对此次暴雨天气过程有直接影响的中尺度系统,即中尺度低压和中尺度辐合线;对这些中尺度系统的物理量场特征和它们与强降水的关系进行了分析研究。结果表明：强降水与中尺度系统的散度场有较好的对应关系,中尺度系统与地形相互作用形成很强的辐合抬升作用是造成中尺度暴雨的直接原因。     

江淮以南地区暴雨和强降水的中尺度天气动力学研究进展

经过新中国成立以来多次中尺度天气试验研究,江淮以南地区暴雨和强降水的中尺度天气动力学研究取得长足进展。其进展主要体现在两个方面:一是用较高分辨率的观测资料(包括地面和高空探测的加密观测以及卫星和雷达的观测)对形成暴雨和强降水的中尺度天气系统的结构特征和生命史过程建立了天气学概念模型,特别是对暴雨和强降水有重要影响的α中尺度和β中尺度对流系统,建立了观测个例的中尺度物理模型;二是探索了暴雨和强降水的动力学和热力学的物理机制,为精细化数值模式的设计提供了理论支撑,为灾害性天气预测预警提供了技术支持。本文在以往暴雨和强降水研究的基础上,着重对暴雨和强降水的中尺度天气科学试验、江淮以南地区暴雨和强降水发生主要区域的中尺度天气动力学研究进行了概述。     

暴雨和中尺度气象学问题

对近年来暴雨和中尺度气象学的进展进行了综合评述，这包括（１）暴雨发生的条件；（２）强风暴和中尺度对流系统概念模式；（３）中尺度系统的数值模拟；（４）中尺度动力学问题；（５）暴雨预报等。对于暴雨和中尺度气象学将来研究的问题也作了讨论。     

次天气尺度及中尺度暴雨系统研究进展

回顾了75年来中国科学院大气物理研究所科研人员在次天气尺度及中尺度暴雨系统领域的研究工作,这些领域主要包括暴雨、中尺度低空急流、低涡、梅雨锋结构及梅雨锋生、对称不稳定和涡层不稳定以及暴雨等灾害天气的天气动力学及数值模拟研究等;总结了在次天气尺度及中尺度暴雨系统研究的不同时期所取得的成就以及这些成就在防止和减轻中尺度暴雨灾害方面所起到的重要作用.     

不同源区雷达回波的汇合与暴雨的形成

一、引言 暴雨是一种中尺度天气现象。关于暴雨形成的大尺度背景条件以及中尺度系统的天气学特征,有过许多分析研究。至于暴雨的触发机制,一些理论研究主要分析了不同条件下重力波对暴雨的触发作用。李麦村根据大尺度天气系统发展时的非地转平衡能激发重力波,指出其在条件不稳定大气中传播时,可以是发动暴雨的一种机制。最近又根据两     

江淮锋面暴雨中尺度降水概念模式及短时预报

本文应用雨量自记资料,采用时空转换的分析方法,探讨了江淮锋面暴雨内中尺度降水的结构。根据中尺度降水系统与锋面的相对位置综合得出锋面暴雨中尺度降水的概念模式。通过地面逐时流场分析,揭示中尺度天气系统与中尺度降水系统之间的关系,为暴雨的短时预报提供了依据。     

单多普勒天气雷达在暴雨临近预报中的应用

利用3824－C单多普勒天气雷达资料，分析了暴雨过程中的中尺度系统：低空急流、暖平流、暖切变、冷切变、逆风区的雷达回波特征；通过对它们的识别及与降水特征、暴雨落区的比较研究，表明这些中尺度系统在暴雨的临近预报中都有明确的指示意义。     

云南冷锋切变型暴雨的中尺度特征分析

利用T106数值预报产品资料，通过中尺度滤波方法，提取云南冷锋切变型暴雨过程中的中尺度降水系统，对其有关物理量的特征及演变进行了分析。研究发现，通过中尺度滤波方法，可以从常规的数值预报产品资料中有效分离出直接导致暴雨的中尺度天气系统，通过对这些中尺度系统的分析及追踪，可以为暴雨预报提供更为客观的预报依据；水汽的强辐合时段与暴雨降落时段有较好的对应关系，暴雨落区比水汽的强辐合区域要稍偏向于水汽输送的下游方向；在该型暴雨的发生过程中，北部冷平流具有十分重要的作用，但南部暖平流的作用也不可忽视。