预测暴雨及冰雹的积云模式的数值试验初步方案

本文对文献[1]中的积云数值模式增加了冰雹发生项。在DJS——6机上调试后,将江淮地区暖半年内降雹和暴雨各4次过程发生日的探空等资料分别输入该云模式,在其他条件完全相同情况下进行数值试验,取得了与实况相近的降雹或暴雨的模拟结果。证明本模式对降雹过程、暴雨过程有较好的分辨能力,且模式云的宏、微观结构及其演变特征与自然云亦基本相似。因此,用本模式估算和分析江淮地区暖半年强降水是可行的。     

云降水物理与人工影响天气研究进展

2011年,云降水物理与人工影响天气研究主要在暖云数值模式研制及模拟、云物理过程对降水影响、冰雹物理过程、效果检验、南方冻雨的微物理过程以及华北气溶胶特征等方面取得如下研究成果。     

不同云底温度雹云成雹机制及其引晶催化的数值研究

用二维准弹性冰雹云模式模拟了中国不同地区的冰雹云的成雹机制和人工引晶催化的效果,结果表明：强对流云中自然初始降水元的形成主要同云雨自动转化相关;云底温度较低的冰雹云的雹胚形成以云霰转化过程为主,暖云底的雹云则以雨霰转化为主。人工引晶的作用有三：（１）加强云中冰霰转化过程,雹胚过多争食防雹;（２）促进雨霰转化过程,使雹胚浓度增加,并且减少过冷雨滴,抑制冰雹碰冻过冷雨滴的增长;（３）使云的下部霰量增加,降低降水粒子的增长轨迹,阻碍霰雹的增长。多次催化有时比一次大剂量催化的防雹增雨效果好。     

一次冰雹过程人工催化的数值模拟试验

利用二维雹云模拟济南地区１９９６年７月２４日出现的一次冰雹过程，模拟结果表明对雹云２６个主要微物理过程双参数化较细致地描述对流过程的热，动力反馈和微物理特点２。根据计算结果，对该次冰雹过程进行了ＡｇＩ催化试验，结果得出在云发展初期对暖底雹云实施高浓度的冰晶催化，可起到减少地面冰雹和增加地面降水的作用。     

积云形成暖雨的条件

本文用积云暖雨模式,计算了不同云底温度、升速和微结构特征条件下,积云通过暖雨过程形成降雨所需要的云厚。计算结果同我国江西九江及世界不同地区的积云降水云厚实测资料相比相当一致。世界上一些有资料地区积云降水云厚的差别很大,按本文计算结果,升速往往起着主要的作用,其次是微结构特征和云底温度。文中用在九江观测到的积云升速和降水资料,得出了云作升速和积云降水云厚的关系,同本文计算结果大致符合。     

浙江中部地区初夏两次暴雨天气过程对比分析

文中利用NCEP再分析资料、FY-2E红外云图TBB资料和加密观测资料,对浙江中部地区2018年5月7—8日（简称“5.7”暴雨）、5月18—19日（简称“5.18”暴雨）两次暴雨天气过程进行对比分析,研究暴雨发生发展的环流特征与中尺度条件差异。结果表明：地面辐合线加强触发暖区暴雨发生,且地面辐合线的强度、移向与新生单体的发展密切相关,强回波在地面辐合线附近合并加强形成“列车效应”。金衢盆地内地形辐合与阻挡产生强迫上升运动对MCS的发展起到促进和加强作用。“5.7”暴雨对流发展高度较低,暖云层深厚,降水回波在暴雨区稳定维持,属于积状和层状云混合降水;“5.18”暴雨对流云发展旺盛、具有混合相层与暖云层剖面结构,属于积状云为主的混合降水。“5.7”暴雨属冷锋前部型暴雨,“5.18”暴雨为暖切变型暖区暴雨。暖区暴雨预报可着眼于浙中地区低空急流发展,中层的干侵入和地面辐合线的加强维持作用。     

冻滴、霰微物理观测及其分析

冻滴、霰是两种微物理结构不同的粒状固态降水物。它们在积状云,层状云降水中起着重要作用。根据国内外云物理研究者应用冰雹切片方法取得的结果表明,冻滴、霰是构成多层次冰雹的胚胎。冻滴、霰也常是发展强大的对流云和系统的层状云降水过程中经常观测到的降水粒子。因而研究它们的微物理结构,对于探讨降水元,冰雹成因     

一次低涡暴雨过程的诊断分析

利用FNL再分析资料和中尺度数值模式输出的高分辨率资料,分析了2016年6月30日～7月1日发生在重庆的一次低涡暴雨过程的环流背景、水汽输送特征和收支状况、云物理降水机制。结果表明:受500hPa短波槽和700hPa低涡共同影响,以及孟加拉湾和南海的暖湿气流持续输送,为此次低涡暴雨的发生、发展提供了有利的条件;南边界的水汽输入通量对整个暴雨过程中水汽的贡献最大,东边界次之。另外,降水发展不同区域不同时段,云物理降水机制都存在显著差异。渝西降水前期和后期,均为混合相降水;渝东北降水前期云系以冷云为主,后期以暖云降水为主。      

南京"03.7"大暴雨中云物理过程的数值模拟研究

利用三维全弹性、双参数化对流云模式和南京站探空资料,对南京“03．7”特大暴雨过程进行了数值模拟研究,着重分析产生这次大暴雨的云物理机制。模拟结果表明,此次暴雨属于积雨云降水,其中云雨碰并是最主要的成雨过程,贡献率达到74％,其次是霰／雹融化,占22％,说明此次降水以暖雨过程为主。通过暖雨过程对比试验表明,虽然冰相过程对雨水的贡献较小,但加入冰相过程能使模拟结果更接近云的实际情况。     

层状暖云降雨及其催化的数值模拟

本文提出层状暖云降水的一维时变模式,用数值试验方法探讨了层状暖云降水的临界条件,各种物理参量对降水过程的作用以及播撒盐粉的增雨效果和最佳催化技术。     

平凉冰雹云回波特征分析

用大量实测冰雹云过程回波资料,根据地面降雹大小和灾情统计资料,分析了200多例不同冰雹云的回波顶高、回波面积随反射率Ze变化的回波特征参量和各高度层反射率强度分布结构模型。表明在不同的冰雹云过程中,Ze≥30dBz的回波特征参量有明显差别,用这些强回波特征参量对认识强对流云的演变过程和识别冰雹有较大优势。     

青藏高原东北侧冰雹微物理过程模拟研究

以青藏高原东北侧及毗邻地区诱发冰雹灾害的东移短小切变线天气过程为研究背景,采用中国科学院大气物理研究所三维冰雹云分档模式,用MM5V3中尺度气象模式提供冰雹云模拟研究所需的环境大气状况,模拟研究了冰雹形成和增长的微物理过程。结果表明：模式再现了当时冰雹、大风及暴雨的实况;中尺度水分和动力条件是冰雹形成和增长的重要因素,它们决定了冰雹云的强度和冰雹的大小;冰雹形成和增长过程中的微物理过程决定了冰雹云的消亡,冰雹在空中形成的潜热释放延长了降雹的时间;云中冰雹发生、增长的主要区域和云内上升气流配合良好,是防雹消雹的主要范围。     

TRMM卫星对一次冰雹降水过程的观测分析研究

利用TRMM卫星上时空匹配较好的测雨雷达(PR)、微波成像仪(TMI)、可见光和红外扫描仪(VIRS)观测资料,研究了1999年5月9日发生在黄淮地区的一次冰雹降水过程。根据卫星接连3个轨道的观测,综合分析了此次强对流降水过程在不同阶段的降水结构、云顶亮温和降雨厚度以及相应的微波亮温变化特征。观测分析表明,此次降水过程由对流很强的冰雹降水逐渐演变到对流渐弱的暴雨降水。冰雹降水阶段,云中有多个强对流单体,云体中高层有大量的固态降水粒子,使得中高层降水量在降水柱含量中贡献远大于融化层降水量的贡献;暴雨降水阶段,若干对流单体被大面积的层云降水包围,降水高度逐渐降低,云体中高层降水量明显减少,融化层降水量对柱含量的贡献明显增加。降水率廓线中不同高度的降水量对降水柱含量贡献的比较表明:中高层降水量占的比例越大,降雨云对流越强,反之,融化层降水量占的比例越大,降雨云越趋向为稳定的层云。微波亮温信号在不同降雨阶段随雨强的响应程度大不相同,这表明在反演地面降雨时,最好结合降雨云的结构特征及其发展阶段,针对不同降雨类型选取最为有效的微波通道组合来建立最佳反演模式。     

北京“7.21”特大暴雨云降水结构及云雨转化特征

利用多普勒雷达资料、FY-2E静止卫星和MODIS极轨卫星反演产品,研究2012年7月21日北京特大暴雨的云降水结构及云雨转化特征。结果表明:降水过程三阶段的云降水垂直结构不同。1)在暖区对流降水阶段,降水以暖雨机制启动,雨滴在暖区存在深厚的碰并增长过程,暖雨过程对降水起主要贡献。随着云体的发展,冷雨过程加剧。T-Re分析表明,-10℃层以下云滴凝结碰并显著,-10℃层以上为深厚的冰相增长带,云顶以冰相大粒子为主,云水向雨水转化迅速。2)在锋面对流降水阶段,降水系统为高度组织化的"低质心"强降水液态MCC(Mesoscale Convective Complex)系统。回波强度在冰水混合层增长较快,冻结层是此阶段成雨微物理的关键层。降水粒子在暖云区碰并增长较快,而蒸发或破碎过程并不显著。3)在锋后降水阶段,0℃层附近冰晶粒子与云水的碰并增长较为明显。前期降水存在明显的雨滴蒸发过程。随着云体的发展,暖区云水含量较少,降水粒子不能有效碰并增长。     

贵州初夏两次暖区暴雨的对比分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°格点再分析资料和FY 2D卫星红外云图云顶亮温TBB资料,对贵州2008年5月25—26日(简称08.05)和2010年6月28—29日(简称10.06)初夏两次暖区暴雨天气过程进行对比分析,探讨两次暴雨发生发展的天气学条件差异。结果表明：暖区暴雨形成时,地面均为热低压控制,地面辐合线加强触发暖区暴雨发生;850 hPa低空急流明显加强,暴雨区位于低空急流左前侧。所不同的是：两次暴雨过程中高层影响天气系统不同,08.05暴雨中层影响系统为高原槽,10.06暴雨中层影响系统为两高切变低涡,高层为南亚高压脊。08.05暴雨过程中,多个β中尺度对流单体独立发展逐渐合并为一个α中尺度对流系统,对流云发展旺盛、伸展高度较高、具有混合相层和暖云层剖面结构,属于积状云为主的混合降水。10.06暴雨,经历了两次β中尺度对流系统的发展和减弱,对流云团呈东北—西南向的带状和椭圆状,对流发展高度较低,具有深厚的暖云层,回波在暴雨区持续时间较长,属于层状云和积状云混合降水。通过对两次暴雨触发机制讨论得出,贵州暖区暴雨预报应着眼于影响贵州的低空急流的建立和加强以及地面低压中辐合线的加强锋生。     

贵州初夏两次暖区暴雨的对比分析

利用常规气象观测资料、NCEP 1°×1°格点再分析资料和FY-2D卫星红外云图云顶亮温TBB资料,对贵州2008年5月25—26日(简称08.05)和2010年6月28—29日(简称10.06)初夏两次暖区暴雨天气过程进行对比分析,探讨两次暴雨发生发展的天气学条件差异。结果表明:暖区暴雨形成时,地面均为热低压控制,地面辐合线加强触发暖区暴雨发生;850 hPa低空急流明显加强,暴雨区位于低空急流左前侧。所不同的是:两次暴雨过程中高层影响天气系统不同,08.05暴雨中层影响系统为高原槽,10.06暴雨中层影响系统为两高切变低涡,高层为南亚高压脊。08.05暴雨过程中,多个β中尺度对流单体独立发展逐渐合并为一个α中尺度对流系统,对流云发展旺盛、伸展高度较高、具有混合相层和暖云层剖面结构,属于积状云为主的混合降水。10.06暴雨,经历了两次β中尺度对流系统的发展和减弱,对流云团呈东北—西南向的带状和椭圆状,对流发展高度较低,具有深厚的暖云层,回波在暴雨区持续时间较长,属于层状云和积状云混合降水。通过对两次暴雨触发机制讨论得出,贵州暖区暴雨预报应着眼于影响贵州的低空急流的建立和加强以及地面低压中辐合线的加强锋生。     

北京市"7·21"特大暴雨不同预报产品可预报性对比

利用ECMWF、NCEP全球预报产品和BJ-RUC区域预报产品,对比了不同模式对北京市"7·21"特大暴雨暖区降水、锋面降水的预报效果,同时利用WRF高分辨率中尺度模式同化常规观测资料和雷达资料,对此次过程进行数值模拟试验。结果表明:NCEP和ECMWF的全球集合预报产品都能预报出北京市"7·21"特大暴雨过程,但在暖区降水阶段和锋面降水阶段存在6 h左右的时间滞后,且降水量偏小;BJ-RUC区域模式预报出了整个强降水过程,且较好地预报了暖区降水,优于NCEP和ECMWF预报,但锋面降水较之实况锋面阶段降水偏南,预报的降水量小于实况。对于此次特大暴雨过程的模拟,暖区降水和锋面降水的预报要优于业务预报,且暖区降水接近实况降水,但整个锋面降水过程存在3 h的时间滞后。     

北京721特大暴雨极端性分析及思考（一）观测分析及思考

本文利用多种常规和非常规观测资料对北京2012年7月21日大暴雨过程的降水特点,引发特大暴雨的中尺度对流系统的环境场条件及其发生发展过程进行了全面的分析。观测分析发现：这次特大暴雨是一次极端性降水过程,具有持续时间长、雨量大、范围广的特点。降水过程由暖区降水和锋面降水组成。暖区降水开始时间早,强降水中心较为分散,持续时间长。锋面降水阶段,多个强降水中心相连,形成雨带,雨强大,降水效率高,持续时间较短。引发此次特大暴雨的中尺度对流系统的环境场条件分析发现：极端降水过程发生在高层辐散、中低层低涡切变和地面辐合线等高低空系统耦合的背景下。来源于热带和副热带的暖湿空气在暴雨区辐合,持续输送充沛的水汽,具有极高的整层可降水量、强低层水汽辐合等极端水汽条件。在充沛的水汽条件下,低涡切变、低空急流上的风速脉动、地面辐合线、地形作用等触发了强降水。随着锋面系统东移,在冷空气和适度的垂直风切变作用下对流系统组织化发展,产生较强的锋面降水。中尺度对流系统发生发展过程分析发现：降水过程首先以层状云降水和分散的对流性降水为主。随着干冷空气的侵入逐渐转化为高度组织化的对流性降水,多个中小尺度对流云团组织化发展并形成MCC,产生极端强降水。由于回波长轴方向、地形以及回波移动方向三者平行,此次过程的雷达回波具有明显的“列车效应”;并具有明显的后向传播特征和低质心的热带降水回波特点。通过此次罕见暴雨事件观测资料的综合分析,提出了需要进一步研究的问题：此次特大暴雨过程极端性降水特点及极端水汽条件的成因;北方地区暖区暴雨的形成机制;列车效应和后向传播的形成机制;对流单体的组织维持机制以及数值预报对暖区降水的模拟诊断能力等。     

华南暖区暴雨事件的筛选与分类研究

利用逐小时降水资料,采用客观方法对1982~2015年华南地区暖区暴雨进行了筛选和分类研究。主要结果如下:华南区域暖区暴雨事件共计177例,暖区暴雨占筛选的暴雨事件的16.86%,表明暖区暴雨是华南非常重要的降水过程。暖区暴雨主要出现在4~7月,6月份最多,平均持续11.58 h。暖区暴雨事件发生位置主要集中在广东、广西的沿海地区和粤北山区,有四个降雨中心。产生华南暖区暴雨的天气形势主要有四类,切变线型、低涡型、南风型和回流型,不同类型的暖区暴雨对华南地区的内陆和沿海的作用不同,且南风影响下的暖区暴雨发生频率较高,影响较大,是一类较为重要的暖区暴雨。     

暖性层积云中大云滴分布特征

新安江流域地处我国江南一带,6—7月份长江以南常出现暖性层状云系。对于暖云降水来讲,直径大于50微米的大云滴是云中产生降水的胚胎。因而探讨大云滴在云内的分布情况以及它和降水的关系,对了解暖云降水的物理过程是十分重要的。 1979—1980年6—7月份我们在新安江流域上空进行了飞机探测,用铝箔取样器(铝