同化常规资料对重庆地区一次大暴雨过程的数值模拟研究

利用常规观测资料以及小时观测降水量资料,对2014年8月31日—9月2日重庆地区一次大暴雨过程进行分析,在此基础上采用中尺度数值模式WRF及其三维变分同化系统WRF 3D-Var将常规探空观测资料同化进NECP/NCAR再分析资料产生初始场,对比分析同化与未同化常规探空资料的模式模拟的降水量分布特征及同化探空观测资料对模式模拟的中尺度系统结构特征的影响。结果表明,此次暴雨的发生是在对流层高层200 hPa南亚高压与高空急流造成的高层辐散、500 hPa大槽靠近以及副热带高压西移这种有利的大尺度环流背景下,对流层低层的西南低涡、切变线、低空急流在重庆地区发生发展的结果。对比分析模式的模拟结果,两次模拟都较好地再现了此次暴雨过程的大尺度环流特征,同化探空观测资料后模拟的降水落区分布及量级得到改善,对暴雨以上量级的降水改进尤为明显。模式初始时刻分析场的增量表明,与此次暴雨过程的形成发展密切相关的大尺度系统(南亚高压、副热带高压)、中尺度系统(低涡、急流)以及水汽输送在初始场同化常规探空资料后均得到了增强,这为对流系统的发展维持提供了更加有利的条件。降水最强时刻强降水区域的垂直结构分析显示,在同化探空观测资料后,模式模拟的散度、涡度、垂直速度以及大气热力结构的强度和高度较未同化探空资料的结果都得到了不同程度的增强,这表明同化探空观测资料改进了模式初始场的分布特征,进而对模式模拟的中尺度对流系统的结构产生重要影响。     

龙门山北段北川暴雨天气成因浅析

利用NECP FNL全球再分析资料和四川省区域自动站降水资料,选取北川羌族自治县2016～2019年8次典型暴雨天气过程,对暴雨过程的环流背景、水汽条件、动力条件、热力条件进行诊断分析,结果表明：（1）北川以地形暴雨为主,多夜雨,短时强降水特征显著。（2）暴雨环流形势以“东高西低”和“两高切变”型为主,低涡、短波槽和副热带高压相互作用,近地面川东及重庆南部常维持热低压,与西北路径经青藏高原入侵的冷空气交汇对峙。（3）对于全域性暴雨,850hPa低空急流多偏南,轴中心位于106°E,若以暖平流为主,则降雨量级大;对于区域性暴雨,850hPa低空急流不明显,700hPa急流位置偏北,强度偏弱,冷暖平流相当。（4）北川常处于水汽通量辐合中心,尤其是大暴雨和特大暴雨发生时北川地区垂直速度和垂直螺旋度均明显增大;同时,105°～110°E低空表现为高温高湿,而高空表现为干冷位势不稳定,雨区位于能量锋区边缘。     

不同初始场及其扰动对WRF 模拟暴雨的影响

使用ERA-interim和FNL再分析资料分别驱动WRF,对2013年7月12—13日的一次暴雨过程进行数值模拟,详细比较了WRF模拟结果之间的差异。结果表明:(1)两种资料在次天气尺度上存在着较大差异,并由此造成了模拟结果之间的差异,ERA-interim作为初始场对降水的模拟优于FNL资料,反映了WRF对初、边界条件的敏感性;(2)从区域总降水量来看,湿度场扰动对降水量的影响最大,其次是风场扰动和温度场扰动,最小的是侧边界扰动;(3)从降水误差来看,湿度场扰动引起的降水误差最大,在积分20 h内风场扰动的降水误差大于温度场,积分21~24 h则相反,侧边界扰动引起的降水误差在前期比较小且增长缓慢,积分一段时间之后与单个气象要素扰动引起的降水误差相当。     

CRA资料对一次江淮暴雨过程模拟效果的评估北大核心

利用中尺度模式WRF v4.1,分别以中国第一代全球大气/陆面再分析产品CRA、欧洲ECMWF的ERA5和美国NCEP的FNL作为初始场,对2013年7月4—6日江淮地区一次持续性暴雨过程进行了模拟试验。分析可知,此次暴雨过程是在东北冷涡、江淮切变线和西南急流3个影响系统的共同作用下,高低空冷暖空气形成对峙而导致的。与实况资料相比,3组试验均能够模拟出此次暴雨过程的主要环流形势,以及水汽、能量和动力条件。但3组试验的切变线和低空西南急流均较为偏南,强度较强,使得模拟的主要降水中心较实况位置更偏南,降水量级更大。其中CRA试验对安徽南部的水汽和垂直运动模拟更好,在该地区产生的降水也与实况更接近。而FNL试验对水汽条件和动力抬升条件模拟较弱,导致其模拟的降水明显偏小。整体而言,针对此次降水过程,ERA5模拟效果最好,CRA模拟效果接近ERA5,并且对大雨量级降水的TS(Threat Score)评分优于ERA5。     

塔里木东风低空急流在南疆暴雨和非暴雨过程中的差异

本文利用1981～2020年南疆台站降水资料和欧洲中心ERA5再分析资料,统计分析了塔里木东风低空急流与南疆降水的关系,通过合成分析,从动热力条件、水汽输送和超地转特性等方面对比分析了塔里木东风低空急流在南疆暴雨和非暴雨过程（即“空急流”过程）中的差异。结果表明：（1）塔里木东风低空急流对南疆暴雨有重要作用,随着降水等级的增强和强降水范围的增大,塔里木东风低空急流的出现比例迅速增多,南疆一半以上的大雨和暴雨日中都伴有塔里木东风低空急流,塔里木东风低空急流在南疆大范围暴雨过程中的出现率高达85.0%。（2）塔里木东风低空急流在南疆暴雨中向西部推进的更远,东风层更厚,并在南疆西部与偏西气流形成一个持久的东西风辐合带;在“空急流”过程中,塔里木盆地中部出现一支较强的偏北气流,切断了塔里木东风低空急流的西伸,使其主要维持在南疆东部,其东风层厚度也较南疆暴雨中略低。（3）与我国季风区“空急流”不同,塔里木东风低空急流的“空急流”具有较大的不稳定性,与南疆暴雨过程中的塔里木东风低空急流一样都具有超地转特性。（4）与塔里木东风低空急流相联系的偏东水汽输送路径是南疆暴雨过程的主要水汽输送通道,而偏西路...     

0509号台风麦莎的结构与外围暴雨分布特征

利用地面加密观测资料、FY-2C卫星TBB资料和NCEP再分析资料，对2005年8月6～8日0509号台风麦莎登陆后环流结构及暴雨分布特征进行了综合分析。结果表明：台风麦莎具有明显不对称结构，台风东侧和北侧的积云对流较为旺盛；台风环流地面正涡度中心位于台风东侧，并随着台风北上移向台风东北象限并加强。地面强辐合区随着倒槽发展向偏北方向伸展；850hPa台风环流场表现为东侧和北侧的环流强盛，偏东风低空急流在台风北上过程中从东南风急流转为东北风急流；台风东侧暖，西侧冷，其东北侧有强暖平流输送。200hPa高空急流发展，急流入口区右侧强辐散有利于台风登陆后长时间维持。500hPa强上升运动区与台风外围暴雨区有较好对应关系。     

两次不同类型西北暴雨对比分析

应用6小时累积雨量地面降水实况资料、FNL资料以及TBB资料并结合西北地区的实际情况来对比分析发生在西北的两种不同类型的暴雨过程。研究表明,两次过程在环流形势场上有很大差异,主要表现在400hPa西太平洋副热带高压位置的不同,2007年降水的副高主体位于海上,在内陆存在一个高压系统,而2010年降水的副高已挺近大陆内部;200hPa高度上,2007年的降水位于高空急流带中,2010年降水区域位于高空急流带的南侧,辐散强度更大。其次,两次暴雨过程发生的水汽条件、垂直运动条件、大气层结稳定度等物理条件也有明显不同,2010年的暴雨在降水期间其垂直运动更加剧烈,大气层结也更加的不稳定,这些导致了两次暴雨过程在强度、持续时间上的差异。     

2008年1月中国南部低温雨雪冰冻天气特征及其与东亚大气环流异常探讨

根据NCEP／NCAR提供的1968--1996年全球逐月、2008年1月全球逐日再分析资料以及中国气象局提供的降水资料,分析了2008年1月中国南部持续低温雨雪冰冻天气期间东亚地区中低空大气环流异常特征。结果表明,乌拉尔山阻塞高压和地面蒙古冷高压是这次灾害性天气重要的冷空气源地;700hPa异常偏强的低空西南风急流以及低空急流大风速中心随时间沿急流轴的传播为此次低温雨雪冰冻天气提供了充足的动量、热量和水汽;850hPa流场西太平洋上空异常东南风、印度洋上空异常西南风以及850hPa垂直速度场中国南部大陆异常上升气流,在很大程度上影响着2008年1月中国南部的天气;赤道辐合带、西太平洋副热带高压以及南支槽的异常,致使东亚上空不仅存在异常的南支槽前西风带水汽输送和西太平洋副热带高压西南侧东风带水汽输送,还存在异常的由印度洋经孟加拉湾向中国南方大陆的水汽输送。     

四川盆地一次暴雨过程分析及数值模拟试验

该文利用NCEP1°×1°FNL再分析资料、地面及高空常规资料对四川盆地西部2010年8月18—19日一次暴雨天气过程进行了分析,结果表明,此次暴雨过程的大尺度环流背景为鞍型场,500~700 hPa低涡系统是此次暴雨的动力因子,低层辐合、高层辐散的配置促进了低涡的持续发展,700 hPa西南低空急流对水汽的输送起到了最主要的作用。利用NCEP 1°×1°FNL再分析资料驱动WRF3.5模式,采用23 km、5 km分辨率,使用3种不同的微物理方案对此次暴雨过程进行敏感性试验,模拟结果表明:选用不同的微物理方案可以不同程度地模拟出此次暴雨的分布范围和强度,对于同一种微物理方案,分辨率的提高可以提高模式模拟强降水中心的能力,从而为研究暴雨的中小尺度成因提供有效的参考。对3种不同方案模拟的物理量诊断分析则表明,不同微物理方案所模拟出的物理量有着明显的差异,因此也导致了降水预报的差异。     

850hPa低空急流影响下的一次雅安暴雨天气过程分析

利用地面、探空和雷达实况观测资料,以及ECMWF-ERA5逐小时再分析资料,分析了雅安地区2020年8月29～30日一次区域性大暴雨天气过程。结果表明：台风和副热带高压配合下的低纬环流对此次暴雨天气的低层水汽输送有重要影响。850hPa偏东风低空急流的建立触发了强对流的产生,低空急流的稳定维持为持续性强降水输送了水汽和不稳定能量;低空急流和喇叭口地形的共同影响在雅安东部地区形成了稳定的低涡,并使中尺度对流系统在该地区稳定少动,从而导致了此次区域性大暴雨天气过程。     

一次爆发性气旋引发东北地区暴雨成因分析

利用2016年5月2—4日NCEP的FNL 1°×1°再分析资料和GDAS的1°×1°再分析资料、地面观测资料,运用天气学分析、等熵位涡、物理量诊断和水汽来源追踪等方法,从大尺度环流背景、水汽源地和输送、动力和热力机制、等熵位涡等方面对2016年春季一次地面气旋爆发性发展导致的东北地区暴雨天气过程进行了分析。结果表明:位于40°N附近的黄淮气旋北上加强发展,2日14时至3日14时中心气压下降24 hPa,超过爆发性气旋的定义标准。500 hPa高空槽快速加强发展为闭合低涡,低空切变线加强发展为低空低涡,其东部形成明显的低空急流,为暴雨区提供水汽和热量,为东北地区典型的暖式切变降水。等熵位涡自320 K高层向305 K低层输送下传,并逐步向南向东移动,高空正位涡的下传促使地面气旋快速发展,上升运动加强,有利于暴雨的出现。比湿在6 g·kg^(-1)以上对东北地区春末夏初暴雨预报有一定的参考意义。水汽主要来源于东海、黄海及西北太平洋。暴雨区与850 hPa水汽通量散度的负值区、700 hPa垂直速度和850 hPa绝对涡度大值区较为一致,强降水区与850 hPa相当位温密集带和暖区锋生区相对应,降水位于能量锋区以及偏暖区一侧。     

塔克拉玛干沙漠南缘两次极端暴雨的气流模型与水汽输送特征

采用区域自动站逐小时降水观测数据、GPS/MET大气可降水量观测数据和NCEP/NCAR提供的FNL0.25°×0.25°分析数据，通过对比塔克拉玛干沙漠南缘和田地区2次落区接近、强度不同暴雨过程的环流和水汽特征，分析了影响极端暴雨产生的急流和水汽因子特征，结果表明：沙漠南缘暴雨时环流配置符合“三支气流”模型，高空急流、中层偏南风、低层辐合切变的强度与降水量正相关，当高层有极涡直接南伸至中亚发展而成的副热带大槽、中层有气旋前部的强偏南或西南气流、低层有偏东风急流明显西伸与西风急流形成强辐合时有利于出现极端暴雨。沙漠南缘暴雨的水汽源地、输送路径、水汽含量、饱和层厚度与降水量相关，暴雨的水汽源地一般为欧洲和北冰洋，降水区水汽输入以中低层为主，低层比湿大于6 g?kg-1，饱和层位于700 hPa以上；当中高层有来自阿拉伯海、孟加拉湾的由偏南风输送水汽的加入，低层比湿达8 g?kg-1以上、饱和层扩展至750 hPa以下时，可出现极端暴雨。     

“21.7”郑州极端暴雨的形成过程及致灾机理分析

2021年7月19—21日,郑州地区出现了罕见的极端暴雨天气,过程累计降水量达到了732 mm,引发了严重的城市内涝,造成了巨大的人员和财产损失。利用国家级自动观测站逐小时降水数据和欧洲中期天气预报中心第五代大气再分析资料(ERA-5)分析了郑州地区"21.7"极端降水过程的降水特征以及其影响系统。结果表明:此次降水过程降水量大,持续时间长,强降水范围集中在郑州及周边地区,强降水时段集中在20日14时以后,其中郑州站20日17时小时降水量达到了201.9 mm·h^-1,超过了历史极值。降水过程中南亚高压东移,郑州位于200 hPa高空槽前,500 hPa副高加强西伸,与大陆高压对峙,郑州位于低压区形成低空辐合高空辐散的高低空配置。郑州低空850 hPa有东南急流发展,产生东风切变线同时伴随着地面辐合线影响郑州地区,东南急流也将西太平洋上的水汽输送至暴雨区,并在地形阻挡作用下在郑州地区汇集。低空急流与强降水在时间上有明显同步,急流在地形作用下产生的辐合抬升也在暴雨区形成强烈的垂直上升运动,对此次极端暴雨的产生和维持有明显的影响。     

大连地区暖锋暴雨个例成因与雷达回波特征

利用常规观测资料、自动站资料和多普勒雷达资料等,对2009年7月14日大连暴雨局部大暴雨过程进行详细分析。结果表明：这是一次暖锋大暴雨过程,高空河套槽北抬和北支槽尾段相叠加,中低层在渤海北部到大连地区形成涡旋环流,700 hPa气旋式较大曲率处在地面暖锋上空,大连地区位于地面气旋顶部即暖锋顶部,造成强降水的产生。强湿区,配合暖锋前低层辐合中心、高层辐散中心,为暖锋大暴雨天气提供水汽和动力条件。从雷达回波分析可以看出,暖锋前部45dBz的β中尺度反射率及速度场上“单牛眼”特征,是造成此次暴雨过程及短时暴雨的直接原因。VWP资料分析表明,低层东南急流与高层西南急流形成切变层的高度以及两支急流的强度变化,与暖锋对应并决定降水的强弱。     

贺兰山东麓极端暴雨的中尺度特征

利用近10年宁夏逐时自动气象站降水、银川CD雷达、FY-2、探空和ECMWF再分析0.125°×0.125°等高分辨率多源气象资料,在中尺度系统分型基础上,对比分析贺兰山东麓6次极端暴雨的中尺度特征。结果表明:(1)低空偏(东)南急流夜间增强并配合贺兰山地形,在东坡山前触发或增强了暴雨中小尺度系统,造成地形处降水增幅,极端暴雨都是伴有短时强降水的对流性暴雨,主要集中在东坡山前,中心在山洪沟口,夜雨特征显著。(2)环境场都满足对流性暴雨的3个基本条件:700 hPa(东)南急流将暖湿水汽输向暴雨区,低层高温高湿促进了大气不稳定与动力、热力、地形抬升触发机制;深对流过程850 hPa无明显急流,水汽主要来自孟加拉湾,水汽输送受限,但大气稳定度更低,更有利于对流性暴雨发生,混合对流过程850 hPa与700 hPa急流路径重合,水汽来自孟加拉湾、南海、黄海和渤海,水汽输送更充沛,更有利于持续性暴雨产生。(3)极端暴雨主要有暖区对流降水、锋面对流降水、锋区层状云降水3种性质;暖区对流主要在山区,地形抬升是触发机制,锋面对流的触发是低层暖湿气流沿着冷垫抬(爬)升,平原和山区皆有;对流系统的移动与低层风场一致,山区和平原分别沿山体和低空急流轴传播,通常移动与传播方向平行,山区低层为偏东风时,移动与传播近似垂直,列车效应明显。(4)线型对流系统过程冷空气弱,以暖区或(和)锋面对流性降水为主,对流系统在山前沿山体传播形成组织化程度高的带状线型回波,移动与传播有平行有垂直,受地形抬升作用,对流系统在山前稳定少动、发展强盛,降水历时短、范围小、雨强大、有间歇性,3~4 h的累计雨量占过程总量的85%左右,区域平均雨量远小于暴雨量级,地形性强对流暴雨特征凸显。(5)非线型对流系统过程冷空气强,以锋面对流性降水和锋区层状云降水为主,对流系统在山前和平原沿山体和急流轴传播和移动形成非线型回波,平原地区传播与移动平行,山区两者垂直,对流系统组织化程度不高、移速快、强度弱,降水历时长、范围大、雨强小,连续降水累计雨量大,区域平均雨量接近或达到暴雨量级,混合性降水特征明显。(6)降水强度R与CAPE增幅、回波强度Z、强回波持续时间、回波顶高、液态水含量呈正相关,与TBB呈负相关,相关性在深对流过程更清晰;Z≥40 dBZ时,Z-R满足关系式:R=3.67×10-8Z5.222+4.835。     

2018年登陆热带气旋“温比亚”影响中国黄淮中部强降雨分析

利用中国气象局上海台风研究所热带气旋最佳路径数据、MICAPS常规资料、NCEP 1°×1°再分析资料和FY-2G相当黑体亮温资料,分析2018年8月17日02时至19日14时因登陆热带气旋“温比亚”影响中国黄淮中部连续2 d多的暴雨成因。结果表明：中国黄淮中部短时强降雨站次多、强度大,除了对流云的前或后边界、“列车效应”、核心区与它们之间的合并能导致短时强降雨之外,非对流云也可导致强降雨。17日黄淮中部及以南,暴雨偏在“温比亚”移动路径右侧,中层倒槽偏在低层倒槽西侧有利于触发黄淮中部强降雨。18日暴雨主要中尺度影响系统为“温比亚”北侧中、低层倒槽和偏东风急流,以及热带气旋本体环流和弱冷空气。水汽925 hPa辐合、400 hPa辐散加大,中低层温湿能量增加,是黄淮中部暴雨增幅的原因,风的垂直切变加大对强降雨具有较好的指示作用。18日20时开始渤海北岸西南风高空急流形成,低层倒槽东侧偏南气流加强北上,高、低空环流耦合导致山东北部等地暴雨发展,黄淮中部降雨则明显减弱。     

冀中南一次春季雨雪过程诊断与预报技术分析

利用常规观测资料、自动站资料、雷达及NCEP 1°×1°资料,在诊断2013年4月19日河北省一次回流多相态降水过程成因的基础上,总结了降雪漏报的原因。结果表明:冀中南降水区位于700hPa切变线南侧、700 hPa西南低空急流与850 hPa东北风急流交汇处,暖湿空气在冷垫上爬升和急流的次级环流为降水提供了动力条件,低空急流为降水提供了水汽条件。整层大气可降水量及变化可作为降水预报的重要参考。对比分析雨区和雪区的温度廓线发现:通过温度平流分析温度的垂直分布和演变比单独分析温度特性层高度对于辨别降水相态更为可靠,而雷达风廓线资料可作为识别冷暖平流进而辨别大气温度层结变化的有益补充。本次降水相态预报出现偏差的主要原因是对温度垂直分布和演变判断不够准确。     

四川盆地一次春季暴雨的特征分析和数值模拟

利用地面自动站、高探空资料和NCEP再分析数据以及WRF模式,对发生在四川盆地的一次春季暴雨过程进行了基本特征分析和数值模拟研究。结果表明,暴雨发生在伴随高空急流波动的中低层短波槽和中小尺度系统十分活跃、低纬度环流系统稳定的形势背景下,暴雨存在多个落区,其影响系统和触发机制各不相同。暖区暴雨的触发系统初始扰动主要是与江南切变线活动有关的东风倒槽,对流不稳定区地形对加强的偏东气流强迫是盆地西部沿山暴雨形成的主要原因,南支高空急流与东南风低空急流的垂直耦合为暴雨系统的发生发展提供了有利条件, 暖平流引起的低层高能高湿和对流不稳定与弱垂直风切变是暴雨系统发生发展的主要环境条件。数值模拟表明,尽管WRF模式系统对暴雨发生的低层热力和水汽输送以及沿短波槽分布的短时强降水落区、强度模拟基本正确,但过度估计了锋面降水的强度,对无或弱斜压强迫的暖区暴雨造成漏报。主要原因是较大尺度锋面降水影响系统能够被模式所分辨,而对暖区暴雨不稳定能量触发系统初始扰动发展的模拟能力有限。      

台风“山竹”（2018）远距离暴雨的成因分析

热带气旋远距离暴雨（TRP）往往成为高影响天气,是业务预报难点。本文用地面、探空观测资料、雷达遥感资料以及NCEP一日四次0.5°×0.5°再分析资料,对2018年第22号台风“山竹”登陆广东期间在长江三角洲（简称长三角）地区引起的远距离暴雨过程进行分析。结果表明:（1）这是一次发生在副热带高压（简称副高）控制范围内的热带气旋远距离暴雨,低层受台风倒槽影响。（2）这次过程第一阶段暴雨主要是在强的对流不稳定条件下,由对流层低层“山竹”倒槽中的辐合线触发对流产生,同时对流层高层“山竹”的极向流出汇入加大了中纬度西风风速,在长三角地区上空产生辐散,有利于上升运动的维持。第二阶段,对流不稳定条件有所减弱,但前一阶段强回波产生的低层偏北外出气流与东南风形成辐合线,辐合线上还有中γ尺度的涡旋产生,又促进了对流发展。850 hPa台风倒槽北端形成一个低涡,500 hPa副高边缘发展出一个短波槽,暴雨的动力条件更为有利。（3）长三角的3个强降水中心分别在长江口、杭州湾北岸的嘉兴沿海及宁波沿海,都是在水陆边界附近。（4）远距离暴雨区的涡度收支诊断发现:暴雨的初始扰动主要由近地层水平辐合辐散项提供,850 hPa的水平辐合辐散项和扭曲项共同作用形成和加强低涡,并通过垂直运动上传使中层700～500 hPa附近涡度增长,进而发展出500 hPa短波槽。850 hPa涡度来自于台风倒槽和副高边缘的偏南急流。（5）在这次远距离暴雨过程中,台风“山竹”与海上西太平洋副高之间形成偏南低空急流,向长三角输送水汽,这与典型TRP事件相似。不同之处在于:典型TRP中暴雨的初始扰动一般由西风槽提供,而这次过程主要由低空台风倒槽和偏南急流提供,涡度上传形成高空短波槽,是不同于典型TRP事件的一个物理过程。