一次强对流过程的三维数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所建立的完全弹性三维雹云数值模式（IAP-CSM3D），模拟了2004年4月23日横扫湘中湘南大部分地区的飑线强对流过程的流场、雷达回波和含水量等宏、微观物理量的分布及其演变。分析了冰雹形成的微物理过程，结果表明，冰雹粒子主要由冻滴（CNfh）和霰（CNgh）转化形成，其中冻滴的贡献比较大，冰雹主要是通过撞冻过冷水过程（CLch、CLrh）长大。将多普勒雷达实测资料同模拟的气流结构进行比较可见，雷达观测到散度随高度的变化与模式模拟的气流结构一致；模式输出的雷达回波强度及回波顶高与雷达观测事实相近。     

北京一次强单体雹暴的三维数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所建立的完全弹性三维雹云数值模式,模拟了1996年6月29日发生在北京东北部京冀交界地区的一次强单体雹暴过程,并结合多普勒雷达探测资料,分析了风暴的流场结构、雷达回波结构特征、含水量场等宏微观物理量的分布及其演变.模式模拟出了超级单体风暴云的一些典型特征,如悬垂回波、弱回波区、回波墙等.同时,模拟分析了冰雹形成的微物理过程,结果表明,本个例模拟雹云中,冰雹粒子主要由冻滴(CNfh)和霰(CNgh)转化形成,但冻滴对冰雹形成的贡献比霰大得多,冰雹含水量中心的发展演变与冻滴含水量中心的发展演变相一致,冰雹主要是通过撞冻过冷水过程(CLch、CLrh)而进一步长大的.     

西昌一次降雹过程的数值模拟研究

利用三维冰雹云模式,对2013年4月29日四川西昌的一次降雹过程进行了数值模拟。模拟结果显示:该例冰雹云存在过冷雨水累积带;霰是冰雹的主要胚胎,雹块主要通过撞冻云水增长,其次是撞冻霰增长;模拟区域内液态降水量和固态降水量分别占地面总降水量的52%和48%,冰雹占固态降水94%;通过对该例雹云中冰晶、雪、霰、冻滴的微物理过程分析发现,在雹云发展的不同阶段,冰雹的形成机制不同。     

云南一次典型降雹过程的冰雹微物理形成机理数值模拟研究

冰雹形成的微物理机理是人工防雹的重要科学依据,但对我国西南地区冰雹形成的微物理机理研究很少。利用中国科学院大气物理研究所三维冰雹分档云模式对云南2016年7月11日一次冰雹云过程进行了数值模拟研究,揭示了冰雹形成的微物理机理。此次冰雹云生成发展快,强度大,是西南山区典型夏季冰雹云。数值模拟的降水、降雹和回波强度等物理量与对应的观测量基本一致。模拟的冰雹云的最大上升气流速度达到28.7 m s?1。通过对冰雹形成的微物理过程分析研究表明,雹/霰胚的主要生成来源是通过过冷雨滴的概率冻结产生的冻滴,占95%,而冰晶碰冻雨滴产生的雹/霰胚仅占5%,这与国外和我国其他地区雹/霰胚产生的来源和冻滴所占比例有明显差别;形成的雹/霰胚直径多数集中在0.3 mm至3.0 mm范围,雹/霰胚主要通过对过冷云水的碰并过程实现增长,直径小于0.3 mm的雹/霰胚较难增长;大雨滴冻结成较大直径的雹胚,可促成短时间内形成冰雹;在雹云发展过程中存在短时的过冷雨水累积带,但过冷雨水累积带对雹/霰胚的增长贡献不大。     

一次冰雹云过程及其冰雹形成机制的模拟研究

利用常规气象资料和多普勒天气雷达资料,从天气形势和雷达回波演变特征等方面对2011年6月24日发生在洛阳嵩县的一次冰雹过程进行了分析,并利用三维弹性冰雹云催化模式对该冰雹云进行了模拟研究,分析其冰雹形成的物理机制。结果表明:本次过程在天气形势上属于下滑冷槽型。多普勒天气雷达资料上表现为单个单体的强对流风暴,最大反射率≥65 dBz,回波顶高达到14 km,降雹前垂直积分液态含水量具有明显的跃增;径向速度场上出现了大范围明显的逆风区。三维冰雹云模式对该冰雹云具有较好的模拟能力,模式模拟的最强回波与实况一致,雹云中含水量中心与强上升气流有很好的配置,在云的发展阶段,主含水量中心是强上升气流的指示。冰雹的雹胚主要来自冻滴和霰,在冰雹形成期间,冻结形成的冻滴和转化产生的霰数量上相差不大,但是冻滴向雹的转化比例却是霰的6倍,即在地面强降雹之前,雹云中的雹胚主要来源于冻滴;而冰雹的增长在前期主要靠收集过冷雨水,后期主要靠收集过冷云水;适量的冰晶、雪和丰富的过冷水的存在对雹的形成和增长极为有利。     

冻滴微物理过程的分档数值模拟试验研究

霰和冻滴是深对流降水的主要来源。由于二者密度差异造成的不同下落末速度必然会导致云微物理过程的变化以及降水时空分布的改变。我们在以色列特拉维夫大学二维轴对称对流云全分档模式的基础上,将水成物粒子从34档增加到40档,修改了霰和雪的密度,加入冻滴分档处理的微物理过程,发展了一个包括液滴、冰晶、雪、霰和冻滴更为详细的云微物理分档模式。利用改进后的模式模拟了一次理想的强对流天气过程,分析了改进模式与原模式模拟的云微物理量场以及水成物粒子的时空分布特征,模拟结果表明:（1）由于冻滴的产生,较大的下落末速度导致在云内-3℃至-8℃较早地出现了冻滴,并造成了大量的冰晶繁生。（2）冻滴形成前期,液态水中心区域位于垂直上升速度大值中心上方,形成液态水累积区;冻滴形成期,液态水累积区位于0℃层以上,雨滴冻结生成冻滴,霰与半径大于100 μm的液滴碰并生成冻滴;冻滴增长期,在垂直上升气流的支撑下,冻滴碰并过冷水增长,导致冻滴含量增大,液态水含量减小。因此,改进模式能较好的模拟冻滴的形成过程,可以将该分档处理的微物理方案耦合到三维WRF（Weather Research and Forecasting model）模式中,更深入地研究强雷暴风切变在冰雹生成过程中的作用。     

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     

过冷雨水低含量条件下冰雹形成和增长机制及其催化效果的数值模拟

利用中国科学院大气物理研究所开发的三维全弹性冰雹云模式，对美国对流降水协作试验（CCOPE）期间观测的1981年8月1日雹云进行模拟，讨论在过冷雨水低含量条件下冰雹形成和增长机制及其碘化银催化效果。结果表明:(1) 自然云的模拟与观测事实一致，如最大上升气流速度、云顶高度、流场结构以及雹胚组成等。(2) 雹胚以霰为主，霰主要来自冰雪晶与过冷小水滴的碰冻，其次来自雪的积聚转化；霰、冻滴和冰雹在形成后主要靠碰并过冷云水增长。(3)人工催化试验表明，碘化银主要以凝华核（包括凝结－冻结）的作用产生大量的人工冰晶，加速了过冷水向冰晶的转化，过冷云水因而大量减少；催化后霰和冻滴的数浓度增大，对过冷云水的竞争增强，其平均尺度减小导致转化成雹的数量减少；冰雹碰冻过冷云水的增长在催化后也被削弱，导致冰雹总质量进一步减少。此外，催化后降雨量也显著减少。     

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。     

黄河上游地区强对流云特征的模拟分析

利用中国科学院大气物理研究所发展的完全弹性三维积云模式,对相似天气背景下黄河上游及渭北地区的强对流云的宏微观特征进行了数值模拟对比研究,并与相应的雷达回波及地面观测资料做了比较分析.模拟结果表明,模式对黄河上游玛曲和渭北地区旬邑的强对流云结构和降水均有很好的模拟能力.与旬邑相比,玛曲零度层低,云底温度低、比湿小,为冷云过程.云中雨水含水量极低,冰晶出现早,维持时间长.云中上升气流弱,对流云发展浅薄.地面降雨量相对较小,固态降水所占比例大,霰为主.霰胚对冰晶的碰并增长是地面软雹的主要来源.旬邑冰雹主要来源是霰,但冻滴也占了一定比例.霰融化是玛曲雨水的最重要来源.而冻滴融化对旬邑雨水的贡献最大.     

一次强单体雹暴结构和成雹机制的数值模拟研究

利用NCEP再分析资料、L-波段雷达探空资料,分析了2010年6月15日发生在大连地区的强雹暴过程的环流形势和垂直气流结构;并利用中国科学院大气物理研究所的完全弹性三维雹云数值模式,模拟了该过程的雷达回波结构特征、含水量场等宏微观物理量的分布及其演变,着重分析了冰雹云的成雹机制。结果表明,模式较成功地模拟出了雹云回波的强度和发展高度,并模拟出了回波墙、弱回波区及悬垂回波等一系列强冰雹云的回波结构特征。该雹云的冰雹主要由冻滴转化形成,冰雹的增大主要依赖于与云滴、雨滴的撞冻过程,即冰雹主要是通过撞冻过冷水长大;冰雹与霰粒和雪花的碰并过程比较强,而与冰晶的碰并增长量很小。     

一次伴随冰雹的超级单体风暴特征

利用中国气象监测网实测资料、重庆西部多普勒天气雷达资料及NCEP/NCAR 6 h间隔1°×1°再分析资料,对2008年6月5日发生在重庆市中部的大风冰雹天气过程进行了天气背景、物理量、雷达回波和云图特征分析.研究表明:大气中显著的水平风切变和垂直风切变及晴空太阳辐射对地面的不均匀加热都有利于诱生涡度;从北部高层向南侵...     

我国西南地区一次暴雨过程特征及成因

利用卫星云图、多普勒天气雷达资料和高空风等各种天气学资料,对2009年6月8—9日广西、贵州、以及和湖南交界地带的一次暴雨过程进行了综合分析。结果表明,暴雨是由中尺度对流复合体东移、β中尺度强对流云团发展、以及二者合并造成的;地面α中尺度低压带配合α中尺度纬向切变线的生成,为中尺度对流复合体（mesoscale convective complex,MCC）的东移发展、β中尺度强对流云团的发展、以及二者的合并创造了有利条件;地面能量比低值舌的活动是MCC和β中尺度强对流云团生成和发展的触发机制之一;在多普勒雷达径向速度图上,MCC的生成和发展,伴随西南低空急流的建立和维持,大范围的逆风区的生成;MCC的消亡,伴随西南低空急流的减弱和消失,对应西北气流建立和东扩。MCC发展期和β中尺度强对流云团发展期、MCC消散期和β中尺度强对流云团消散期的涡度收支以及视热源和视水汽汇有很大的不同。     

SWAN和甘肃省气象风险预警产品在岷县一次强对流过程中的应用

介绍了临近预报系统(SWAN)和甘肃省中小河流洪水和山洪地质灾害气象风险预警平台的产品特征及其在2012年5月10日甘肃岷县强对流天气过程中的应用。SWAN系统表明,在强回波影响岷县期间,监测到最大反射率因子达到50 dBZ以上,其对应的高度为9 km;风暴体内垂直积分含水量和回波顶高的极值分别达到15 kg/m2和18 km,表明风暴在影响岷县期间发展旺盛;TITAN风暴产品也较为准确地预测了风暴的发展方向和趋势;定量降水预报产品QPF对本次过程的降水落区预报较为准确,但是降水量级预报偏小。总体来看,SWAN系统在本次强对流天气过程中发挥了很好的监测预警功能。甘肃省中小河流洪水和山洪地质灾害气象风险预警平台在云图、雷达、自动区域站的多资料融合监测中也发挥了重要作用,其暴雨云团加强显示、降水估测等功能都对强对流风暴有很好的监测预警作用。     

三门峡一次冰雹天气多普勒雷达资料分析

利用常规气象资料和多普勒天气雷达资料,从天气形势、物理量场和回波演变特征等方面对2011年7月17日发生在三门峡的一次冰雹天气过程进行了分析。结果表明：本次过程在天气形势上属于华北冷涡型,高空冷空气的侵入对不稳定能量的释放起了触发作用。在多普勒天气雷达资料上表现为单个单体强对流风暴,最大反射率（DBZM）≥60 dBz、回波顶高ET明显跃增、风暴顶高度TOP和最大反射率所在高度HT的跃增与降雹时间有24 min的提前量,降雹发生在DBZM≥60 dBz、TOP和HT减弱阶段、ET和DBZM最大阶段;降雹前垂直积分液态含水量（VIL）和垂直积分液态含水量密度具有明显的跃增,本次过程中二者的预警提前时间为12 min;逆风区和冰雹指数出现＂POS＂报警对降雹具有一定的预报预警指示意义。